【正文】 無(wú)人機(jī)。 按活動(dòng)半徑分類：無(wú)人機(jī)可以分為超近程無(wú)人機(jī)、近程無(wú)人機(jī)、短程無(wú)人機(jī)、中程無(wú)人機(jī)和遠(yuǎn)程無(wú)人機(jī)。微型無(wú)人機(jī)重量一般小于 1kg，尺寸在 15cm 以內(nèi)。軍用無(wú)人機(jī)又分為信息支援、信息對(duì)抗、火力打擊三大類，其中信息支援類無(wú)人機(jī)包括偵察監(jiān)視、信號(hào)情報(bào)、目標(biāo)指示、毀 傷評(píng)估、預(yù)警探測(cè)、地形測(cè)繪、核生化 /輻射和爆炸物偵測(cè)、水文監(jiān)測(cè)、氣象探測(cè)、作戰(zhàn)搜索救援、通信中繼、信息組網(wǎng)等類型無(wú)人機(jī)；信息對(duì)抗類無(wú)人機(jī)包括電子對(duì)抗（含電子偵察、電子防護(hù)、電子攻擊）、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)、誘餌 /欺騙、心理戰(zhàn)等類型無(wú)人機(jī)；火力打擊類無(wú)人機(jī)包括時(shí)敏目標(biāo)打擊、對(duì)地攻擊、制空作戰(zhàn)、反潛 /反艦、 地雷 /水雷探測(cè)、反水雷、 防空反導(dǎo)等類型無(wú)人機(jī)。高技術(shù)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)使用精確制導(dǎo)武器的比重越來(lái)越大，核、生、化武器并存，殺傷力增大，參戰(zhàn)人員將面臨巨大危險(xiǎn)。 c. 無(wú)人機(jī)將成為空中作戰(zhàn)的主導(dǎo)力量。無(wú)人機(jī)能夠提供長(zhǎng)期持久的戰(zhàn)場(chǎng)信息支 持服務(wù)，可實(shí)時(shí)獲取和戰(zhàn)場(chǎng)信息，具有多維一體、全域覆蓋、持續(xù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確精細(xì)的信息感知能力；不同類型不同高度的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成了覆蓋戰(zhàn)場(chǎng)低空至臨近空間區(qū)域范圍的通訊、導(dǎo)航和定位等信息支持網(wǎng)絡(luò)，形成靈活、機(jī)動(dòng)、多層次、立體化的空基和近天基綜合信息支持能力，提高了指揮的效率，增強(qiáng)了作戰(zhàn)的聯(lián)合性和靈活性。與有人駕駛飛機(jī)相比，無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：一是可長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行空中任務(wù)；二是可替代有人駕駛飛機(jī)進(jìn)入核 /生 /化等污染環(huán)境執(zhí)行任務(wù)；三是不存在飛行員傷亡，政治和軍事風(fēng)險(xiǎn)較小；四是由于不考慮人的因素，可承受更大的載荷，飛機(jī)的隱身和機(jī)動(dòng)性上可實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍；五是全壽命費(fèi)(2) 8 用低、作戰(zhàn)效費(fèi)比高。 (6) 保障與維修分系統(tǒng)：基層級(jí)保障維修設(shè)備，基地級(jí)保障維修設(shè)備等。 (2) 任務(wù)載荷分系統(tǒng)：信息支援、信息對(duì)抗、火力打擊等； 任務(wù)載荷分系統(tǒng)完成要求的信息支援、信息對(duì)抗、火力打擊等任務(wù)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的 說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 (3) 數(shù)據(jù)鏈分系統(tǒng)：無(wú)線電遙控 /遙測(cè)設(shè) 備、信息傳輸設(shè)備、中繼轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備等； 數(shù)據(jù)鏈分系統(tǒng)通過(guò)上行信道，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的遙控；通過(guò)下行信道，完成對(duì)無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)參數(shù)的遙測(cè)，并傳回任務(wù)信息。 