【正文】 期間進一步發(fā)展了 BQM34 輕型無人機，功能由照相偵察增加到實時影像，電子情報，電子對抗，實時通訊，散發(fā)傳單，戰(zhàn)場(2) 12 毀傷評估等。 1985 年，美國海軍及海軍陸戰(zhàn)隊購買了以色列 AAI 及 IAI 航空工業(yè)公司的 “ 先鋒 ” 系統(tǒng) ，該系統(tǒng)在發(fā)展過程中經(jīng)受了大量的嚴峻考驗。此時，美國會要求成立 “ 聯(lián)合計劃局 ” （ JPO） ,這樣可以在各軍種之間最大限度的發(fā)揮技術(shù)的通用性和相互操作性。這場戰(zhàn) 爭中有五種無人機系統(tǒng)參戰(zhàn)：（ 1）美軍的 “ 先鋒 ” （ Pioneer） 。（ 3）美軍的 “ 指針 ” （ Pointer）；（ 4）法軍的小型遠程遙控偵察機（ MART）；（ 5）英軍的 CL289。只是給了軍方啟發(fā)，使他們思考無人機 “ 能做什么 ” ，但可以肯定，無人機是一種有潛力的重要武器系統(tǒng)。 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對戰(zhàn)區(qū)進行偵察和監(jiān)視，尤其在第二次車臣戰(zhàn)爭中，俄軍的 “ 蜜蜂 ” 無人偵察機偵察了大量叛軍資料，為俄軍精確打擊提供準(zhǔn)確資料。 2020 年的伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍使用了 10 種以上的無人機支援作戰(zhàn)行動，實現(xiàn)了有人駕駛飛機與無人機、空中與地面武器系統(tǒng)的靈活運用。 歷次參戰(zhàn)的無人機完成的主要作戰(zhàn)功能見表 。無人機是依賴空氣動力承載飛行的航空器，如何讓無人機能夠穩(wěn)定可靠飛行，性能越來越好，這依賴于航空技術(shù)的應(yīng)用 和發(fā)展。 無線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展是推動無人機向可用化和實用化發(fā)展的條件。無人機數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)请p向體 制，上行數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對無人機的遙控，下行數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對無人機的遙測?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展使得無人機數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗截獲、抗干擾能力強的方向發(fā)展，推動無人機實用化能力越來越強。無人機通過裝載不同的任務(wù)設(shè)備實現(xiàn)不同的功能，如無人機裝載光電、紅外偵察設(shè)備可實現(xiàn)偵察功能，無人機裝載通信中繼設(shè)備可實現(xiàn)通信中繼功能，無人機裝載精確制導(dǎo)武器可實現(xiàn)對空 、對地 (海 )面目標(biāo)攻擊，任務(wù)設(shè)備的種類越多、性能越高，無人機的用途也就越多、功能也就越強。自主飛行控制技術(shù)發(fā)展推動無人機向自主和智能化方向邁進，材料科學(xué)技術(shù)的進步和微機電技術(shù)發(fā)展將改變無人機系統(tǒng)平臺設(shè)計理念，新能源技術(shù)發(fā)展將推進無人機實現(xiàn)超長時間飛行能力，高速寬帶網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)將實現(xiàn)無人機組網(wǎng)和互聯(lián)互通，并促進無人機向多機編隊、無(2) 16 人機與有人機聯(lián)合編隊、無人機與其它 (空中、地面、天空 )裝備聯(lián)合執(zhí)行多樣化任務(wù)的方向發(fā)展。許多國家將無人機發(fā)展置于重要地位，投入逐年增加。美國占據(jù)無人機發(fā)展的制高點，以色列起步較早，并在戰(zhàn)術(shù)無人機、長航時無人機方面具有特色和優(yōu)勢，俄羅斯始終沒有放松先進技術(shù)開發(fā)應(yīng)用研究，歐洲各國則不甘人后，奮起直追，亞洲國家和地區(qū)不斷加快無人機發(fā)展，第三世界國家也在引進、開發(fā)中、小型無人機。 