無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)有哪些
無人機(jī)在氣動力設(shè)計要求、設(shè)計理念方面與有人機(jī)存在較大差別。有人機(jī)氣動設(shè)計通常以航程、速度作為優(yōu)先優(yōu)化目標(biāo)，然而無人機(jī)通常以航時作為優(yōu)先優(yōu)化目標(biāo)。那么，下面是由小編為大家分享無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)知識，歡迎大家閱讀瀏覽。
1 能源與動力技術(shù)
無人機(jī)采用的推進(jìn)系統(tǒng)形式要比有人飛機(jī)多，采用的能源與動力類型各異，包括：傳統(tǒng)的小型渦扇發(fā)動機(jī)、小型渦噴發(fā)動機(jī)、小型渦槳發(fā)動機(jī)、活塞發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)以及電池組、太陽能電池、燃料電池、超燃沖壓發(fā)動機(jī)、定向能及核同位素等。
不同用途的無人機(jī)對動力裝置的要求不同，但都希望動力裝置燃油經(jīng)濟(jì)性好、重量輕、體積小、可靠性高、成本低、使用維修方便。從經(jīng)濟(jì)因素、可靠性等方面考慮，現(xiàn)階段無人機(jī)均采用技術(shù)成熟的活塞、渦扇、渦噴、渦槳發(fā)動機(jī)或在這些發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)�；钊桨l(fā)動機(jī)適合于低空低速中小型、長航時無人機(jī);渦扇、渦槳發(fā)動機(jī)適合于高空長航時無人機(jī)以及無人作戰(zhàn)機(jī)，這類發(fā)動機(jī)油耗低，發(fā)動機(jī)尺寸、重量和推力能與無人機(jī)達(dá)到較好的匹配;渦噴發(fā)動機(jī)適合于低成本、短壽命、高機(jī)動的靶機(jī)或自殺攻擊類無人機(jī)。
從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，單純對現(xiàn)有發(fā)動機(jī)進(jìn)行改型并不能完全滿足無人機(jī)對飛行速度、高速、續(xù)航性能等指標(biāo)的要求，開發(fā)適合于無人機(jī)使用的發(fā)動機(jī)十分必要，尤其是中小推力的大涵道比、小尺寸核心機(jī)的渦扇發(fā)動機(jī)，這類發(fā)動機(jī)將是未來無人機(jī)動力裝置發(fā)展的重點(diǎn)。此外，開展太陽能、燃料電池、液氫燃料系統(tǒng)等新型能源的應(yīng)用研究，可為無人機(jī)提供更高效的動力源。
2 無人機(jī)平臺技術(shù)
(1)高效氣動力技術(shù)。
無人機(jī)在氣動力設(shè)計要求、設(shè)計理念方面與有人機(jī)存在較大差別。有人機(jī)氣動設(shè)計通常以航程、速度作為優(yōu)先優(yōu)化目標(biāo)，然而無人機(jī)通常以航時作為優(yōu)先優(yōu)化目標(biāo)。無人機(jī)尺寸小、速度低，存在低雷諾數(shù)條件下的高升力、高升阻比、高續(xù)航因子設(shè)計要求。高效氣動力技術(shù)是提高無人機(jī)性能的重要技術(shù)途徑。
(2)隱身技術(shù)。
提高無人機(jī)的生存能力的關(guān)鍵就是降低其可探測性。隨著材料、電磁學(xué)、熱力學(xué)、空氣動力學(xué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，越來越多的新技術(shù)也將應(yīng)用于無人機(jī)的隱身設(shè)計中，具體包括以下幾個方面。
外形隱身技術(shù)。采用翼身高度融合的無尾飛翼布局、內(nèi)埋式進(jìn)氣道、二維噴管等設(shè)計技術(shù)可有效降低雷達(dá)反射面積和紅外特征，提高無人機(jī)的隱身能力。
等離子體隱身技術(shù)。理論和試驗(yàn)研究表明，等離子體技術(shù)是隱身技術(shù)發(fā)展的新方向之一，飛行器上安裝的等離子發(fā)生器所產(chǎn)生的等離子體能對飛行器關(guān)鍵部位進(jìn)行遮擋，并對雷達(dá)照射進(jìn)行吸收，從而實(shí)現(xiàn)飛行隱身。目前，這項技術(shù)在研究中暴露出了很多問題，仍有待解決。
主動隱身技術(shù)。主動隱身技術(shù)是根據(jù)照射到飛行器上的電磁波頻率、入射方向等，利用機(jī)載有源射頻發(fā)射裝置主動地發(fā)射與散射回波相位相反、幅度一致的電磁波，實(shí)現(xiàn)與散射回波的對消。目前，主動隱身技術(shù)尚處于理論與試驗(yàn)研究階段，但隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，特別是飛行器近場散射特性技術(shù)、ESM(電子支援措施) 等技術(shù)的發(fā)展，主動有源對消隱身技術(shù)必將成為未來發(fā)展的重點(diǎn)。
(3)氣動彈性技術(shù)。為追求長航時性能，無人機(jī)通常采用大展弦比布局以盡可能提高升阻比(如一些無人機(jī)展弦比達(dá)到30以)，采用輕量化機(jī)體結(jié)構(gòu)降低飛行重量。但大展弦比布局、輕量化結(jié)構(gòu)與機(jī)體強(qiáng)度和剛度要求會產(chǎn)生突出矛盾。
