《无人机飞行管理及应用》 课件 第２章 无人机飞行的空管需求

第二章无人机飞行的空管需求无人机飞行的空管需求（一）无人机的飞行方法重点1.无人机放飞2.无人机飞行控制3.无人机回收无人机飞行的空管需求一、无人机管控机构设置一、无人机飞行方法、特点1.无人机放飞特点

对于无人机的发射，通常要求发射设备具备简单、发射距离短、可靠性高等特点。一、无人机飞行方法、特点

无人机放飞方式一、无人机飞行方法、特点地面滑行起飞

大展弦比机翼的无人机，特别是长航时无人机，通常用起落架滑跑起飞方式。(1)有些无人机采用可弃式起落架，在无人机滑跑起飞后起落架便被扔下，回收无人机时采用别的方式。

(2)大多数无人机，尤其是中、小型无人机，采用非收缩型起落架，航程较远和飞行时间较长的大型无人机用收缩型起落架。

(3)起飞滑跑跑道短，对跑道的要求也不如有人飞机那样苛求。例如，美国的“秃鹰”、巴西的BQJVI-II31Z采用可弃式起落架。一、无人机飞行方法、特点

无人机安装在三轮或四轮发射车上，机上发动机的推力作用使无人机与发射车组合体沿普通跑道滑跑。当加速到无人机起飞速度时释放无人机。组合体的滑跑方向由地面站发指令控制。滑跑路线有直线滑跑和沿圆周线滑跑两种。车载弹射母机投放

无人机由有人飞机(固定翼妞机或旋翼式直升机)携带到空中，当飞到某飞行高度和速度时，空中发射无人机。固定翼母机携带无人机，一般采用翼下悬挂或机腹半隐蔽式携带方式，直升机一般由机身两侧携带无人机。一、无人机飞行方法、特点一、无人机飞行方法、特点

这种发射方式最简单，由一人或两人把握，靠无人机自身动力起飞。手发射一、无人机飞行方法、特点2.无人机飞行控制无人机与有人机驾驶飞机相比有人机强调人的作用，飞行控制系统的作用是保证驾驶员方便、灵活、有效地操纵飞机。现代无人机整个飞行过程都要靠飞行控制系统来进行有效管理与控制，其执行控制系统都参与无人机的控制，因此其作用范畴远远大于有人机控制系统。不考虑人的生理限制，可以放宽由人生理限制而产生的对飞行状态的控制要求。可靠性级别一般低于有人机，余度配置低，大多采用非余度配置方案。美国“全球鹰”无人机被称为功能和性能最完善的无人机系统也仅采用双余度配置。一、无人机飞行方法、特点一、无人机飞行方法、特点无人机有人机驾驶飞机一、无人机飞行方法、特点一、无人机飞行方法、特点指令遥测遥控技术是地面控制站发射指令来控制无人机，是最基本的控制方式。遥控控制可随时掌握无人机状态和任务情况，并能干预任务进程，是遥控控制的最大特点。遥控控制主要应用于小型无人机多次遥控飞行了解动态特性，并在自主飞行能力降级时提供安全保障。遥控指令

一、无人机飞行方法、特点应用该技术需要建设遥测遥控地面站，培训专业操作员，成本相对较高。在一些大型无人机上，通过系统的余度配置、控制规律、策略和软件设计提高其安全性，逐渐淡化遥控控制的作用。自主控制是目前先进无人机采用的主要控制方式，通过预先输入任务飞行航迹实现自主控制。自主控制技术可实现无人机在执行任务过程中自主进行滑跑、纠偏、离地判断、爬升、巡航、返航和着陆等操作。在自主控制方式下，无人机不依赖外部信息支援，无需建设专门的地面控制站和安装接收地面指令的接收机，适应复杂电磁环境能力强。自主控制

一、无人机飞行方法、特点一、无人机飞行方法、特点自主控制通常基于惯性导航系统导航，随着航程增大航迹误差也增大，且一旦放飞就不能对其进行干预。目前自主控制水平普遍不高，缺乏对于不确定事件的感知、判断与处理能力，因此采用单一预编程序控制技术的无人机通常用于前线纵深战场侦察或一次性使用的无人机系统。一、无人机飞行方法、特点人工干预自动控制