保障與維修分系統(tǒng)主要完成無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的日常維護(hù)，以及無(wú)人機(jī)的狀態(tài)測(cè)試和維修等任務(wù)。與衛(wèi)星相比，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)具有時(shí)效性、針對(duì)性和靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。 b. 無(wú)人機(jī)是未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)信息對(duì)抗的重要支柱。無(wú)人機(jī)將具備時(shí)敏目標(biāo)察打能力、對(duì)敵縱深重要目標(biāo)精確打擊能力、臨近空間作戰(zhàn)能力和跨大氣層作戰(zhàn)能力，成為 21 世紀(jì)空中作戰(zhàn)的主導(dǎo)力量。因此，無(wú)人機(jī)能夠代替有人機(jī)執(zhí)行最危險(xiǎn)的任務(wù)，最大限度地避免人員傷亡。民用無(wú)人機(jī)包括檢測(cè)巡視類無(wú)人機(jī)、通信中繼類無(wú)人機(jī)、遙感繪制類無(wú)人機(jī)和時(shí)敏目標(biāo)打擊類無(wú)人機(jī)。小型無(wú)人機(jī)重量一般在 1～ 100kg 內(nèi)，中型無(wú)人機(jī)重量一般在100～ 1000kg 內(nèi)，大型無(wú)人機(jī)重量一般大于 1000kg。超近程無(wú)人機(jī)活動(dòng)半徑在 5～15km 之間，近程無(wú)人機(jī)活動(dòng)半徑在 15～ 50km 之間，短程無(wú)人機(jī)活動(dòng)半徑在 50～ 200km 之間，中程無(wú)人機(jī) 活動(dòng)半徑在 200～ 800km 之間，遠(yuǎn)程無(wú)人機(jī)活動(dòng)半徑大于 800km。正常航時(shí)無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間小于 24h，長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)續(xù)航 時(shí)間大于或等于 24h。 1962 年美國(guó) U2 偵察機(jī)再次前往 前蘇聯(lián)，飛越古巴時(shí)，又被 SAM導(dǎo)彈擊毀，由此引發(fā)了采用無(wú)人飛行器進(jìn)行偵察的思想，開始研制了D21， AQM34，主要功能是照相偵察。 1991 年初的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中無(wú)人機(jī)已成為 “ 必須有 ” 的戰(zhàn)場(chǎng)能力，六套先鋒（ Pioneer）無(wú)人機(jī)系統(tǒng)參戰(zhàn)，其中三套在近海岸，出動(dòng) 151架次；兩套在海軍艦艇上，出動(dòng) 46 架次；一套在海軍陸戰(zhàn)隊(duì)，出動(dòng)185 架次，提供了高品質(zhì)、近實(shí)時(shí)、全天時(shí)的偵察、監(jiān)視、目標(biāo)捕獲、攔截和戰(zhàn)損評(píng)估。（ 2）美軍的 “ 敢死蜂 ” （ Exdrone） 。 科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中參戰(zhàn)的無(wú)人機(jī)有 “ 捕食者（ TierII） ” ， “ 獵人（ Hunter） ” ， “ 先鋒 ” ， “ 紅隼 ” ， “ 不死鳥 ” ， “ 米拉奇 26”(2) 13 以及 “CL 289” 等七種無(wú)人機(jī)，是歷次戰(zhàn)爭(zhēng)中使用無(wú)人機(jī)架次最多的一次，也是發(fā)揮作用最大的一次。 歷次參戰(zhàn)的無(wú)人機(jī)型號(hào)見表 。航空技術(shù)包括空氣動(dòng)力技術(shù)、飛行動(dòng)力學(xué)技術(shù)、航空結(jié)構(gòu)技術(shù)、航空材料技術(shù)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、飛行控制與導(dǎo)航技術(shù)、航空電子電氣技術(shù)等，早期的航空技術(shù)發(fā)展主要解決無(wú)人機(jī)等飛行器能夠飛行的問(wèn)題，現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展促(2) 15 進(jìn)無(wú)人機(jī)向飛行性能越來(lái)越高、飛行可靠性越來(lái)越好、執(zhí)行任務(wù)的能力越來(lái)越強(qiáng)的方向發(fā)展。