無人機系統(tǒng)的構成

1、無人機系統(tǒng)的構成,Unmanned Aerial Vehicle，縮寫：UAV，俗稱無人機、無人航空器，廣義上指不需要駕駛員登機駕駛的各式遙控或自主智能航空器?，F(xiàn)世界先進無人機主要為軍用，多用于偵察、觀測和高危攻擊任務等。,Page 1,無人駕駛航空器:,UAS：Unmanned Aircraft System，也稱無人駕駛航空器系統(tǒng)（RPAS： Remotely Piloted Aircraft Systems），是指一架無人機、相關

2、的遙控站、所需的指令與控制數(shù)據(jù)鏈路以及批準的型號設計規(guī)定的任何其他部件組成的系統(tǒng)。,Page 2,無人機系統(tǒng):,由運營人指派對無人機的運行負有必不可少職責并在飛行期間適時操縱飛行控制的人。,Page 3,無人機系統(tǒng)駕駛員:,Page 4,無人機系統(tǒng)組成圖示:,固定翼無人機、旋翼無人機、無人飛艇、傘翼無人機、撲翼無人機等。,Page 5,按飛行平臺構型分類:,Page 6,按飛行平臺構型分類:,Page 7,固定翼無人機平臺:,采用常規(guī)+

3、前拉布局的大白2型測繪無人機,采用V尾+尾推布局的收割者軍用無人機,Page 8,固定翼無人機平臺:,采用飛翼布局的法國神經元無人機,采用聯(lián)翼布局的翔龍無人機,Page 9,固定翼無人機飛行原理:,飛機飛行時承受的四種作用力： A升力 B 推力  C 重力 D 阻力,飛機三道假想的軸線： A-垂直（偏航）、B-縱軸（滾轉）C-側軸俯仰）,Page 10,固定翼無人機飛行

4、原理:,A-副翼降下，升力增加；B-副翼升起，升力下降。,A-機尾運動（向下）。B-機尾下降，機頭升起。,Page 11,固定翼無人機飛行原理:,飛翼布局控制原理簡單示意圖,Page 12,旋翼無人機飛行原理:,Page 13,動力系統(tǒng),無人機的發(fā)動機以及保證發(fā)動機正常工作所必需的系統(tǒng)和附件的總稱。無人機使用的動力裝置主要有活塞式發(fā)動機、渦噴發(fā)動機、渦扇發(fā)動機、渦槳發(fā)動機、渦軸發(fā)動機、沖壓發(fā)動機、火箭發(fā)動機、電動機等。目前主流的民

5、用無人機所采用的動力系統(tǒng)通常為活塞式發(fā)動機和電動機兩種。,,,,,Page 14,動力系統(tǒng)：活塞式發(fā)動機,活塞式發(fā)動機也叫往復式發(fā)動機，由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構、螺旋槳減速器、機匣等組成主要結構?；钊桨l(fā)動機屬于內燃機，它通過燃料在氣缸內的燃燒，將熱能轉變?yōu)闄C械能?；钊桨l(fā)動機系統(tǒng)一般由發(fā)動機本體、進氣系統(tǒng)、增壓器、點火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)構成。,,,,,Page 15,動力系統(tǒng)：電動機,目前大、中型

6、無人機廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機系統(tǒng)。而出于成本和使用方便的考慮，小、微型無人機中普遍使用的是電動動力系統(tǒng)，電動系統(tǒng)主要由動力電機、動力電源、調速系統(tǒng)三部分組成。,,,,,Page 16,導航飛控系統(tǒng)——導航系統(tǒng),,,,,獲得必要的導航要素：高度、速度、姿態(tài)、航向；給出滿足精度要求的定位信息：經度、緯度；引導飛機按規(guī)定計劃飛行；接收控制站的導航模式控制指令并執(zhí)行；并具有指令導航模式與預定航線飛行模式相互切換的功能；具有接收

7、并融合無人機其它設備的輔助導航定位信息的能力；配合其它系統(tǒng)完成各種任務。,向無人機提供相對于所選定的參考坐標系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導無人機沿指定航線安全、準時、準確的飛行。因此導航系統(tǒng)之于無人機相當于領航員之于有人機。,Page 17,導航飛控系統(tǒng)——飛控系統(tǒng),,,,,無人機姿態(tài)穩(wěn)定與控制；與導航系統(tǒng)協(xié)調完成航跡控制；無人機起飛（發(fā)射）與著陸（回收）控制；無人機飛行管理；無人機任務設備管理與控制；應急控制；信息收集與

