无人机基础概论 课件 第1章 无人机基本知识

1.1无人机基本知识1.1无人机基本知识1.1无人机基本知识

无人机其全称是无人驾驶飞机，从广义上讲有翼导弹也可以算一种无人驾驶的飞机，但本书所提及的主要是指没有驾驶员的飞机。无人驾驶航空器（UA：UnmannedAircraft），是一架由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称遥控驾驶航空器（RPA：RemotelyPilotedAircraft）1.相关概念

1.1无人机基本知识

无人机系统（UAS：UnmannedAircraftSystem），也称无人驾驶航空器系统（RPAS：RemotelyPilotedAircraftSystems），是指一架无人机、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。一种典型的无人机系统如图1-1所示。1.相关概念

1.1无人机基本知识1.1无人机基本知识

无人机系统驾驶员，由运营人指派对无人机的运行负有必不可少职责并在飞行期间适时操纵飞行控制的人。控制站也称遥控站、地面站,是无人机系统的组成部分,包括用于操纵无人机的设备。1.相关概念

1.1无人机基本知识

指令与控制数据链路(CommandandControlDataLink,C2)是指无人机和控制站之间以飞行管理为目的的数据链接。无人机系统的机长，是指在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全的驾驶员。1.相关概念

1.1无人机基本知识（1）小巧灵活任务载重最高可达几百公斤，最小的只几十公斤；飞行高度最高可达30000米，最低可达30米；飞行速度最高4马赫；最长巡航时间可达20小时。2.无人机的特点

1.1无人机基本知识（2）成本低廉没有驾驶员，省去了有人驾驶飞机上的许多昂贵系统以及整个驾驶舱。结构设计所需的安全系数比有人驾驶飞机小得多，为此可采用廉价、轻巧的结构材料和积木式组装。不需要太昂贵的长寿命的发动机。无人机的操纵人员培训费用和使用费用比有人驾驶飞机低得多。2.无人机的特点

1.1无人机基本知识（1）易于“隐形”无人机反射雷达电波的能力大大减弱，而不易被敌方雷达发现。无人机的发动机推力小，热辐射特性弱，不易被敌方的红外制导武器跟踪；发动机加装消音器，噪声也很小。2.无人机的特点

1.1无人机基本知识（4）局限性(a)无人机上没有驾驶员和机组人员，对导航系统和通信系统的依赖性更高。(b)无人机放宽了冗余性和可靠性指标，降低了飞行安全。当发生机械故障或电子故障时，无人机及机载设备可能会产生致命损伤。2.无人机的特点

1.1无人机基本知识（4）局限性(c)无人机的续航时间相对较短，尤其是电动无人机。(d)无人机遥控器、地面站、图传、数传电台等设备的通信频率和地面障碍物等，限制了无人机系统的通信传输距离，限制了无人机的飞行范围。2.无人机的特点

1.1无人机基本知识（4）局限性(e)无人机的体积、重量和动力等，决定了无人机的抗风、抗雨能力有限。2.无人机的特点

1.2无人机分类1.2

无人机分类1.2

无人机分类（1）军用无人机军用无人机根据实际用途不同，又分为侦察无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等。1.按照用途分类

1.2

无人机分类（2）民用无人机民用无人机可分为电力巡检无人机、航拍航测无人机、植保无人机、勘探无人机以及测绘无人机等。其中无人机再航拍航测、电力巡检和植保方面技术比较成熟，应用频次比较高、市场规模较大。在运输方面技术成熟度较低，但市场规模很大，有待开发。1.按照用途分类

1.2

无人机分类（3）科研无人机科研无人机主要为研究、实验、科学目的或类似用途而使用。无人机提供了一个收集数据的有效方式，尤其在极地研究、火山研究和野生生物学等领域取得了重要进展。1.按照用途分类

1.2

无人机分类（1）旋翼无人机旋翼飞行器是一类通过多个定距桨（螺旋桨）正反旋转与转速控制提供飞行器升力与飞行器姿态调整。这样的定义方式使我们准确了解多旋翼飞行器的旋翼结构、升力来源、姿态控制方式。2.按照飞机平台构型分类

1.2无人机分类（1）旋翼无人机多旋翼机械结构非常简单，动力系统只需要电机直接连桨就行。优点是机械简单，能垂直起降，缺点是续航时间最短，载荷小。多旋翼无人机是指具有3个及以上旋翼轴提供升力和推进力的可垂直起降的无人机。一种典型的多旋翼无人机如图1-4所示。2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（1）旋翼无人机

