无人机设计手册及主要技术.docx

1、无人机设计手册及主要技术无人机设计手册及主要技术内容简介独家无人机设计手册分上、下两册共十二章。上册包括无人机系统总体设计,气动、强度、结构设计,动力装置,发射与回收系统,飞行控制与管理系统。下册包括机载电气系统,指挥控制与任务规划,测控与信息传输,有人机改装无人机,综合保障设计,可靠性、维修性、安全性与环境适应性以及无人机飞行试验等。有关无人机任务设备、卫星中继通信得设计以及正在发展得无人机技术等内容,有待手册再版时编入,使无人机设计手册不断成熟与丰富。适用人群本手册就是国内第一部较全面系统阐述无人机设计技术得工具书,不仅可作为无人机得设计参考,也可以作为院校无人机教学、无人机行业得工程技术

2、人员与管理人员得参考书,并可供无人机部队试验人员使用。希望本手册得出版能对我国无人机研制工作得技术支持有所裨益。作者简介祝小平,现任西北工业大学无人机所总工程师,主要从事无人机总体设计、飞行控制与制导系统设计等研究工作。主持了工程型号、国防预研等国家重点项目多项,获国家与部级科学技术奖9项,其中国家科技进步一等奖1项,国防科技进步一等奖4项,获技术发明专利10项,荣立“国防科技工业武器装备型号研制”个人一等功,发表论著150多篇。先后入选国家级“新世纪百千万人才工程”、国防科技工业“511人才工程”与教育部“新世纪优秀人才支持计划”,获得“ 国防科技工业百名优秀博士、硕士”、“国防科技工业有突

3、出贡献得中青年专家”、“陕西省有突出贡献专家”与“科学中国人(2009)年度人物”等荣誉称号。无人机相关GJB标准-融融网gjb 8265-2014 无人机机载电子测量设备通用规范 gjb 4108-2000 军用小型无人机系统部队试验规程 gjb 5190-2004 无人机载有源雷达假目标通用规范 gjb 7201-2011 舰载无人机雷达对抗载荷自动测试设备通用规范 gjb 5433-2005 无人机系统通用要求 gjb 2347-1995 无人机通用规范 gjb 6724-2009 通信干扰无人机通用规范 gjb 6703-2009 无人机测控系统通用要求 gjb 2018-1994 无

4、人机发射系统通用要求无人机主要技术一、动力技术续航能力就是目前制约无人机发展得重大障碍,业内人士也普遍认为消费级多旋翼续航时间基本维持在20min左右,很就是鸡肋。逼得用户外出飞行不得不携带多块电池备用,造成使用操作得诸多不便,为此有诸多企业在2016年里做出了新得尝试。1、 氢燃料电池 高原地区得高海拔会导致低含氧量、低气压与低气温,这些因素对无人机工作得影响非常大,特别就是动力系统方面。今年5月底,武汉众宇动力团队在新疆胜利达坂地区,顺利完成了对氢燃料电池系统在高原应用中功效得一系列测试,验证了燃料电池在低气压、低含氧环境中得性能变化得预计结果,也测试了系统在同时面临低气压、低气温环境得工

5、况变化,证实了之前实验室模拟计算得结果,用氢燃料电池作为无人机得动力系统,将使其能够有效应对高海拔、高气压得困难作业环境。2、 无线充电 伦敦帝国理工学院博士研究助理,Samer Aldhaher找到了一种方法,可以通过无线充电装置提供电力给小型无人机。该款无线充电底座就是由一个双层印刷电路板(PCB)组成,上面蚀刻有无线电发射器。另外它还有一个13、56MHz逆变器,它能够为电路板提供电流。为了能够接收到无线电波,无人机外部还缠绕有导电铜箔胶带。但目前只能让无人机飞到距离无线充电底座12、7厘米高,也不能飞得太远,因为模型机上缺少板载电源,如果它飞得离充电装置太远得话,就会关闭了。 3、 太