美國是世界上無人機發(fā)展速度最快、水平最高的國家，美國憑借雄厚的經(jīng)濟實力和先進的技術(shù)支持，在幾十年的時間里研制開發(fā)出上百種無人機，已經(jīng)形成一個遠、中、近，高、中、低，大、中、小，用于執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役、戰(zhàn)略作戰(zhàn)需要的各個層面梯次搭配的無人機體系。美國研制無人機主要有波音、諾斯 .格魯門、通用原子航空系統(tǒng)以及洛克希德 .馬丁等幾大公司，研制的無人機產(chǎn)品主要有 “ 龍眼 ”(Dragon Eye) 、 “ 掃描鷹 ”(ScanEagle) 、 “ 探路者大烏鴉 ”(Pathfinder R aven)、 “ 影子200”(Shadow 200) 、 “ 捕食者 ”(Predator) 、 “ 全球鷹 ”(Global (2) 17 Hawk) 等固定翼無人機，以及 “ 火力偵察兵 ”(Fire Scout) 無人直升機等，正在研制的無人機有 “ 鷹眼 ” 傾轉(zhuǎn)旋翼無人機、 “ 鸕鶿 ” 潛射無人機、 “ 蜂鳥 ” 無人直升機、 X－ 47N 無人戰(zhàn)斗機等。 以色列無人機研制水平處于緊隨美國之后的世界第二地位，其研制的無人機覆蓋了所有大小和任務(wù)系列，包括 “ 偵察兵 ” (Scout) 、“ 先鋒 ” ( Pioneer)、 “ 搜索者 ” (Searcher) 、 “ 獵人 ” (Hunter)無人機，以及中空長航時、多用途 “ 赫爾墨斯 450”(Hermes450) 、 “ 蒼鷺 ” (Heron) 無人機等，現(xiàn)正在研制具有偵察－打擊能力的 “ 艾坦 ”(EiTan) 高空長航時無人機，其重量大于 4000kg，任務(wù)載荷大于 2020kg，續(xù)航時間大于 50h。 作為航空大國的俄羅斯已發(fā)展的無人機大多為中、小型戰(zhàn)術(shù)無人機，如 “R 90” 無人機、 “ 圖 141” 無人機， “ 卡 137” 無人直升機等。除了自研項目外，俄羅斯主要航空制造商還積極參與歐洲軍用無人機方面的合作。歐洲的法國、英國、德國、瑞典、意大利等國家先后啟動了各類無人機項目。德國 EADS 公司正與美國的諾斯 .格魯門公司合作制造 “ 歐洲鷹 ” ，是一種 “ 全球鷹 ” 的歐洲版本，主要面向德國軍用遠程、高空偵察和監(jiān)視需求，著重發(fā)展高級的信號情報獲取能力，同時德國與西班牙還聯(lián)合研制 “ 梭魚 ”(Barrracuda) 無人作戰(zhàn)驗證機。此外，瑞典啟動了 “ 高度先進研究布局 ”(SHARC) 攻擊型無人機 設(shè)計研究項目，意大利研制了 “ 天空 X”(Sky X) 無人機。日本、印度、韓國、巴基斯坦以及臺灣都已研制出自己的無人機，在近 /短程戰(zhàn)術(shù)無人機領(lǐng)域已經(jīng)取得一定的突破，并不斷增加對高空長航時無人機的投資，如日本正在研制飛行高度 20200m 以上的長航時無人機，印度正在全面引進 “ 蒼鷺 ” 無人機生產(chǎn)線，印度、印度尼西亞、日本、馬來西亞、菲律賓、新加坡、泰國、韓國和斯里蘭卡等將成立一個購買和使用 “ 全球鷹 ” 無人機的區(qū)域財團聯(lián)合體。無人機系統(tǒng)的概念，從空間無人飛行器擴展到臨近空間無人飛行器；無人機系統(tǒng)的任務(wù)，從單一的偵察監(jiān)視領(lǐng)域進入到信息對抗、通信中繼等領(lǐng)域，正擴展到精(2) 19 確打擊、制空作戰(zhàn)等領(lǐng)域；無人機系統(tǒng)的技術(shù)進一步向自主控制、高生存力、高可靠性、互通互聯(lián)互操作等方向發(fā)展，無人機未來發(fā)展呈現(xiàn)出如下趨勢： a. 無人機需求從以產(chǎn)品性能需求向以任務(wù)能力需求轉(zhuǎn)變。 b. 無人機平臺向高空長航時大型化和微小型使用靈活化兩極發(fā)展。 c. 無人機任務(wù)領(lǐng)域向多樣化方向發(fā)展。 d. 無人機高度向臨近空間發(fā)展。高高空無人機等臨近空間裝備在對特定區(qū)域的持續(xù)廣域偵察監(jiān)視、通信中繼、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)、導(dǎo)彈防御、空間對抗等方面有著獨特的優(yōu)勢，是陸、海 、空、天裝備的重要補充力量，已成為世界武器裝備發(fā)展的焦點領(lǐng)域。