(4)氣動載荷設(shè)計技術(shù)。滯空型無人機(jī)一般飛行速度較低、翼載小、升力大，對于同樣強(qiáng)度的陣風(fēng)，無人機(jī)陣風(fēng)載荷比有人機(jī)大得多。無人機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度一般需要將陣風(fēng)載荷作為主要的設(shè)計工況，而陣風(fēng)載荷大小決定了無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的強(qiáng)度。如果以現(xiàn)有輕型飛機(jī)、通用飛機(jī)的強(qiáng)度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行無人機(jī)載荷設(shè)計，無人機(jī)結(jié)構(gòu)將付出很大的代價。以輕量化結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，綜合無人機(jī)氣動力特性、無人機(jī)飛行控制操縱方式、無人機(jī)設(shè)計壽命等因素開展無人機(jī)氣動載荷設(shè)計技術(shù)是提高無人機(jī)綜合性能的重要技術(shù)途徑。
(5)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)。無人機(jī)以復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為主，不同類型的無人機(jī)對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有不同的要求，如大型無人機(jī)主要對大尺寸、全復(fù)材結(jié)構(gòu)有較高要求，而小型無人機(jī)對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的要求是低成本、快速加工制造、快速修復(fù)等。
3 自主控制技術(shù)
根據(jù)無人機(jī)自主控制的定義和內(nèi)涵，無人機(jī)自主控制的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)該包括態(tài)勢感知技術(shù)、規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)、自主決策技術(shù)以及執(zhí)行任務(wù)技術(shù)4個方面。
(1)態(tài)勢感知技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主控制必須不斷發(fā)展態(tài)勢感知技術(shù)，通過各種信息獲取設(shè)備自主地對任務(wù)環(huán)境進(jìn)行建模，包括對三維環(huán)境特征的提取、目標(biāo)的識別、態(tài)勢的評估等。
(2)規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)。
規(guī)劃與協(xié)同技術(shù)涉及兩個方面的技術(shù)：路徑規(guī)劃和協(xié)同控制。這兩個方面相互依托，互相聯(lián)系。
無人機(jī)路徑規(guī)劃與重規(guī)劃能力是無人機(jī)自主控制系統(tǒng)必須具有的，即系統(tǒng)可以根據(jù)探測到的態(tài)勢變化，實(shí)時或近實(shí)時地規(guī)劃、修改系統(tǒng)的任務(wù)路徑，自動生成完成任務(wù)的可行飛行軌跡。自主飛行無人機(jī)典型的規(guī)劃問題是如何有效、經(jīng)濟(jì)地避開威脅，防止碰撞，完成任務(wù)目標(biāo)。
未來無人機(jī)的'工作模式包括無人機(jī)單機(jī)行動和多機(jī)編隊協(xié)同，協(xié)同控制技術(shù)主要包括：優(yōu)化編隊的任務(wù)航線、軌跡的規(guī)劃和跟蹤、編隊中不同無人機(jī)間相互的協(xié)調(diào)，在兼顧環(huán)境不確定性及自身故障和損傷的情況下實(shí)現(xiàn)重構(gòu)控制和故障管理等。
(3)自主決策技術(shù)。
對于復(fù)雜環(huán)境下工作的無人機(jī)，必然要求具有較強(qiáng)的自主決策能力，以適應(yīng)未來的需要。自主決策技術(shù)需要解決的主要問題包括：任務(wù)設(shè)定、編隊中不同無人機(jī)協(xié)調(diào)工作、機(jī)群的使命分解等。
(4)執(zhí)行任務(wù)技術(shù)。
無人機(jī)自主控制發(fā)展的最終目的是使它對環(huán)境和任務(wù)的變化具有快速的反應(yīng)能力。無人機(jī)自主控制應(yīng)該具有開放的平臺結(jié)構(gòu)，并面向任務(wù)、面向效能包含最大的可拓展性。先進(jìn)的無人機(jī)自主控制應(yīng)當(dāng)提供編隊飛行、多機(jī)協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的能力。