8、傳遞。,無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務、返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，對無人機實現(xiàn)全權控制與管理，因此飛控系統(tǒng)之于無人機相當于駕駛員之于有人機，是無人機執(zhí)行任務的關鍵。,Page 18,導航飛控系統(tǒng)——傳感器,,,,,GPS：進行位置定位COMPASS：磁羅盤。確定飛行器磁航向,飛控主控：對無人機實現(xiàn)全權控制與管理,IMU：慣性測量單元。測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。,Page 19,導航飛控系統(tǒng)——傳

9、感器,,,,,空速管：主要是用來測量飛行速度的，同時還兼具其它多種功能。,視覺定位系統(tǒng)：光流傳感器+超聲波傳感器,Page 5,導航飛控系統(tǒng)——執(zhí)行機構,,,,,無人機執(zhí)行機構都是伺服作動設備，是導航飛控系統(tǒng)的重要組成部分。其主要功能是根據(jù)飛控計算機的指令，按規(guī)定的靜態(tài)和動態(tài)要求，通過對無人機各控制舵面和發(fā)動機風門等的控制，實現(xiàn)對無人機的飛行控制。電動伺服執(zhí)行機構 電液伺服執(zhí)行機構 氣動伺服執(zhí)行機構,舵機,,,,Page

10、5,Page 20,Page 5,電氣系統(tǒng),,,,,無人機電氣系統(tǒng)可分為機載電氣系統(tǒng)和地面供電系統(tǒng)兩部分。機載電氣系統(tǒng)主要由主電源、應急電源、電氣設備的控制與保護裝置及輔助設備組成。 電氣系統(tǒng)一般包括電源、配電系統(tǒng)、用電設備3個部分，電源和配電兩者組合統(tǒng)稱為供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)的功能是向無人機各用電系統(tǒng)或設備提供滿足預定設計要求的電能。,Page 21,Page 5,任務設備,,,,,無人機根據(jù)任務不同，可以搭載不同設備進行工作。常用

11、的無人機任務設備有：航拍相機、測繪激光雷達、氣象設備、農藥噴灑設備、激光測距儀器、紅外相機、微光夜視儀、航空武器設備等。,Page 22,Page 5,控制站系統(tǒng)——介紹,,,,,無人機地面站也稱控制站、遙控站或任務規(guī)劃與控制站。在規(guī)模較大的無人機系統(tǒng)中，可以有若干個控制站，這些不同功能的控制站通過通信設備連接起來，構成無人機地面站系統(tǒng)。,Page 23,Page 5,控制站系統(tǒng)——顯示系統(tǒng),,,,,A、飛行參數(shù)綜合顯示：飛行與導航信息

12、、數(shù)據(jù)鏈狀態(tài)信息、設備狀態(tài)信息、指令信息B、告警視覺：燈光、顏色、文字；聽覺：語音、音調。 一般分為提示、注意和警告三個級別C、地圖航跡顯示： 導航信息顯示、航跡繪顯示以及地理信息的顯示。,Page 24,Page 5,通訊鏈路,,,,,無人機通訊鏈路：主要用于無人機系統(tǒng)傳輸控制、載荷通訊的無線電鏈路。無人機常用通訊頻率：,Page 25,1.2GHZ2.4GHZ5.8GHZ72MHZ433M

13、HZ900MHZ,Page 5,通訊鏈路——機載終端與天線,,,,,無人機系統(tǒng)通訊鏈路機載終端常被稱為機載電臺，集成于機載設備中。視距內通訊的無人機多數(shù)安裝全向天線，需要進行超視距通訊的無人機一般采用自跟蹤拋物面衛(wèi)通天線。,Page 26,Page 5,通訊鏈路——地面終端與天線,,,,,無人通訊鏈路的地面終端硬件一般會被集成到控制站系統(tǒng)中，稱作地面電臺，部分地面終端會有獨立的顯示控制界面。視距內通訊鏈路地面天線采用鞭狀天線、八木天線