目前，特殊布局、變體機翼、先進主動流動控制、一體化設(shè)計、多電 /全電飛機、射頻綜合、納米復(fù)合材料、微機電、高超聲速飛行與高超聲速推進、智能蒙皮與智能結(jié)構(gòu)、特種動力裝置等一系列前沿技術(shù)正在不斷產(chǎn)生新的重大突破，無人機發(fā)展必然更加迅猛。 (2) 大尺寸復(fù)合材料設(shè)計（規(guī)范）、加工工藝（成本） (3) 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，抗紫外線材料，輕質(zhì)材料，耐高溫材料等 (2) 21 (4) 微型加工裝配技術(shù)、智能材料的應(yīng)用（無舵面柔性機翼，微型、仿生無人機） (5) 先進的發(fā)射回收技術(shù) (6) 武器和設(shè)備的小型化及集成化 (7) 隱身技術(shù) (8) 動力技術(shù) (9) 通信技術(shù) (10) 智能控制技術(shù) (11) 空域管理技術(shù) 三、無人機飛行控制、導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù) 1 無人機控制與管理系統(tǒng)的地位與作用 飛行控制與管理系統(tǒng) (以下簡稱飛行控制系統(tǒng) )是無人機的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。如果沒有飛行控制系統(tǒng)，現(xiàn)代無人機就不可能上天飛行，完成各種任務(wù)。 首先，飛行控制的范疇不同：有人機時刻強調(diào)人的作用，飛行控制系統(tǒng)的作用是保證如何發(fā)揮人的主觀能動性，其控制是有權(quán)限的，因此 其作用范疇為保證駕駛?cè)藛T方便、靈活、有效地操縱飛機，有人機飛行控制系統(tǒng)在飛機起飛階段、著陸最后階段往往是不參與飛機控制的；而現(xiàn)代無人機的整個飛行過程都要靠飛行控制系統(tǒng)來進行有效管理與控制，其控制是全時全權(quán)限的，飛行控制系統(tǒng)的作用范疇覆蓋了有人機飛行控制系統(tǒng)、駕駛員、甚至其它系統(tǒng) (如導(dǎo)航、制導(dǎo)、任務(wù)管理、載荷控制等 )的所有功能，在無人機的整個工作過程，其飛行控制系統(tǒng)都參與無人機的控制，因此其作用范疇遠遠大于有人機飛行控制系統(tǒng)。 最后，飛行控制設(shè)計思想不同：無人機與有人機相比，不 考慮人的生理限制，可以放寬由人生理限制而產(chǎn)生的對飛行狀態(tài)的控制要求，同時可靠性級別一般低于有人機，余度配置低，大多采用非余度配置方案，就連美國功能和性能最為完善的 “ 全球鷹 ” 飛行控制系統(tǒng)也僅采用雙余度配置。 無人機飛行控制系統(tǒng)一般包含傳感器、機載計算機和伺服作動設(shè)備三大部分。 (2) 24 以上所列的功能中第 a、 d 和 f 項是所有無人機飛行控制系統(tǒng)所必須具備的功能，而其它項不是每一種飛行控制系統(tǒng)都具備，也不是每一種無人機都需要的，根據(jù)具體無人機種類和型號可進行選擇、裁剪和組合。前二種飛行控制方式常用作靶機、觀測等類型無人機的飛行控制，第三種常用于偵察機、攻擊機等類型無人機的飛行控制。 ? 在半自主控制方式下，飛行控制系統(tǒng)一方面根據(jù)傳感器獲取的飛機狀態(tài)信息和任務(wù)規(guī)劃信息自主控制無人機的飛行，另一方面，接收地面控制站的遙控指令，改變飛行狀態(tài)。傳感器的選擇應(yīng)根據(jù)實際系統(tǒng)的控制需要，在控制律初步設(shè)計與仿真的基礎(chǔ)上進行。 角速率傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、帶寬等。 2）姿態(tài)、航向傳感器 姿態(tài)傳感器用于感受無人機的俯仰和滾轉(zhuǎn)角度，航向 傳感器用于感受無人機的航向角。 姿態(tài)、航向傳感器的選擇要考慮其測量范圍、精度、輸出特性、動態(tài)特性等。 對于磁航向傳感器要安裝在受鐵磁性物質(zhì)影響最小且相對固定的地方，安裝件應(yīng)采用非磁性材料制造。