浅谈无人机控制与自主驾驶

浅谈无人机飞行控制与自主驾驶

摘要：

无人机系统是未来进行信息对抗、夺取信息优势、实施火力打击的重要手段。"自主性"是无人机系统区别于有人机最重要的技术特征,实现无人机系统的自主控制,提高其智能程度,是无人机系统的重要发展趋势。本文简单对无人机系统自主控制问题进行了阐述,;分析了无人机系统自主控制技术的研究现状，最后对无人机系统自主控制技术的发展趋势进行了展望。

关键词：无人机飞控系统自主控制人工干预智能化

引言：

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。当今无人机研究的热点问题在于无人机的自主性和智能化，故本文浅谈一下当今的热点。

正文：

一、无人机较有人驾驶飞机的优势与劣势

无人机是军民两用产品，以军用为主。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，备受世界各国军队的青睐。但另一方面，目前大多数无人机都离不开人的控制，也即无线电操控或者自主控制与人工干预相结合，这在某种程度上就限制了无人机的使用，而目前应用的无人机自主控制系统大都只能让无人机完成简单的动作，航线也是预先设定的，难以应对紧急情况和复杂空情及气象条件，灵敏性和可靠性都不如有人驾驶飞机。在这种情况下看来，无人机在短时间内还不能完全取代有人机的地位。

二、无人机飞控与管理系统

无人机飞行控制与管理系统的一般组成：飞行控制是无人机飞行控制与管理系统的最基本的功能。一般来讲, 无人机飞行控制的基本模态包括俯仰/滚转姿态的控制与稳定、高度控制与稳定、速度控制与稳定、侧向偏离控制以及爬升/下降控制等。这是无人机执行任务中最常用的控制模态。由于机上无人, 加之高性能的侦察任务设备一般具有稳定平台, 在巡航飞行中对于无人机的控制一般更侧重于对空速和轨迹的控制。无人机飞行控制与管理系统的配置取决于任务使命, 可以是简单的由GPS接收机、动/静压传感器、垂直陀螺、速率陀螺、飞控计算机以及航模舵机组成的系统，也可以是由多余度传感器、余度计算机和余度作动系统构成的复杂余度系统。无人机飞行控制与管理系统一般与测控系无人机的飞行

管理一般包括：飞行任务管理与规划、机载设备故障判断与处理、导航解算、遥控遥测管理以及飞行性能管理等。飞行任务管理与规划主要包括任务航线的规划、装订和调整, 航线/航点的切换控制、出航、巡航和返航的控制等。一旦传感器失效, 在无法目视看到无人机的情况下, 要遥控好无人机相当困难，因而先进无人机上的飞行控制与管理系统被赋予了更高的工作权限和工作时限, 人工干预对于飞行系统的自动控制只起辅助作用, 至于遥控控制只有在自动控制完全失效的、万不得已的情况下才采用。飞控计算机一般作为无人机上的控制与信息处理中心, 其软硬件系统功能的完整性、工作的可靠性直接关系到无人机系统的飞行安全。

三、人工智能技术在无人机上的应用

自主控制水平的高低也依赖于智能技术的发展，可获得信息的完整和准确程度对人工智能系统感知形势、解释环境和做出反应的能力和结果有很大影响。近年来，随着人工智能和计算机技术的快速发展，已经将人工智能技术应用于无人机的控制系统，通过学习可以使无人机控制系统具有很好的性能和跟踪精度，而且一旦无人机具备了学习能力，便也会想飞行员一样积累“经验”，同时也会发展出无人机编队及有人机和无人机协同模式，无人机之间的配合也将越来越重要。同时，基于视觉的无人机导航系统的应用将有助于提高无人机的自主控制水平

四、未来无人机智能化展望

近年来，数字式自动驾驶仪和数字式飞行控制系统相继问世。可以预料，由于现代控制理论、新型数字计算机和新型的飞行器结构布局三方面相结合，不久的将来，必将不断研制成性能极佳、可靠性极高的飞行器。此外，为全面提高飞机的性能，目前有将飞机上所有设备耦合起来的趋势，例如把火控系统、导引系统、显示系统等与飞行控制系统耦合成综合系统。今后飞行控制系统将朝着数字化、综合化的方向发展。从近年来问世的美军X-47B 无人隐形轰炸机来看，未来无人机的智能化程度将越来越高，目前X-47B已经做到了完全脱离地面人员控制、依靠电脑程序执行任务，并能自主在航母上起降乃至空中加油。那么未来的无人机在更先进的计算机及控制软件的帮助下，判断和处理能力基本达到有人机的水平，可以在包含更多不确定性的环境中执行任务。

结束语：无人机系统自主控制技术是一个富有挑战性的课题，提高无人机系统的自主性

是永恒的追求目标，本文从一个大一新生的非专业视角，简单讨论了无人机自主控制，更多的只是一种兴趣的激发，为以后的方向做铺垫。

参考文献：

○1百度百科“无人驾驶飞机”词条

/view/4246.htm

○2王宏伦, 王英勋《无人机飞行控制与管理》（载于《航空学报》2008年5月增刊）

○3王英勋，蔡志浩《无人机的自主飞行控制》（载于《航空制造技术》2009年08期）

○4朱华勇，牛轶峰，沈林成，张国忠《无人机系统自主控制技术研究现状与发展趋势》（载于《国防科技大学学报》2010年03期）