無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢
無人機(jī)是無人駕駛飛機(jī)的簡稱(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)，包括無人直升機(jī)、固定翼機(jī)、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)。廣義地看也包括臨近空間飛行器(20-100公里空域)，如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機(jī)等。從某種角度來看，無人機(jī)可以在無人駕駛的條件下完成復(fù)雜空中飛行任務(wù)和各種負(fù)載任務(wù)，可以被看做是“空中機(jī)器人”。其中飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、通鏈路均是無人機(jī)系統(tǒng)的核心技術(shù)，是現(xiàn)階段無人機(jī)廠商獲取核心競爭力的因素。下面我們重點介紹下四大系統(tǒng)的作用和發(fā)展趨勢。
1、飛控系統(tǒng)是無人機(jī)的“駕駛員”;更精確、更清晰
飛控子系統(tǒng)是無人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，飛控對于無人機(jī)相當(dāng)于駕駛員對于有人機(jī)的作用，是無人機(jī)最核心的技術(shù)之一。飛控一般包括傳感器、機(jī)載計算機(jī)和伺服作動設(shè)備三大部分，實現(xiàn)的功能主要有無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。
其中機(jī)體大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是保證飛機(jī)控制精度的關(guān)鍵。在不同飛行環(huán)境下，不同用途的無人機(jī)對傳感器的配置要求也不同。未來對無人機(jī)態(tài)勢感知、戰(zhàn)場上識別敵我、防區(qū)外交戰(zhàn)能力等方面的需求，要求無人機(jī)傳感器具有更高的探測精度、更高的分辨率，因此國內(nèi)外無人機(jī)傳感器中大量應(yīng)用了超光譜成像、合成孔徑雷達(dá)、超高頻穿透等新技術(shù)。
2、導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)的“眼睛”;多技術(shù)融合是發(fā)展方向
導(dǎo)航系統(tǒng)向無人機(jī)提供參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機(jī)按照指定航線飛行，相當(dāng)于有人機(jī)系統(tǒng)中的領(lǐng)航員。無人機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導(dǎo))兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點，而未來無人機(jī)的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動進(jìn)場著陸等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干擾性能，因此多種導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合的“慣性+多傳感器+GPS+光電導(dǎo)航系統(tǒng)”將是未來發(fā)展的方向。
NovAtel OEM7系列GNSS接收機(jī)支持全系統(tǒng)全頻點信號接收，實時解算高精度的位置、速度、時間等數(shù)據(jù)，并與航向傳感器、高度傳感器、陀螺儀、飛行控制器、遙測發(fā)射機(jī)等信息結(jié)合，為無人機(jī)飛控系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)輸入。1 cm+1 ppm 的定位解算精度和0.2 度/ 米基線的測向精度為無人機(jī)提供OEM板卡或整機(jī)的高精度解決方案，保障無人機(jī)的安全平穩(wěn)飛行。
3、動力系統(tǒng);渦輪有望逐步取代活塞，新能源發(fā)動機(jī)提升續(xù)航能力
不同用途的無人機(jī)對動力裝置的要求不同，但都希望發(fā)動機(jī)體積小、成本低、工作可靠：(1)無人機(jī)目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機(jī)，但活塞式只適用于低速低空小型無人機(jī);(2)對于一次性使用的靶機(jī)、自殺式無人機(jī)或?qū)棧笸浦乇雀叩珘勖梢远?1-2h)，一般使用渦噴式發(fā)動機(jī);(3)低空無人直升機(jī)一般使用渦軸發(fā)動機(jī)，高空長航時的大型無人機(jī)一般使用渦扇發(fā)動機(jī)(美國全球鷹重達(dá)12t);(4)微型無人機(jī)(多旋翼)一般使用電池驅(qū)動的電動機(jī)，一般起飛質(zhì)量小于10Kg、續(xù)航時間小于一小時。
隨著渦輪發(fā)動機(jī)推重比、壽命不斷提高、油耗降低，渦輪將取代活塞成為無人機(jī)的主力動力機(jī)型，太陽能、氫能等新能源電動機(jī)也有望為小型無人機(jī)提供更持久的生存力。
4、數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)恰胺棚L(fēng)箏的線”;向高速率高帶寬發(fā)展
數(shù)據(jù)鏈傳輸系統(tǒng)是無人機(jī)的重要技術(shù)之一，負(fù)責(zé)完成對無人機(jī)遙控、遙測、跟蹤定位和傳感器傳輸，上行數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對無人機(jī)遙控、下行數(shù)據(jù)鏈執(zhí)行遙測、數(shù)據(jù)傳輸功能。普通無人機(jī)大多采用定制視距數(shù)據(jù)鏈，而中高空、長航時無人機(jī)則都會采用視距和超視距衛(wèi)通數(shù)據(jù)鏈。
現(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展推動著無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發(fā)展，無人機(jī)實用化能力將越來越強(qiáng)。隨著機(jī)載傳感器、定位的精準(zhǔn)程度和執(zhí)行任務(wù)的復(fù)雜程度不斷上升，對數(shù)據(jù)鏈的帶寬提出了很強(qiáng)的要求，未來隨著機(jī)載高速處理器的突飛猛進(jìn)，預(yù)計幾年后現(xiàn)有射頻數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率將翻倍，未來在全天候要求低的領(lǐng)域可能還將出現(xiàn)激光通訊方式。