人工干预自动控制介于遥控控制和自主控制之间，无人机的飞行主要还是通过飞行控制系统自动控制来实现，但是控制模态的转换需要人工干预实现，或者可以人工调整控制目标。一、无人机飞行方法、特点（二）无人机飞行的特点一、无人机飞行方法、特点1.无人机自身安全性2.飞行环境对无人机安全的影响(1)地形对无人机飞行安全的影响

(2)天气对无人机的影响

(3)电磁干扰的影响3.无人机的空管保障特点(1)无人机的空域飞行(2)无人机的飞行监控(3)无人机的空管指令执行特点一、无人机飞行方法、特点无人机自身安全性1.无人机技术复杂程度高过有人驾驶飞机，容易出现可靠性问题，机载系统复杂导致故障时不能排除和做出瞬间调整，飞机与操纵人员之间的交互作用、协调和变化的程序要比有人驾驶飞机复杂得多。2.无人机自身的安全性受设计、制造、机载设备性能以及对恶劣环境的适应能力等因素制约，且无人机的制造成本直接相关，无人机与有人机相比从制造自身产品质量以及应用中的维护都低于有人机。一、无人机飞行方法、特点3.提高无人机的可靠性依然是今后一段时间内无人机研发中需要重点关注的问题之一，无人机飞行灾难性事故率比有人军用飞机高出1-2个数量级。无人机信息处理系统不够完善，尚未实现信息系统化，无人机之间还不具备协同搜集、处理、传递信息的能力。无人机可靠性问题对于无人机飞越其它国家领空和具有着陆权也至关重要。无人机自身安全性一、无人机飞行方法、特点无人机自身安全性4.大多数无人机采用指令和自动程序等多种控制功能，技术比较先进，但需预先将起点、转弯点、航路和目标编好程序，存入机载计算机中。对航路及目标区的航行情报掌握及其地理环境的影响，对编制程序要求比较高。同时，历次局部战争中，有40%以上的无人机损失是由于软件方面的原因引起的。此外，现役无人机的信息处理系统不够完善，尚未实现信息系统化，无人机之间还不具备协同搜集、处理、传递信息的能力。

5.无人机的可靠性问题会影响其在民用空域内飞行以及飞越其他国家领空和具有着陆权，提高无人机的可靠性是无人机研发中需要重点关注的问题之一。此外，现役无人机的信息处理系统不够完善，无人机之间还不具备协同搜集、处理、传递信息的能力。一、无人机飞行方法、特点飞行环境对无人机安全的影响一、无人机飞行方法、特点3.无人机的空管保障特点对无人机实施航空管制需要考虑用途、间隔标准、管制能力、通信导航监视设施性能等因素；目前我国管制部门仅参照有人机飞行程序、标准，无法兼顾大小、成本各异的军民用无人机；无人机尚未达到与有人机同样的安全水平，还无法像有人机那样共享空域；在无人机的性能和操纵不能满足基本空中交通管制的要求时，通过增大间隔和避让来保障无人机飞行。一、无人机飞行方法、特点一、无人机飞行方法、特点一、无人机飞行方法、特点无人机的飞行监控大部分无人机的雷达散射截面积较小，给地面预警雷达探测带来较大难度；目前国内几乎所有的无人机导航、空管等设备配备及能力都不能满足空管的要求；雷达图一、无人机飞行方法、特点现有的无人机和无人机地面测控设备未与地面航管设备实现信息交联和互通，地面航管设备也缺乏无人机的原始信息，因此，地面航管设备不具备对无人机进行管制的能力，更做不到与对有人机一样实施飞行过程监控或监视；无人机飞行随意性大，管制部门难以准确掌握其飞行动态，容易出现“失控”现象。无人机飞行过程中，由无人机操控人员承担规定的机长权利和责任；无人机的操控员和ATC管制员应当熟悉其所指挥的每一个无人机的性能特征，而目前的管制员则在其培训过程中没有相关的学习和实践；操控员接收ATC指令后，再去指令无人机，无人机执行则有一定响应延迟。无人机的空管指令执行一、无人机飞行方法、特点无人机飞行的空管需求二、无人机飞行对空域使用的需求二、无人机飞行对空域使用的需求

