無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，主要是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。

無人機(jī)的起源

無人機(jī)最早是在20世紀(jì)20年代出現(xiàn)的，1914年第一次世界大戰(zhàn)中有人研制一種不用人駕駛，而用無線電操縱的小型飛機(jī)?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機(jī)發(fā)展的基本動力。世界第一架無人機(jī)誕生于1917年，而無人機(jī)真正投入作戰(zhàn)始于越南戰(zhàn)爭，主要用于戰(zhàn)場偵察。

1982年以色列與敘利亞在貝卡谷戰(zhàn)爭中，以色列使用無人機(jī)進(jìn)行偵察、干擾、誘敵，無人機(jī)的作用再次被重視和開發(fā)。

1991年初的海灣戰(zhàn)爭中無人機(jī)已成為 “必須有”的戰(zhàn)場能力，六套先鋒無人機(jī)系統(tǒng)參戰(zhàn)。提供了高品質(zhì)、近實(shí)時、全天時的偵察、監(jiān)視、目標(biāo)捕獲、攔截和戰(zhàn)損評估。

科索沃戰(zhàn)爭是歷次戰(zhàn)爭中使用無人機(jī)架次最多的一次，也是發(fā)揮作用最大的一次。

1995年第一次俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭和1999年第二次俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭中，俄軍使用了無人偵察機(jī)對戰(zhàn)區(qū)進(jìn)行偵察和監(jiān)視，尤其在第二次車臣戰(zhàn)爭中，俄軍的“蜜蜂”無人偵察機(jī)偵察了大量叛軍資料，為俄軍精確打擊提供準(zhǔn)確資料。

前述戰(zhàn)爭中，無人機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)闹饕莻刹斓慕巧?，在阿富汗?zhàn)爭中，美國用“捕食者”作為載機(jī)，發(fā)射了“AGM-114C”“海爾法”空地導(dǎo)彈，首次在實(shí)戰(zhàn)中實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈直接對地定點(diǎn)攻擊，進(jìn)一步發(fā)展了作戰(zhàn)無人機(jī)的功能，也是對無人作戰(zhàn)飛機(jī)的實(shí)戰(zhàn)使用進(jìn)行了驗(yàn)證，真正開始了無人化戰(zhàn)爭的起步。

無人機(jī)的種類

按功能無人機(jī)可以分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)兩大類。

軍用無人機(jī)又分為信息支援、信息對抗、火力打擊三大類;而民用無人機(jī)包括檢測巡視類無人機(jī)、通信中繼類無人機(jī)、遙感繪制類無人機(jī)和時敏目標(biāo)打擊類無人機(jī)。本文重點(diǎn)討論民用無人機(jī)系統(tǒng)。

從技術(shù)角度，民用無人機(jī)一般可以分為：無人固定翼機(jī))、無人直升機(jī)、無人多旋翼飛行器等。

1、固定翼無人機(jī)：

優(yōu)點(diǎn)：續(xù)航時間長、航程遠(yuǎn)、飛行速度快、飛行高度高、負(fù)載能力強(qiáng)

缺點(diǎn)：起降受場地限制、不能在空中懸停

2、直升機(jī)無人機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：載荷較大、可垂直起降、空中懸停、靈活性強(qiáng)

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、維修成本高、續(xù)航時間短

3、多旋翼無人機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：操作靈活、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、起降方便、可在空中懸停

缺點(diǎn)：續(xù)航時間短、負(fù)載能力弱、飛行速度慢

無人機(jī)主要硬件結(jié)構(gòu)

1、芯片

一個高性能FPGA芯片就可以在無人機(jī)上實(shí)現(xiàn)雙CPU的功能，以滿足導(dǎo)航傳感器的信息融合，實(shí)現(xiàn)無人飛行器的最優(yōu)控制。

