浅谈无人机飞行器及其应用
姓名：张一凡
学号：2013010908014
学院：通信与信息工程学院
指导教师：李玉霞
无人机飞行空气动力及飞行姿态参数
在无人机系统中主要是飞行控制计算机与各种机载设备之间进行数据交换，因此我们可以在机载设备与飞行控制计算机的通信链路中进行飞行参数采集。
机载设备与飞行控制计算机之间的数据通信是高度实时的，可以认为它们通信的数据都是连续的。对这些连续的飞行参数进行实时辨识并不能达到判读飞行参数的目的，因为无人机是一个非线性、时变的多通道深度铰链的系统，单纯的某个飞行参数的时间曲线并不具备太多的实际意义。
(一)飞行参数处理方法：
根据飞行参数数据特点，我们将飞行参数判读分成三个过程：预处理、基于专家规则的飞行参数自动判读和详细分析。其中研究用于知识发现实现对飞行参数自动判读的专家规则是研究的重点和难点。
(二)飞行参数数据预处理：
飞行参数数据采集设备故障以及数据传输的错误都会造成数据的不完整性、含噪声和不一致性。数据预处理采用滤波、平滑等数据处理方法能够提高数据质量和排除数据中的干扰。数据预处理的步骤是数据清理和数据变换。
(三)飞行参数数据清理：
飞行数据中经常会出现一些变化异常的数据，其主要特征为：单位时间内的信号变化量超出了该信号变化的正常范围、信号的幅值超出规定值、信号的变化规律不符合无人机及其系统的实际工作情况、飞行参数时许数据流中某个单帧数据的所有参数值在同一时刻出现突变。这些数据点往往属于虚假信号。在分析数据的过程中需要确认出现的数据异常点是否为徐价值。如果是，必须删除，并且根据无人机飞行手册的性能参数范围和飞行日报表进行平滑处理；如果不能确定，则需保留并作进一步分析。
(四)飞行参数数据变换：
飞行数据中还经常会出现时间参数变化异常的数据，这时就需要对其进行软件或人工校正。对同性质参数采用数据融合的方法进行对比分析，用正确的数据来修改错误的数据。如为了提高系统的可靠性，无人机航向姿态系统和捷联惯性导航系统都提供飞机的航向姿态信息，此时可以利用一个系统的正确值来修
正另一个系统的奇异值。对单个飞行参数的时序曲线中出现连续多个奇异点的情况采用基于序列变化模式的光滑曲线子段表示方法，从序列中选择奇异点邻近的极值点，用这些极值点生成光滑曲线子段来表示原始序列。
(五)基于专家规则的飞行参数自动判读：
从飞行参数时序数据流获取信息，并将它们组织集成，其目的在于对所获取信息进行分析和综合[3]。知识发现是人工智能的关键技术，运用该技术可以从大量特殊性和个别性的飞行参数数据中抽象出具有一般规律性的知识，提取人们感兴趣的数据模式、数据间的普遍关系及其一些潜在的、事先未知的数据特征，将大量的原始数据转换为有价值的知识，用于描述无人机过去的状态和预测未来的趋势。知识发现的关键技术是实现单个飞行参数时序曲线的模式识别和多个飞行参数时序曲线的关系识别。基于专家规则的飞行参数处理方法是目前国内外用于飞行参数处理的主要方法，该方法以数值分析为工具，在专家知识的指导下寻找飞行参数数据的内在规律，形成专家系统的推理规则，并据此进行飞行参数的判读。利用专家规则进行知识发现可以有效地实现单个飞行参数时序曲线的模式识别和多个飞行参数时序曲线的关系识别，实现飞行参数的自动判读。
一、无人机飞行性能及稳定性
(一)无人机在飞行性能方面
飞行性能主要包括以下几点：速度性能指标；高度性能指标；飞行距离；起飞和着陆性能。所谓的速度性能指标包括：最大平飞速度；最小平飞速度；巡航速度。高度性能指的是最大爬升率；飞行距离指的是航程、活动半径、续航时间。
(二)无人机的稳定性