2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（2）固定翼无人机固定翼，顾名思义，就是机翼固定不变，靠流过机翼的风提供升力。固定翼无人机是指由动力装置产生前进的推力或拉力,由机身固定的机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的无人机。一种典型的固定翼无人机如图1-2所示。2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（2）固定翼无人机

特点:载荷大、续航时间长、航程远、飞行速度快、飞行高度高,但起降受场地限制、无法悬停。2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（3）无人直升机无人直升机是指依靠动力系统驱动一个或多个旋翼产生升力和推进力,实现垂直起落及悬停、前飞、后飞、定点回转等可控飞行的无人机。一种典型的无人直升机如图1-3所示。2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（3）无人直升机

2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（3）无人直升机特点：可垂直起降、可悬停、操作灵活、可任意方向飞行，但结构复杂、故障率较高。与固定翼无人机相比,飞行速度低、油耗高、载荷小、航程短、续航时间短。2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（4）无人飞艇

无人飞艇是一种轻于空气的航空器，它与热气球最大的区别在于具有推进和控制飞行状态的装置。见图1-5.2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（4）无人飞艇

2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（5）伞翼无人机一种用柔性伞翼代替刚性机翼的飞机，伞翼大部分为三角形，也有长方形的。伞翼可收叠存放，张开后利用迎面气流产生升力而升空，起飞和着陆滑跑距离短，只需百米左右的跑道，常用于运输、通信、侦察、勘探和科学考察等。2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（6）扑翼无人机这类飞行器是从鸟类或者昆虫启发而来的如图1-6所示，具有可变形的小型翼翅。它可以利用不稳定气流的空气动力学，以及利用肌肉一样的驱动器代替电动机2.按照飞机平台构型分类

1.2

无人机分类（6）扑翼无人机

2.按照飞机平台构型分类

1.3航模与无人机1.3

航模与无人机1.3

航模与无人机

航模是指在国际航联制定的竞赛规则里明确规定“航空模型是一种重于空气的，有尺寸限制的，带有或不带有发动机的，可遥控的不能载人的航空器。无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，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。1.3

航模与无人机

我们国家对航模的定义是要求能在视距内，即飞行的距离不得超过500米，并且航空的高度不得超过120米，并且有尺寸限制，并且航模有带动力或者不带动力两种模式，无人机完全不是这样，则是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。1.定义不同

1.3

航模与无人机

区别在于是否有导航飞控系统，能否实现自主飞行。通俗来说，无人机通过复杂的中央飞控系统，与地面控制参数进行交互，控制飞机的姿态和机动实现自主飞行。航模虽然也是无人驾驶，但是在操控手的视距范围内由操控手遥控实现机动和姿态的调整。2.飞控系统不同

1.3

航模与无人机

在自动控制方面，无人机能够智能应对各种情况，要求进行任务执行，与地面站进行数据融合和任务确认，并要求进行下一步操作。而大多数航模的自动控制只能实现失控后自动返航。3.自动控制不同

1.3

航模与无人机

无人机比航模要复杂。航空模型由飞行平台、动力系统、视距内遥控系统组成，主要是为了大众的观赏性，追求的是外表的像真或是飞行优雅等，科技含量并不高。无人机系统由飞行平台、动力系统、飞控导航系统、链路系统、任务系统、地面站等组成。4.组成不同

1.3

航模与无人机

无人机多执行超视距任务，最大任务半径上万公里。通过机载导航飞控系统自主飞行。通过链路系统上传控制指令和下传任务信息。航模通常在目视视距范围内飞行，控制半径小于800米，操作人员目视飞机，通过手中的遥控发射机操纵飞机，机上一般没有任务设备。很多无人机系统也有类似航模的能力，可以在视距内直接遥控操作。5.用途不同

1.3

航模与无人机

在我国，航空模型由国家体委下属航空运动管理中心管理。民用无人机由民航局统一管理，军用无人机由军方统一管理。6.安全管理不同

1.4

无人机的发展历程和现状1.4

无人机的发展历程和现状1.4

无人机的发展历程和现状

无人机的出现首先是作为靶机出现的。最初空中使用的“靶标”都是拖靶——小旗或布袋，这样既不安全也不真实。在三十年代于是有人把有人驾驶飞机改装一番后就成了无人驾驶的靶机。1.国外无人机发展