無(wú)人機(jī)早期數(shù)據(jù)鏈速度低、容量小、抗干擾能力差，只能解決無(wú)人機(jī)基本的操縱控制和飛行狀態(tài)監(jiān)視問(wèn)題，使得無(wú)人機(jī)可用。 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步將對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)展的推動(dòng)作用愈來(lái)愈強(qiáng)。目前全球共有 57 個(gè)國(guó)家研制和發(fā)展無(wú)人機(jī)，研制和發(fā)展的無(wú)人機(jī)系統(tǒng) 974 種，其中已成為無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的有 369 種。裝備部隊(duì)主要有十幾種，數(shù)量達(dá) 1700 多架。以色列是無(wú)人機(jī)系統(tǒng)裝備與技術(shù)最大的輸出國(guó)之一。 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，歐洲為了縮短與美國(guó)和以色列在發(fā)展無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的差距，提高獨(dú)立自主能力，大大加強(qiáng)了無(wú)人機(jī)的研制力度。英國(guó)已經(jīng)研制了 “ 大烏鴉 ”(Corax) 低可探測(cè)性高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)驗(yàn)證機(jī)，下一步計(jì)劃研制 “ 守望者 ”(WatchKeeper) 無(wú)人機(jī)，將為英國(guó)地面部隊(duì)提供增強(qiáng)的情報(bào)、監(jiān)視、目標(biāo)獲取和監(jiān)視 (ISTAR)能力。 隨著新技術(shù)的快速發(fā)展和在實(shí)戰(zhàn)中的廣泛應(yīng)用，無(wú)人機(jī)系 統(tǒng)的概念、任務(wù)和技術(shù)要求都發(fā)生了根本性的變化。一方面各國(guó)均在發(fā)展中小型無(wú)人機(jī)的基礎(chǔ)上，向新技術(shù)更密集、作戰(zhàn)效率更高、覆蓋面積更大、生存力更高的高空、高速、長(zhǎng)航時(shí)大型無(wú)人機(jī)方向發(fā)展；另一方面由于微小型無(wú)人機(jī)操作簡(jiǎn)便靈活，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性能和低空飛行優(yōu)勢(shì)，隨著全球反恐和特種作戰(zhàn)任務(wù)的需要，各航空強(qiáng)國(guó)對(duì)微小型無(wú)人機(jī)的發(fā)展十分重視。臨近空間是航天與航空的空間接合部，是航空技術(shù)與航天技術(shù)的交叉，一個(gè)大有作為的領(lǐng)域。 無(wú)人機(jī)發(fā)展需要的主要關(guān)鍵技術(shù) 未來(lái)無(wú)人機(jī)向更高、更快、更遠(yuǎn)、更機(jī)動(dòng)、更高效的方向發(fā)展，需 要的主要關(guān)鍵技術(shù)有： (1) 平臺(tái)技術(shù)（綜合布局、氣動(dòng)、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱身） 。 (2) 22 2 無(wú)人機(jī)控制與管理系統(tǒng)的特點(diǎn) 與有人駕駛飛機(jī) (有人機(jī) )相比，無(wú)人機(jī)最大的特點(diǎn)就是 “ 無(wú)人 ”二字，因此無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)與有人機(jī)飛行控制系統(tǒng)相比所具有的特點(diǎn)，也是從這二字而來(lái)。 3 無(wú)人機(jī)控制與管理系統(tǒng)的組成和功能 根據(jù)無(wú)人機(jī)發(fā)展的歷史時(shí)期和用途的不同，無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)在組成和功能上有相當(dāng)大的差別。 