2、慣性傳感器

伴隨著應(yīng)用加速計(jì)、陀螺儀、地磁傳感器等設(shè)備廣泛應(yīng)用，MEMS慣性傳感器開始大規(guī)模興起，6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個傳感器，成本和功耗也進(jìn)一步降低。

3、WIFI等無線通信

wifi等通信芯片用于控制和傳輸圖像信息，通信傳輸速度和質(zhì)量已經(jīng)可以充分滿足幾百米的傳輸需求。

4、電池

電池能量密度不斷增加，使得無人機(jī)在保持較輕的重量下，續(xù)航時間能有25-30分鐘，達(dá)到可以滿足一些基本應(yīng)用的程度，此外，太陽能電池技術(shù)使得高海拔無人機(jī)可持續(xù)飛行一周甚至更長時間。

5、云臺

安裝、固定攝像機(jī)的支撐設(shè)備，它要保證無人機(jī)在各種環(huán)境下做到穩(wěn)定拍攝。

6、飛機(jī)機(jī)體

包含螺旋槳、電機(jī)馬達(dá)、機(jī)體外殼等

7、相機(jī)等

包括4K、3D、高像素?cái)z像頭等。

無人機(jī)主要系統(tǒng)

無人機(jī)系統(tǒng)主要由三部分組成，分別為飛行器平臺、控制站與通訊鏈路。

飛行器平臺：包括飛行機(jī)體結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、通信系統(tǒng);

控制站：包括顯示系統(tǒng)、操縱系統(tǒng);

通訊鏈路：包括機(jī)載通訊與地面通訊。

1、飛控系統(tǒng)

飛控系統(tǒng)是無人機(jī)的“駕駛員”，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)。

飛控一般包括傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和伺服作動設(shè)備三大部分，實(shí)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)身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。未來要求無人機(jī)傳感器具有更高的探測精度、更高的分辨率，因此高端無人機(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)。

現(xiàn)有飛控系統(tǒng)是開源與閉源系統(tǒng)的結(jié)合。國內(nèi)優(yōu)秀的無人機(jī)廠商，為了提高系統(tǒng)的專業(yè)化，則大部分在開源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上演化出自己的閉源系統(tǒng)。相比開源系統(tǒng)，無人機(jī)廠商自身的閉源系統(tǒng)加入了許多優(yōu)化算法、簡化了調(diào)參與線束，變得更加簡單易用。

2、導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)是無人機(jī)的“眼睛”，多技術(shù)結(jié)合是未來方向。

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。

目前無人機(jī)所采用的導(dǎo)航技術(shù)主要有慣性導(dǎo)航、定位衛(wèi)星導(dǎo)航、地形輔助導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航、多普勒導(dǎo)航等。

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(diǎn)，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。

3、動力系統(tǒng)

目前民用工業(yè)無人機(jī)以油動為主，消費(fèi)級無人機(jī)以電動為主。

不同用途的無人機(jī)對動力裝置要求也不同。低速、中低空小型無人機(jī)傾向于活塞發(fā)動機(jī)，低速短距、垂直起降無人機(jī)傾向渦軸發(fā)動機(jī)，小型民用無人機(jī)則主要采用電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或噴氣發(fā)動機(jī)。

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。

專業(yè)級無人機(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)。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)提供更持久的動力。

4、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)(通信系統(tǒng))

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)(通信系統(tǒng))是無人機(jī)和控制站之間的橋梁，是無人機(jī)的真正價(jià)值所在。

上行通信鏈路主要負(fù)責(zé)地面站到無人機(jī)的遙控指令的發(fā)送和接收。

下行通信鏈路主要負(fù)責(zé)無人機(jī)到地面站的遙測數(shù)據(jù)、紅外或電視圖像的發(fā)送和接收。

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)則采用超視距衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈。

現(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展推動者無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發(fā)展。隨著機(jī)載傳感器、定位的精細(xì)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(jì)幾年后現(xiàn)有射頻數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率將翻倍，未來可能還將出現(xiàn)激光通訊方式。