一般和空速管 、通氣管路構(gòu)成大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。其安裝一般要求在空速管附近，盡量縮短管路。慣性導(dǎo)航設(shè)備、 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機是典型的位置傳感器。 慣性導(dǎo)航設(shè)備有安裝位置和較高的安裝精度要求， GPS 接收機的安裝主要應(yīng)避免天線的遮擋問題。由于使用簡易的機場，顯然不可能使用一般的 儀表著陸系統(tǒng)或者微波著陸系統(tǒng)。 1) 全球定位系統(tǒng)（ GPS） GPS 是目前為止定位精度最高的導(dǎo)航設(shè)施 ,在世界各國有著廣泛的應(yīng)用。 GPS 作為精密進場著陸引導(dǎo)系統(tǒng)時必須與 INS 和無線電高度表相組合。 2) 區(qū)域定位系統(tǒng)（ RPS） 區(qū)域定位系統(tǒng)（ RPS）通過在地面一定區(qū)域內(nèi)放置 4～ 6 個在功能上相當(dāng)于 定位衛(wèi)星的設(shè)備（可稱為偽衛(wèi)星）來實現(xiàn)對空中目標(biāo)的定位。 3) 地面輔助引導(dǎo)設(shè)施 通過地面的精密光學(xué)系統(tǒng)或者導(dǎo)引雷達對飛機定位，再由上行數(shù)據(jù)鏈將定位信息傳給飛控計算機 (圖 31)。 該鏈路具有的高精度無線電定位功能可用于起飛 /著陸過程中無人機的空中定位。 4) 視見引導(dǎo) 利用無人機上光電設(shè)備（此時應(yīng)鎖定在一定的 角度上）實時拍攝的機場景象迭加無人機的姿態(tài)、航向、空速、高度等信息，形成類似(2) 28 于有人機上的平顯畫面，并結(jié)合機場人員對于無人機的目視結(jié)果，人工引導(dǎo)飛機進場著陸。 在導(dǎo)引設(shè)備上，將 DGPS/INS/無線電高度表組合定位系統(tǒng)作為主引導(dǎo)系統(tǒng)。 在更為苛刻的條件下（比如主、輔引導(dǎo)設(shè)施都無法使用時），采用視見或純目視人工引導(dǎo)方法 。 在 DGPS 不可用的情況下，如果備用的地面輔助導(dǎo)引設(shè)備具有精密進場所需的定位精度（比如 CARS 的引進成功） ,仍可實現(xiàn)全自動的起飛與著陸。 當(dāng)?shù)孛嬉龑?dǎo)設(shè)備也不可用時，結(jié)合視見或純目視引導(dǎo)，采用半自動或遙控方式控制無人機著陸。其作用在于接收飛行控 制指令，進行功率放大，并驅(qū)動舵面或發(fā)動機節(jié)風(fēng)門偏轉(zhuǎn)，從而達到控制無人機姿態(tài)和軌跡的目的。無人機上通常使用電動伺服作動設(shè)備。 地面測控設(shè)備 數(shù)據(jù)鏈 飛控與管理子系統(tǒng) 機載測控終端 精密導(dǎo)引雷達 /光學(xué)系統(tǒng) 地面計算機 圖 31 地面輔助導(dǎo)引原理框圖 (2) 30 b) 偏轉(zhuǎn)范圍 伺服作動設(shè)備的偏轉(zhuǎn)范圍應(yīng)滿足相應(yīng)舵面（或節(jié)風(fēng)門 ）偏轉(zhuǎn)范圍的要求。 d) 間隙 在工藝允許的情況下，伺服作動設(shè)備的間隙應(yīng)盡可能的減小。 2）外形尺寸與安裝要求 伺服作動設(shè)備的安裝空間一般較小，應(yīng)注意外形尺寸和安裝要求的限制，特別是輸出搖臂與舵面之間的連接方式、零位和偏轉(zhuǎn)方向要求。飛行控制律的設(shè)計就是確定這種映射關(guān)系，使飛機在整個飛行包線內(nèi)具有符合系統(tǒng)要求的飛行品質(zhì)。根據(jù)這些文件具體形成在具有控制系統(tǒng)下飛機的各種品質(zhì)或性能，在對無控飛機的特性進行分析的基礎(chǔ)上，為達到所要求的飛行品質(zhì)或性能，確定初步的控制律結(jié)構(gòu)，然后應(yīng)用自動控制的設(shè)計方法具(2) 31 體確定控制律參數(shù)?？刂坡稍O(shè)計過程是一個迭代回歸的過程。一般控制面由升降舵、副翼、方向舵、襟翼、鴨翼、減速板等?？刂坡砂v向控制律和橫航向控制律。 俯仰角穩(wěn)定與控制 俯仰角穩(wěn)定與控制回路一般需要俯仰角及俯仰角速度反饋信號，其一般控制律結(jié)構(gòu)如圖 3－ 2 所示。根據(jù)具體需求選取前向控制通道的形式。 (2) 32 滾