4 無(wú)人機(jī)控制模式 無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)是全時(shí)限、全權(quán)限的，飛行控制模式可以分為程序控制（時(shí)間程序控制）、遙控（通過(guò)地面站遙控指令控制）和自主飛行控制（二維、三維或四維）三種。 5 機(jī)載傳感器 無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括角速率傳感器、姿態(tài)傳感器、航向傳感器、高度空速傳感 器、飛機(jī)位置傳感器、迎角傳感器、過(guò)載(2) 25 傳感器等。 角速率傳感器應(yīng)安裝在無(wú)人機(jī)重心附近、一階彎振的波節(jié)處，安裝軸線與要感受的機(jī)體軸向平行，并特別注意極性的正確性。 姿態(tài)、航向傳感器應(yīng)安裝在飛機(jī)重心附近，振動(dòng)盡可能要小，有較高的安裝精度要求。 高度、空速傳感器的選擇主要考慮測(cè)量范圍和測(cè)量精度。 飛機(jī)位置傳感器的選擇一般考慮與飛行時(shí)間相關(guān)的導(dǎo)航精度、成本和可用性等問(wèn)題。在此前提下，還有如下方法可供選擇。因?yàn)?GPS 易受美國(guó)的制約，不宜對(duì)其過(guò)分依賴。 最為現(xiàn)實(shí)的方法是本系統(tǒng)配備的地面測(cè)控系統(tǒng)視距鏈路。 視起飛 /著陸的不同階段和導(dǎo)引設(shè)備的可用度采用全自動(dòng) /半自動(dòng) /人工（遙控）多種引導(dǎo)與控制方式相結(jié)合的方案。 在 DGPS 可用的情況下，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的起飛與著陸。 (2) 29 a) 7 伺服機(jī)構(gòu) 伺服作動(dòng)設(shè)備也稱舵機(jī)，是飛控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。 伺服作動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)要求主要有以下方面： 1）性能要求 a) 最大輸出力矩 最大輸出力矩指額定工作狀態(tài)下伺服作動(dòng)設(shè)備能夠輸出的最大力矩，該力矩應(yīng)該大于折合到舵面相應(yīng)位置的最大氣動(dòng)鉸鏈力矩（或節(jié)風(fēng)門偏轉(zhuǎn)力矩）。 e) 跟蹤精度 伺服作動(dòng)設(shè)備輸出跟蹤輸入的精度應(yīng)滿足一定的要求。飛行控制律設(shè)計(jì)的依據(jù)是系統(tǒng)研制任務(wù)合同及相關(guān)頂層技術(shù)文件。 控制律結(jié)構(gòu) 首 先應(yīng)明確飛機(jī)的控制面。根據(jù)無(wú)人機(jī)的任務(wù)要求，選擇以下控制律結(jié)構(gòu)。俯仰角速度反饋用于增加短周期阻尼。對(duì)具有較大自然阻尼特性的飛機(jī)可略去滾轉(zhuǎn)角速度反饋。 (2) 33 前 向控 制 通 道航 向 角 速度 增 益航 向 角 指 令航 向 角航 向 角 速 度副 翼 偏 轉(zhuǎn) 指 令滾 轉(zhuǎn) 角增 益滾 轉(zhuǎn) 角滾 轉(zhuǎn) 角速 度 增 益滾 轉(zhuǎn) 角 速 度 (a) 前 向控 制 通 道航 向 角 速度 增 益航 向 角 指 令航 向 角航 向 角 速 度方 向 舵 偏 轉(zhuǎn) 指 令滾 轉(zhuǎn) 角增 益滾 轉(zhuǎn) 角 (b) 副 翼 前 向控 制 通 道航 向 角 指 令航 向 角副 翼 偏 轉(zhuǎn) 指 令滾 轉(zhuǎn) 角增 益 ( 副 翼 )滾 轉(zhuǎn) 角滾 轉(zhuǎn) 角 速 度增 益 ( 副 翼 )滾 轉(zhuǎn) 角 速 度方 向 舵 前 向控 制 通 道航 向 角 速 度 增益 ( 方 向 舵 )航 向 角 指 令航 向 角航 向 角 速 度方 向 舵 偏 轉(zhuǎn) 指 令滾 轉(zhuǎn) 角增 益 ( 方 向 舵 )滾 轉(zhuǎn) 角 (c) 圖 3－ 4 航向角穩(wěn)定與控制結(jié)構(gòu) (2) 34 高度控制 高度控制 由俯仰內(nèi)回路及外回路組成。 節(jié)風(fēng)門空速控制的結(jié)構(gòu)如圖 3－ 6 所示，俯仰空速控制結(jié)構(gòu)如圖 3－ 7所示，阻力空速控制結(jié)構(gòu)如圖 3－ 8 所示。側(cè)偏距離為相對(duì)于期望航線的距離，即期望航線與實(shí)際航線之差。用來(lái)完成上述引導(dǎo)任務(wù)的設(shè)備稱為導(dǎo)航系統(tǒng)。 導(dǎo)航方法通常分為自主與非自主兩大類。