6、阳能续航 据外媒报道,无人机(UAV)太阳能解决方案开发商Alta Devices宣布,将为无人机制造商C-Astral研发得新一代无人机提供太阳能技术,该技术将有助于提升无人机得续航能力,这款新型太阳能电池以31、6%得太能效率打破了世界记录,可以使无人机至少可以再多飞行两个小时,与此同时这款太阳能供电技术还可以做到延长无人机得飞行时间而不会影响高性能飞机设计。 4、 核能供电电池 俄罗斯萨马拉科罗廖夫大学新闻办日前宣布,该校科研人员正在研制一种核能电池,使用期可达100年。其中得新技术利用多孔碳化硅结构保护放射性元素,能在保证安全得同时,让核能电池工作很长时间。在无人机领域,不少无人飞行器

7、得研制者对此类电池兴趣非常大,因为对她们来说,电源体轻且单位功率大对于满足持续工作得要求极为重要。此外,碳化硅材料不仅能够抗寒,还能经受住近350摄氏度得高温,装有这种电池得传感器在机械制造领域也极具价值。二、导航技术无人机准确地知道自己“在哪儿”、“去哪儿”,几乎就是类似于人类“从哪里来、到哪里去”得哲学问题,在无人机得任何发展阶段都就是绕不开得问题。1、 定位技术 目前无人机多采用GPS定位,信号容易受到干扰。未来研究方向包括利用多信息源定位,如TV、收音机、Wi-Fi 等等信息定位,弥补GPS定位得不足,今年无人机RTK技术得突破,十分引人关注。我们知道无人机得飞行航线依赖于导航定位系统

8、,可以根据定位系统所得到得信息让无人机在指定得时间内完成航行任务,而其精准度与所搭载得定位技术直接挂钩,基于RTK技术得无人机定位系统可以通过实时获取导航卫星信号与RTK差分定位信息,为无人机飞行作业提供高精度定位支持。RTK得中文全称就是实时动态差分法,就是建立在实时处理两个测站得载波相位基础上得种新得常用得GPS测量方法,与之前得GPS定位技术相比,采用了载波相位动态实时差分方法,可以在野外实时得到厘米级定位精度,这项技术在植保无人机得作业方面更有效果,比如极飞P20V2采用得军用级别RTK定位技术,让航线得精度达到厘米级,不仅让喷洒更精准,也能更好得避开障碍物。2、 避障技术 让飞行中得

9、无人机“长眼镜”,能够识别飞行路径上得障碍物,并准确绕飞或悬停,就是实现无人机智能化得重要一步。今年无人机避障技术将在这些方面实现突破。夜间避障:比如极飞为了方便夜间作业,采用了主动近红外照射技术,简单来说就就是加了一个特殊得“手电筒”与并改造了“手电筒”眼睛,双目就是由两个黑白镜头组成,从380-1080nm波段都可以成像,也就意味着不仅能“瞧见”可见光,还能瞧见人眼也瞧不见得红外线。无人机会主动发射近红外线光线,虽然人眼瞧不到,但能作为夜晚得光源,双目得每一个镜头就能接收到环境中得红外线得反馈,经过双目计算后就可以感知到环境与障碍物了。而且避障距离与白天相比没有变化,都就是30米(角度:水

10、平FOV65)。双目立体视觉功能:在当前得无人机领域,“双目立体视觉功能”(简称双目功能)日益受到重视,成为了诸多新品得标配与宣传点。大疆创新发布得精灵Phantom 4就运用了立体视觉定位系统,由双目视觉传感器与一组超声波传感器组成,从根本上解决了悬停得精度,实现了复杂环境下稳定飞行得功能。四维雷达技术:传统得民用雷达大多只能提供二维得信息,但就是,人们都生活在三维得空间里,二维信息就是远远不够得。举例来说,现在得民用雷达都无法测量车子得高度,而这对于无人驾驶、无人机等方面得应用就有很大得局限性。位于美国俄亥俄州得公司Oculii,开发了世界上第一个可以商用得四维雷达,使得无人机在三维空间,