4 網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)
目前的無人機(jī)系統(tǒng)作為相對獨(dú)立的系統(tǒng)只在局域使用，未來的戰(zhàn)場在同一空域?qū)⒊涑庵鞣N功能、各種類型的無人機(jī)與戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)。無人機(jī)之間、無人機(jī)與有人機(jī)之間、無人機(jī)與地面作戰(zhàn)系統(tǒng)必須進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)，使無人機(jī)都成為“全球信息柵格”的一個節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與其他無人機(jī)或指揮控制系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互通、互操作。
針對無人機(jī)集群作戰(zhàn)、協(xié)同作戰(zhàn)以及網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的應(yīng)用需求，應(yīng)突破無線寬帶分布式動態(tài)多址接入、實(shí)時魯棒的寬帶傳輸、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)頑存等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建無人機(jī)集群數(shù)據(jù)鏈自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)體系，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時、寬帶、安全的無人機(jī)集群數(shù)據(jù)鏈提供技術(shù)支撐。
針對無人機(jī)寬帶網(wǎng)絡(luò)多跳中繼動態(tài)變化、節(jié)點(diǎn)容量受限問題，需要將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與路由技術(shù)相結(jié)合，通過選擇編碼機(jī)會最大的路徑進(jìn)行傳輸、優(yōu)化基于網(wǎng)絡(luò)編碼的節(jié)點(diǎn)接入策略、多跳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間信息交換傳輸策略，在不增加時延的情況下提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的大容量傳輸。
5 多任務(wù)載荷一體化、平臺/任務(wù)載荷一體化技術(shù)
有效載荷是無人機(jī)執(zhí)行偵察、監(jiān)視、電子對抗、打擊、戰(zhàn)效評估任務(wù)的關(guān)鍵因素，應(yīng)用于無人機(jī)的有效載荷包括通用傳感器(光電、雷達(dá)、信號、氣象、生化)、武器、貨物( 傳單、補(bǔ)給品)等。無人機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能不僅僅對任務(wù)載荷本身性能有較高的要求，而且必須滿足無人機(jī)尺寸、重量、功耗、隱身等裝機(jī)要素約束以及成本要求。隨著電子、通信、計算機(jī)等技術(shù)的進(jìn)步，無人機(jī)的傳感器技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
多光譜/超光譜探測技術(shù)。該技術(shù)可探測可見光和紅外區(qū)域的幾十個甚至幾百個頻段，它利用檢測低反差目標(biāo)的雜波抑制和光譜識別可以降低誤判率，極大提高了目標(biāo)識別和探測的準(zhǔn)確性，常用于探測隱蔽或普通偽裝的目標(biāo)。
先進(jìn)的合成孔徑雷達(dá)技術(shù)。相對于光電/紅外探測系統(tǒng)，合成孔徑雷達(dá)能在夜間以及能見度低的惡劣天氣條件下工作，以高分辨率進(jìn)行大范圍成像偵察，但其設(shè)備重量和功耗均較大，只適合于大型無人機(jī)裝載使用。隨著輕型天線和緊湊信號處理裝置等技術(shù)的進(jìn)步，合成孔徑雷達(dá)有向小型化發(fā)展的趨勢，并可裝備于中小型的戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)。
激光雷達(dá)技術(shù)。激光雷達(dá)具有分辨率高、隱蔽性好、低空探測性能好、體積小、重量輕等顯著優(yōu)勢，不但可以探測“樹下目標(biāo)”，還可以對目標(biāo)進(jìn)行分類，為指揮人員提供精確的目標(biāo)信息。將激光雷達(dá)技術(shù)與無人機(jī)相結(jié)合，必將發(fā)揮更大的作用。然而當(dāng)遇到大雨、濃霧、濃煙等惡劣天氣時，激光衰減急劇加大，而且大氣環(huán)流還會導(dǎo)致激光光束發(fā)生畸變、抖動，直接影響激光雷達(dá)的測量精度。
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