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[ 一、無人機:無人駕駛與依靠載荷執行任務的有機系統 ]
(一)分類:軍用存在殺傷性差異,民用進一步劃分為消費級與工業級
無人駕駛飛機(UAV)是指以空氣動力為升力來源、無人員搭載的空中飛行器,可 重復使用并可攜帶任務載荷。除無人機和任務載荷外,飛行任務的完成還需要控制、 通信、維護、發射、回收設備等。隨著系統概念的發展,無人機與以上設備組成的完 整系統被稱為無人機系統(UAS)。相比于有人駕駛,無人機系統因消除了駕駛員 生存、安全及舒適的限制,成為長時間停留、進入有害環境或高危作戰任務的更優 選擇,因減少人員訓練成本與相應裝置配備,具備降低全壽命周期成本的潛能。
根據用途劃分,無人機可以分為軍用與民用兩類,民用無人機又可進一步劃分為消費級與工業級。無人偵察機/監視機、無人戰斗機、通信中繼無人機、電子干擾無人 機和靶機是軍用無人機的代表類型,不同載荷塑造殺傷性差異。無人偵察/監視機能 夠利用光學照相機等電子偵察設備對目標進行信息采集;無人戰斗機配備兼具小體 積與強攻擊能力屬性的硬殺傷武器實施空中對抗或對地轟炸;通信中繼無人機為軍 機提供通信服務,擴展通信數據的傳輸范圍;電子干擾無人機采用有源或無源干擾 方式,誘導敵方雷達等電子設備暴露并實施破壞;靶機通過模擬飛機、火炮及導彈 成為地面防空兵器效能鑒別及相關作戰人員訓練的輔助裝備。除上述單一用途外, 多用途軍用無人機同樣為重要組成部分,如隨輕型精確制導武器、自動目標識別等 技術的發展而日益豐富其譜系的察打一體無人機。依據面向用戶群體的不同,民用 無人機可以分為消費級無人機和工業級無人機。消費級無人機關注拍攝效果與操作 簡易性,以影視拍攝、日常拍攝等航拍娛樂類為主。工業級無人機致力于經濟效益的創造和行業問題的解決,主要包括用于國土資源調查、氣象探測等遙感探測類;用于搜捕營救、反恐除暴、邊境巡檢等的公共安全類;用于農業植保、林業防護的生 產作業類,以及用于短途快遞投放、長途物資運輸的物流運輸類等。
平臺構型、大小、飛行性能等均為無人機的分類維度。按照飛行平臺構型,無人機可以細分為固 定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機、無人飛艇等。按照質量及外形尺寸,無人 機可分為大型無人機(質量大于500~800kg)、中型無人機(質量為200~500kg)、 輕型無人機(質量為100~200kg)、小型無人機(質量為1~100kg)、微型無人機(質 量小于1kg)。速度、航程、實用升限既為性能的衡量指標,又為分類尺度。具體來 看,按照速度,無人機可分為低速無人機(Ma小于0.4)、亞聲速無人機(Ma為0.4~0.85)、跨聲速無人機(Ma為0.85~1.3)、超聲速無人機(Ma為1.3~5)、高超 聲速無人機(Ma大于5)。按照航程,無人機可分為超短程無人機(活動半徑為5- 15km)、近程無人機(活動半徑為15-50km)、短程無人機(活動半徑為50~200km)、 中程無人機(活動半徑為200~800km)、遠程無人機(活動半徑大于800km)。按 照實用升限,無人機可分為超低空無人機(實用升限為0~100m)、低空無人機(實 用升限為100~1000m)、中空無人機(實用升限為1000~7000m)、高空無人機(實 用升限為7000~20000m)、超高空無人機(實用升限超20000m)。
(二)組成結構:由四大分系統共同構成,飛行平臺為無人機的主體
無人機系統通常由飛行平臺系統、任務載荷系統、地面系統與綜合保障系統構成。飛行平臺系統是無人機的主體,整合動力裝置、飛控系統、導航系統等部件后攜帶 載荷實現空中飛行與任務執行。任務載荷系統是決定無人機不同用途的關鍵,所涉 及任務設備包含偵察搜索設備、測繪設備、軍用專用設備、民用專用設備等多種類 型。除執行任務的直接載體之外,地面系統作為無人機系統的指揮中心,控制飛行 過程與航跡、飛行平臺的起降以及通信鏈路的工作,綜合保障系統對各分系統進行 維護保障、人員調配等,亦為無人機系統正常運轉不可或缺的組成部分。
飛控系統是無人機飛行過程中的核心系統,可類比為有人機中的飛行員。飛控系統主要具備飛行控制和飛行管理兩大功能,前者保障飛機運行的平穩性,兼顧無人機 姿態和航跡的穩定及按指令或預設轉變;后者指代數據設備管理和特定情景響應, 包括采集飛行狀態參數、處理故障及應急場景、計算導航路徑等。自主控制、半自主 控制、指令控制與人工控制是常見的無人機控制方式。其中,自主控制是飛控系統 利用傳感器新獲信息、預設航路信息及任務規劃信息自動控制飛行,具體過程為飛 控系統中的敏感元件確定當前飛行路線,飛控計算機系統運行處理所獲信息并發出指令,執行裝置接收指令后帶動舵面偏轉,進而改變無人機航行路線。指令控制是 由飛控系統接收由地面控制站的操作員所發送的遙控、遙測指令。而半自主控制恰 好為自主控制與指令控制的融合,此時飛控系統同步響應傳感器信息與地面指令, 使無人機達到應有姿態,完成航線規劃。