1.4

无人机的发展历程和现状1.国外无人机发展

美国“全球鹰”无人机美国“影子200”无人机美国“扫描鹰”无人机美国“火力侦察兵”无人直升机美国“捕食者”无人机1.4

无人机的发展历程和现状

近年来，我国民用无人机兴起源于两个大的产业背景：一是我国工业产业链配套的成熟，尤其在深圳，可以方便的采购到所有硬件。二是硬件成本曲线不断下降。2.国内无人机发展

1.4

无人机的发展历程和现状

中国民用无人机市场经历了30多年，从军用到民用的发展，分为三个阶段。第一阶段，20世纪80年代，市场需求主要为军用，惯性组建、控制系统技术不成熟，成本高，80年代初期，西北工业大学尝试将固定翼无人机用于地图测绘和地质勘探。2.国内无人机发展

1.4

无人机的发展历程和现状

第二阶段，20世纪90年代至2006年，部分企业对无人机进行探索，市场开始向民间“渗透”，出现了低端民用小型无人机。产品主要用于科研，面向市场销售的成熟产品极少。2.国内无人机发展

1.4

无人机的发展历程和现状

第三阶段，2007年至今，军工企业利用技术优势开始涉足民用领域，大量民企进入民用无人机行业。专业级无人机开始走向市场，应用在灾害救援、地图测绘等领域；多旋翼无人机技术的成熟带动民用无人机市场的快速发展。2.国内无人机发展

1.4

无人机的发展历程和现状

（1）用作靶机为了训练歼击机驾驶员、高射炮兵、雷达操纵员、导弹操纵员以及鉴定各种导弹的性能，就需要有一个模拟某些性能的靶机。最有名的靶机系列是美国瑞安航空公司生产的“火蜂”系列（图1-8），还有ASN－12型靶标无人机（图1-9）。3.无人机应用现状1.4

无人机的发展历程和现状

3.无人机应用现状1.4

无人机的发展历程和现状

3.无人机应用现状

1.4

无人机的发展历程和现状

（2）用作侦察机侦察机大多体积小巧，活动灵活，不易被人发现，机上装备先进的摄影、摄像设备，可以完成各种侦察任务。主要用于实时监控、火炮校正、战场损伤评估和通信中继等。3.无人机应用现状

1.4

无人机的发展历程和现状

（3）用作电子对抗机（a）装载主动式电子干扰机，对敌方雷达实施主动式电子干扰。（b）在空中抛撒金属箔条等干扰物，为己方作战飞机铺设安全空中走廊。（c）向敌方阵地投放电声窃听器，收集电子情报或音响情报。（d）作小型伴飞无人机，吸引火力，辅助作战飞机突防。（e）作诱饵机，诱使敌方发射地空导弹，诱骗消耗敌防空力量。3.无人机应用现状

1.4

无人机的发展历程和现状

（4）用作无人作战机

这种无人机可外挂武器装备，由人遥控发射，发射后立即返航。这样既可执行高度危险的攻击任务又可减少人员伤亡。3.无人机应用现状

1.4

无人机的发展历程和现状

（5）用作取样、观测机

有些科学实验对人体的危害和对空域的污染使相当严重的。如核爆炸和化学战地等就是如此。为了分析研究实验效果所进行的空气取样或对现场的观测，使用无人驾驶飞机完成这项工作最为适宜。图1-13给出几种常用无人机。3.无人机应用现状

1.4

无人机的发展历程和现状

3.无人机应用现状

1.4

无人机的发展历程和现状

（6）用作无人驾驶研究机

无人驾驶飞机作为新技术具有特殊的优越性。当设计一架新型飞机后，一般是先把飞机按比例缩小制成模型，放到风洞利进行空气动力特性实验。但这只是静态特性。还可以把模型作成能遥控的无人机，以达到动态特性实验的目的，同时还很安全（图1-14）。3.无人机应用现状

1.4

无人机的发展历程和现状

3.无人机应用现状

1.4

无人机的发展历程和现状

（7）用作地质勘探机

航空地质勘探仪器具有较高的灵敏度，如在两千米高空，进行光学摄影，可以发现地面上一厘米宽度的线状物体和直径30~50厘米的岩石碎片。尤其由于近代技术物理的发