无人机系统组成

无人机系统组成

为读者介绍各个系统的功能，要记住所有分系统都不是孤立的，而是构成全系统的一部分。控制站

控制站通常是地面的，或舰载的，也可能是机载的位于母机上，控制站是飞行操控中心，实现人机交互，一般是无人机任务预规划中心。如果是这样，该站成为任务规划与控制站。有时也有这种情况，任务规划在指挥中心完成，然后将数据传输给控制站进行执行，这种应用方式通常比较少。

通过控制站，控制人员利用上行通信链路给飞机发送指令，控制飞机飞行、操控所携带的各个任务载荷。同样。通过下行通信链路，飞机回传信息和图像到达操控人员面前。信息包括载荷数据、机上各个分系统的状态信息（监测数据）、位置信息等，飞机的发射与回收可通过主控制站或基于卫星的控制站（辅助的）完成。

控制站经常集成有与外界联系的通信系统，主要完成获取天气信息、各个系统间的网络信息传输，接收上级下达的任务，给上级或其他部门回报信息等。

任务载荷

任务载荷的类型和性能是由所完成的任务决定的，包括：

（1）简单的载荷子系统由固定焦距无稳定平台的摄像机构成。

（2）视频成像系统具有较强的功能，其焦距较长，具有局部放大能力。可摇摆倾斜、带有陀螺仪稳定的转台。

（3）高功率雷达，包括供电单元。

一些功能更强的无人机在一个任务载荷单元中或多个任务载荷单元，可携带多个不同类型的载荷，通过对于来自不同传感器数据的处理和融合，提高信息获取能力，或者得到单从一传感器不能获得的信息。

无人飞机

飞机的主要功能是承载任务载荷到达工作地点，同时也搭载飞机飞行所需的子系。这些子系统包括通信链路、增稳与控制设备、发动机以及燃油、发供电设备，飞机机体，还有用于发射、任务载荷、回收等装置。

飞机结构设计还需考虑的主要因素是作用距离、飞行速度、续航时间，这些性能是根据任务

需求提出的。续航时间和飞行距离要求将决定燃油携带量。高性能低油耗的要求将对动力系统的效率，飞机动力学结构优化等提出要求。

飞行速度要求从根本上决定了采用哪种飞机的类型，包括轻于空气的飞行器，重于空气的固定翼、工作在高空的飞机，旋翼机，可变形机。军事上的长续航、远程监视任务决定了要选大展炫比固定翼、工作在高空的飞机。他要求从较长跑道起飞，以获得起飞需要的速度，这速度是由低空气阻力、高机翼载荷所要求。

无人作战飞机要求工作在较高的速度上，他要求具有低展炫比，可以长距离滑跑起飞，也可以空中发射。

无人机主要的民用领域应用要求飞机在执行任务期间，大部分飞机速度在70km/h或低于该速度、很多应用要求飞机具有悬停能力（如电力线巡查），悬停能力可以更好的完成任务（如警察、消防人员对突发事件的控制）。

一些军事应用要求飞机悬停或很慢的速度飞行，如海军假目标，陆军的核生化监测、激光目标指示，空军基地安全防护。未爆炸的检测与排除等。无论是军事还是民用，只要是船上或限定区域工作，都需要飞机垂直起降。

导航系统

对于操控人员，需要实时地知道任何时刻飞机的位置、对于飞机来说，当自主飞行时，也需要飞机在飞行过程中在任何时刻知道自己的位置。这是任务预规划时的内容，也是系统性能恶化后，飞机紧急返回的基础。对于全自主飞行模式，即无需进行控制站与飞机之间的任何通信，飞机上必须搭载足够数量的导航设备。

过去，飞机需要携带高性能、复杂、笨重昂贵的惯性导航（简称惯导）系统，或者是低成本一般性能的惯导系统，但是都需要通过传输链路。由地面站对导航数据进行频繁更新。这些更新数据来源于无线电跟踪或者是地理特殊是识别定位。

现在，可以利用全球定位系统，它是利用卫星进行定位，大大减轻了导航定位的复杂性。GPS接受机重量轻、体积小、价格低，可以连续更新定位信息，因此目前只有非常简单的惯导系统还需求。

对于非自主飞行模式，或者GPS被阻断的情况，飞机与地面控制站之间的连续通信就很重要，其它后备导航手段包括：

（1）雷达跟踪。飞机上安装有异频雷达收发机，可以响应控制站的扫描雷达发射的信息，这样飞机的方位和距离就可以显示在控制站雷达显示器上。

（2）无线电跟踪。带有数据的无线电信号从飞机上发送给地面控制站，地面控制站在方位上跟踪这个信号，就可确定方位。同时，距离是根据编码信号从飞机到控制站之间传输所需时间来确定。

（3）直接估计。计算机获取速度矢量和飞行时间，就可以计算出飞机的位置。如果飞机携带电视摄像机搜索地面，可根据图像中地理特征信息和地面上的已知位置，确定飞机位置。

为了减轻操控强度，即使不能自主飞行，自动化程度也应尽可能地提高。

发射、回收和吊装设备

（1）发射设备。对于不能垂直起飞，也没有合适跑道可供使用的无人机来说，该设备是必需的。通常是将无人机锁定在倾斜滑道上，通过推力使无人机在滑道上加速，直到无人机获得飞行所需达到的速度。

（2）回收设备。不具备垂直飞行能力的无人机通常需要回收设备，除非利用轮式或滑撬进行滑降着陆。该设备通常采用回收伞形式，该伞安置在无人机上，在指定高度打开。为了回收安全需要有效的着陆手段。

（3）吊装设备。除非是轻便的轻型飞机，一般无人机都需要一种手段将飞机运送到发射车上。

通信链路

通信系统主要的、也是最重要的需求是提供控制站与飞机之间数据链路（上行和下行）。传输媒介通常是无线电波，但也是激光束，或光纤传输的光波。数据链路的主要功能是：（1）上行（从控制站到无人机）

发送飞行路径数据，然后储存到飞机自动飞行控制系统中

当人在飞行控制环路中时，实时发送飞行控制命令到自动飞行控制系统

发送控制命令到机载任务载荷和附属设备

发送相关的位置更新信息到飞机惯导/自动飞行控制系统

（2）下行（从无人机到控制站）

发送有关飞机的位置信息到控制站

发送任务载荷图像和数据到控制站

发送飞机状态信息，如油量、发动机温度等到控制站。

无线通信系统的功耗、处理复杂性、天线设计及其复杂性、重量、成本等将由以下因素决定：（1）无人机测控作用距离。

（2）下传任务载荷和状态数据的综合需求。

（3）传输安全要求。

接口

尽管无人机系统的部分单元或分系统在其它应用中独立工作，但这些单元或子系统需要有机协调，才能使全系统获得较好的性能。在一个系统之内，分系统之间必须集成工作，各个分系统之间必须集成工作，各个分系统之间的接口功能需要给予较大关注。

例如，无线通信子系统在控制站和无人机之间构建了接口连接，但是其设备分别安装在控制