在 20世紀(jì) 70年代初，美國(guó)學(xué)者 Lemay 提出用以下 4 個(gè)特點(diǎn)來(lái)代表航天器自主導(dǎo)航的概念：⑴ 自給或者獨(dú)立； ⑵ 實(shí)時(shí)； ⑶ 無(wú)發(fā)射； ⑷ 不依靠地面站。按照發(fā)射 機(jī)或轉(zhuǎn)發(fā)器所在的位置，無(wú)線電導(dǎo)航可分為地面基導(dǎo)航系統(tǒng)或空間基導(dǎo)航系統(tǒng)。 (2) 雙曲線系統(tǒng) 我國(guó)新近研制的 “ 北斗 ” 衛(wèi)星定位系統(tǒng)屬于雙曲線系統(tǒng)。目前，無(wú)人機(jī)最常用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為 GPS、 GPS+GLONASS組合系統(tǒng)。對(duì) CA 碼接收機(jī)按信號(hào)接收和處理原理，又分為 CA 碼偽距接收機(jī)和 CA 碼載(2) 40 波相位接收機(jī)。它與 GPS 的主要差別在于： GLONASS 采用頻分制，即每顆衛(wèi)星采用不同的射電頻率；而 GPS 是采用碼分制。 (2) 慣性導(dǎo)航系統(tǒng) (INS) (2) 41 慣性導(dǎo)航利用慣性敏感元件測(cè)量飛機(jī)相對(duì)慣性空間的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)參數(shù)。目前航空慣性導(dǎo)航系統(tǒng)幾乎都屬于半解析式慣導(dǎo)系統(tǒng)，目前常用的此類系統(tǒng)可分為平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)。正因如此，對(duì)單純的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就需要具有高質(zhì)量的慣性元件和溫度控制系統(tǒng)，尤其是陀螺。 地形匹配與慣導(dǎo)組合是完全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，是一種很好的輔助修正定位手段，適應(yīng)于丘陵、低高度地區(qū)，不適宜在非常平坦的地帶和海平面上工作。在飛行過(guò)程中，利用機(jī)載傳感器攝取實(shí)時(shí)景象圖，并從基準(zhǔn)圖中裁取大小適中的圖像塊，作為匹配的搜索區(qū)域進(jìn)行匹配，最終獲得飛機(jī)當(dāng)前的確切位置。(2) 43 在空氣稀薄的高空，天文導(dǎo)航是比較理想 的；但在低空，天文導(dǎo)航受到云層及氣象條件的限制。無(wú)人機(jī)不同于導(dǎo)彈，待機(jī)時(shí)間很長(zhǎng)，慣導(dǎo)系統(tǒng)單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間工作無(wú)法滿足導(dǎo)航精度要求。而且，利用故障自動(dòng)檢測(cè)和軟件控制，可實(shí)現(xiàn)不同工作方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。松散組合的主要特點(diǎn)是： GPS 和慣導(dǎo)獨(dú)立工作，組合僅表現(xiàn)在 GPS 輔助慣導(dǎo)。在衛(wèi)星定位失效的情況下，利用失效前估計(jì)出的風(fēng)場(chǎng)信息或利用預(yù)先裝定的任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)中氣象預(yù)測(cè)的風(fēng)場(chǎng)信息以及機(jī)載傳感器信息，進(jìn)行航程推算定位。利用 GPS 與地形匹配的互補(bǔ)特性再與 INS 組合所構(gòu)成的導(dǎo)航系統(tǒng)在各類戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)中可發(fā)揮重要作用。將獲得的定位數(shù)據(jù)對(duì) INS 進(jìn)行修正。未來(lái)發(fā)展對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的性能要求，概括起來(lái)為：高精度、高可靠性和可用性、高度的自主和高動(dòng)態(tài)性能及高抗干擾性能。因此制導(dǎo)系統(tǒng)的基本功能就是在無(wú)人機(jī)飛向目標(biāo)的整個(gè)過(guò)程中，不斷地測(cè)量無(wú)人機(jī)的實(shí)際飛行軌跡相對(duì)于所要求的飛行軌跡之間的偏差，或者測(cè)量無(wú)人