稳定性包括：静态稳定性和动态稳定性。其中静态稳定性包含纵向稳定性和横向稳定性。飞行器的静稳定性越大,其机动性越差;反之,静稳定性越小(或静不稳定),飞行器的机动性越好。
无人机在稳定性方面较普通飞机也具有很大的优势，从民用地形勘察方面来说，无人机的体积较有人机更小，空气动力的设计可以忽略驾驶者的生理机能，因此在飞行稳定性上较有人机有很大的优势。从军用战略应用上来说，无人机具有体积小，续航时间长的特点，较有人机在稳定性上也有很大的提升。
(三)无人机的优点
1更强的机动性——近代，战斗机内人体忍耐力会限制军队在快速行动期间利用飞机集中人员的数量，而无人战斗机消除了这一瓶颈，从而使得机动性大幅提高。
2重量更小——重量可以影响很多方面，如续航时间、加速、有效载荷等。毕竟驾驶舱内的一两名飞行员及所有物品会有很大的重量。
3空气动力——不需要驾驶舱顶蓬。
4环境感知——利用无人战斗机能够在地面上构建虚拟座舱，这比飞机上安装任何装置都有效。而且，对于执行制空任务而言，环境感知是很重要的，而空空作战并不需要在实际飞机上进行侦察。
二、无人机控制系统
自主飞行控制系统是小型无人飞机的核心部分，它主要担负数据采集、控制律计算、航线控制、任务的执行与管理、紧急情况处理、起飞降落等重要飞行任务的执行，因此，飞行控制系统的性能直接关系到空中机器人的应用范围及任务能否完成。与常规飞行控制系统相比，小型无人机飞行控制系统不仅要求飞机及控制系统各部件不仅体积小、重量轻、功耗低、集成度高，而且是在无人参与的情况下控制飞行器的姿态、速度和稳定性。因此，无人机对数据通信实时性具有较高要求，对飞控系统的动态特性具有较高要求。
飞行姿态稳定控制系统主要由红外传感器组、GPS和信号处理与控制设备等组成。由于地面红外辐射强度远大于天空，使用一对反向安装的红外传感器就可确定一个轴向相对于地平面的倾斜。对于无人飞行器，只须安装前后、左右两对红外传感器，即可通过测量两对不同传感器之间的红外辐射信号差作为横滚、俯仰两个轴向相对地面稳定性控制的依据。
三、无人机通信系统
无人机主要以搭载可见光相机、CCD摄像机、红外摄像机、超光谱成像仪，视频传输和数字相机设备及其它类型传感器。视频传输可用于森林防护、空中巡逻、交通监管等监控领域，其突出优点是数据传输实时高效；数码相机摄影主要用于城镇、开发区、厂矿、居民小区等小范围的测绘，其优点是高度低受天气影响小且精度高。
民用无人机通常可采用电台来进行飞机和地面控制系统的信息传输，无人机机载获取信息系统通常可通过电台以电磁波的形式向地面控制站台传输所获取信息，地面则可通过控制系统以通信系统为载体实现就无人机作业的全称控制，通信系统是无人机在作业和信息传输过程中不可缺少的一部分。
四、无人机发射与回收系统
(一)无人机的发射
无人机在发射的时候正常情况下是采用跑道滑行起飞，此飞行的特点一般是针对大型无人机的起飞，而且该起飞方案对跑道要求比较高，对不良气象条件的实用性也较差。当跑道不允许或是不适合时，通常采用液压式起飞。液压式弹射起飞对场地要求较小，激动灵活，隐蔽性好，但不适合大型无人机的起飞。也可由舰艇带发射架进行发射，这种起飞方式更适合于海上起飞和战场起飞，可一定程度上提高续航时间。
(二)无人机的回收
无人机回收通常采用滑跑降落的方式，滑跑降落对无人机的损伤较小，但同时需要无人机具有起落架，轮胎等设备，提高了无人机在射击时的难度和复杂度，同时也需要无人机具备刹车装置。紧急情况下也采用降落伞进行回收，该回收方式不需要跑道，对气象要求较低，但回收地点不确定也不精确，对无人机飞行器平台的损伤比较严重，通常是在紧急情况下进行的回收方式。