为了使无人机在国内国际空域内实现常规飞行，需要满足三个基本要求：

1.必须满足一定的适航性；2.必须由有资质的飞行员/操作员操作；3.必须符合空中规则（包括军用和民用），这三个要求至关重要并构成了无人机系统集成的基础。（一）无人机进入空域的基本要求二、无人机飞行对空域使用的需求（二）无人机空域使用特点特点1.占用空域范围大2.占用高度层多3.占用时间长4.空域使用灵活性强5.任务特殊，空域保障要求高二、无人机飞行对空域使用的需求介绍全球无人机市场的总价值、预计增长，以及各类无人机的销量和未来发展趋势；提出由于无人机本身的飞行特点和对飞行空域使用的特殊要求，使空管工作的难度加大，因此迫切需要对无人机的管控进行研究并制定相应规范；描述我国陆、海、空三军和武装警察部队已经装备了无人机，并且无人机的日常训练对空域的使用需求越来越高；强调我国民用领域无人机飞行活动量逐年增加，对航空安全造成威胁，必须依法加强管控；指出一些无人机用户不遵守飞行审批手续，随意乱飞，也对航空安全造成威胁。（一）无人机数量剧增，做好飞行管制保障工作无人机飞行的空管需求三、无人机飞行对空管保障的需求三、无人机飞行对空管保障的需求近年植保无人机发展趋势图（二）无人机与有人驾驶航空器的区别，要求管理也须区别对待特点航空器无人机飞行方式有人驾驶，通过各种控制设备实现飞行自主飞行或远程操控，没有乘员或只有极少数乘员航班监管需要严格的航班计划和监管，需要满足航空管制部门的各项规定随时可能进行起降和飞行，需要特殊管制手段，如"感知-避让"技术安全性飞行过程中存在较高的安全风险，需要严格的维护和保养受到外界干扰或故障时，安全风险较大，需要高可靠性的设计和备用系统应用领域用于运输、军事、民航、通信等多个领域用于科学研究、环境监测、航拍、物流配送等多个领域成本建造、维护和操作成本高，需要专业人员进行维护和操作建造、维护和操作成本相对较低，但需要专业人员进行维护和操作外形尺寸较大，需要特殊的停机坪和机场设施支持小型无人机可以手持携带，中大型无人机需要适当的起降平台和维修地点飞行性能可以飞行较长时间，距离远，速度快持续飞行时间较短，距离相对有限，速度一般较慢操控方式通过驾驶员或自动驾驶仪进行飞行通过遥控或自主程序进行飞行空域使用在特定的空域内飞行，需要获得相关的许可和批准在特定的空域内或指定地点，需要获得相关的许可和批准三、无人机飞行对空管保障的需求（三）我国无人机管理混乱，必须加速无人机管控的立法工作三、无人机飞行对空管保障的需求三、无人机飞行对空管保障的需求（六）无人机全空域的使用，需要加强对无人机飞行的空域管理加强无人机飞行空域管理：划定隔离空域已经不能满足日益增多的无人机数量和种类的需求。美国和欧洲已开始研究将无人机整合到统一的空管系统中，以实现无人机与有人机在空域内共存。需要制定更为严格的管制措施，例如确定型管制。为无人机提供完善的空中交通服务：涉及三种可行的空管服务模式：集中式、合作分散式和不合作分散式运行模式。合理利用空中交通管理提供的服务，防止无人机与其他动态或静态障碍物相撞。严格把握无人机运行人员的资质，包括无人机操控员、空中交通管制员和地面维护人员的身体检查、培训和认证等。三、无人机飞行对空管保障的需求无人机飞行的空管需求四、基于空管实践的技术需求

现成可利用的技术有S模式应答机、广播式自动相关监视系统（ADS-B）、空中交通警戒和防撞系统（TCAS）以及EO/IR（光电/红外）传感器等。根据不同的性能要求可以选用不同技术组合使用。（一）感知避让系统四、基于空管实践的技术需求四、基于空管实践的技术需求（二）通信系统