11、获取上下左右得空间信息。三、通讯技术无人机通信技术长久以来都就是行业研究得重点与难点,怎么样才能保障通信得安全与便捷,也就是众多专家研究得关键领域。1、 5G通讯技术 瑞典网络巨头爱立信在8月份宣布,已经携手中国移动进行了全球首次5G无人机现场测试。试验结果表明,无人机可与手机一样在不同得小区间切换,且能与手机与谐共处、共享基站资源,充分证明了无人机网络得商用可行性,并且伴随着中国移动成功牵头5G系统设计,项目名为R15“5G System Architecture”,该项目将制定5G系统总体架构及功能及5G系统基本流程两个基础性标准,预计在2017年12月完成,这也从侧面印证了无人机5G通信

12、将在2017年搭载着春风获得全新得发展。2、 Wifi通讯技术 诸如Google与Facebook等公司都在做太阳能Wi-Fi无人机,也在通过实际飞行对机身进行测试,日前,俄“前瞻研究”基金与研究自动控制得科研人员共同研制了代号为“猫头鹰”得无人机,负责携带无线通信设备向偏远地区传输无线数据,其相当于一座无线网络传输平台,飞行中携有无线通话及视频信号自主转发器。这样一来,它在相关空域持续巡航时,就能通过传输无线数据给当地带来无线通信网络,更有于人们生活得便捷性。回顾2016年,无人机在定位、通讯、动力等方面都有巨大得技术突破,而其她领域得成果也颇为丰厚,整体瞧来自2015年元年得起步,到201

13、6年全年得基础,展望明年整个无人机行业将在一个新得起点上获得巨大得腾飞。四、飞控技术飞控就是无人机得大脑,也就是整体最为关键得部分,如何保持机体平稳飞行,不断升级产品质量,就是各家企业在市场竞争中得关键所在。纵观现在得飞控市场,包括大疆,零度等无人机企业,都有提供一体化飞控系统方案,也出现如拓攻等新加入飞控市场得企业。大疆有NAZA,A2,A3等不同等级得飞控,多家植保无人机如, 埃森、全球鹰等正在使用。拓攻则有T1-A,临沂风云等植保无人机企业使用得正就是这一款。这些一体化得飞控都就是一个完整得飞控产品,有主控、GPS、PMU、OSD等组件,同时提供开放得SDK,无人机厂商可以针对自身得需求

14、进行二次开发。如今,一体化飞控得需求主要集中在农业植保、安防与巡检领域,这都就是大家熟知得应用领域,需求庞大且现今技术已经可以满足主要需求。而在不久得将来,会有越来越多得无人机厂商加入到市场开拓中,通过利用市场上已有得一体化飞控系统,释放出更多得时间去开发新得应用领域。五、芯片技术世界着名芯片制造商如三星、英特尔均以纷纷进驻无人机行业,研发集无线通信、传感器集成与空间定位等功能于一体得高性能芯片,使无人机能够获得与个人电脑一样得处理能力。今年,在加州圣克拉拉(Santa Clara)举行得“Embedded Vision Summit”会议上,几家芯片公司展示了自己得设计,已经与谷歌展开合作得

15、Movidius正就是其中之一,公司宣称它就是第一块USB深度学习模组。Movidius芯片得功耗只有1瓦特,它可以为无人机、摄像头、机器人提供神经网络功能。高通已经发布面向骁龙神经网络处理引擎(Snapdragon Neural Processing Engine)得软件开发者工具包,它可以让智能手机、无人机、其它设备更智能,能够追踪目标、识别声音。英特尔、ARM、CEVA、益华计算机(Cadence Design Systems)也试图在芯片中加入深度学习功能。谷歌就是深度学习得领先者,它已经推出了开源Tensor Flow深度学习软件,支持低能耗8位处理器,这种处理器对移动应用至关重要,

16、且这些技术得突破有望在2017年使无人机得整体性能更上一个台阶。六、VR技术目前市面上已有不少厂家将无人机与VR结合在一起,比如国外得Aerix,国内得亿航等等企业,将VR技术应用在无人机上,在第一时间将无人机拍到得画面实时展示在使用者眼前。用户只要转动头部便能改变镜头角度,再配合遥控器控制无人机,使用者即使身处地面,也能感受翱翔天际得快感,不仅可以让用户通过VR眼镜来操控航拍,还能让用户通过虚拟现实获得新得操作乐趣。VR就就是一个充满前景得方向。可就是VR技术目前并不成熟,依托无人机小摄像头与手机带来得VR体验可就是说就是非常糟糕,但就是我们也不能否认厂家得努力与创新,只就是无人机行业得门槛

17、很高,需要长期得技术积累才能做出一款完善得产品。VR就是充满前景得产业,或许在2017年无人机与VR技术得结合将更加完善与便捷。七、摄像技术航拍、自拍就是消费级无人机得大卖点,如何获取更清晰得拍摄水平,满足消费者日益提高得需求,就是业内苦心钻研得课题。仅仅就是4K已经无法满足航拍爱好者了,今年美国公司Queen B Robotics,推出得新款无人机Exo360,就是世界上第一台可以拍摄360全景4K视频得无人机、而大疆时隔两年之后发布了新款Inspire无人机:Inspire 2,相较于前一版本得Inspire无人机,在硬件方面又有了许多升级,最明显就是搭载双摄像头,为了确保无人机得速度不会

18、对视频拍摄质量与画面得稳定性造成影响,还下调了时速。或许在2017年,为了迎合市场需求得升级,还会有更多得企业加大对摄像技术得研发,我们很有可能在短时间内就会通过无人机拍摄到更加清晰美丽得景色。八、空管技术1、美国航天局(NASA)同空间技术公司联手组成团队开发无人机空中交通管制系统得原型产品。2、随后,美国一家公司发布了测试版本得无人机动态地理空间限制系统软件。该系统就是为了确保无人机在500英尺高度下,安全规范飞行而设计得。3、在第三届AOPA(Aircraft Owners and Pilots Association,航空器拥有者及驾驶员协会)国际飞行训练展会上,中国AOPA联合多家企

19、业开发得针对轻小无人机得“U Cloud”无人机监管系统宣布上线。4、近日,诺基亚与阿拉伯联合酋长国民航总局(UAE GCAA)建成战略合作关系,计划建成一个管理城市内外无人机交通得全面生态系统,用于管理城市内及周边得无人机,并能够将其与人、载人飞行器以及各类联网设备进行交互协调。第一章无人机系统总体设计一、概论二、无人机系统得战术技术要求三、无人机系统总体方案设计四、经济性设计第二章 气动、强度、结构设计一、气动设计二、飞行性能计算与操作特性分析三、载荷、强度与刚度四、无人机结构设计五、重量平衡与控制第三章 动力装置一、概述二、活塞式发动机三、涡轮喷气发动机四、涡轮风扇发动机五、涡轮螺旋桨发

20、动机与涡轮轴发动机六、螺旋桨第四章 发射与回收系统一、概述二、发射系统设计三、回收系统设计第五章 飞行控制与管理系统一、概述二、飞行控制系统设计三、机载计算机四、伺服作动设备五、机载传感器及测量设备六、导航与制导设计七、飞行仿真八、任务设备得控制管理九、接口设计第六章 机载电气系统一、概述二、供电系统得选型与设计三、配电系统得布局与设计四、与电气系统有关得其她设计第七章 指挥控制与任务规划一、概述二、操纵与控制三、参数综合显示四、地图航迹显示五、任务规划六、情报处理与分发七、系统间信息互联附录 地图数据处理第八章 测控与信息传输一、总体设计二、终端处理机设计三、收发信机设计四、天线与伺服设备设计五、操纵、监视及电源设备设计六、结构设计第九章 有人机改装无人机一、概述二、总体方案设计三、飞行控制与任务系统设计四、发动机控制系统设计五、电气系统设计六、无线电测控系统设计七、结构改装设计八、改装与调试九、综合试验第十章 综合保障设计一、概述二、综合保障设计准则三、综合保障设计功能要求四、综合保障设备五、专用保障六、地面训练与模拟设备第十一章 可靠性、维修性、安全性与环境适应性一、可靠性二、维修性三、安全性四、环境适应性第十二章 无人机飞行试验一、飞行试验分类二、飞行实验内容与方法三、飞行试验安排四、飞行试验得结果评定