無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，主要是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。

無人機的起源

無人機最早是在20世紀20年代出現(xiàn)的，1914年第一次世界大戰(zhàn)中有人研制一種不用人駕駛，而用無線電操縱的小型飛機?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機發(fā)展的基本動力。世界第一架無人機誕生于1917年，而無人機真正投入作戰(zhàn)始于越南戰(zhàn)爭，主要用于戰(zhàn)場偵察。

1982年以色列與敘利亞在貝卡谷戰(zhàn)爭中，以色列使用無人機進行偵察、干擾、誘敵，無人機的作用再次被重視和開發(fā)。

1991年初的海灣戰(zhàn)爭中無人機已成為 “必須有”的戰(zhàn)場能力，六套先鋒無人機系統(tǒng)參戰(zhàn)。提供了高品質(zhì)、近實時、全天時的偵察、監(jiān)視、目標捕獲、攔截和戰(zhàn)損評估。

科索沃戰(zhàn)爭是歷次戰(zhàn)爭中使用無人機架次最多的一次，也是發(fā)揮作用最大的一次。

1995年第一次俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭和1999年第二次俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭中，俄軍使用了無人偵察機對戰(zhàn)區(qū)進行偵察和監(jiān)視，尤其在第二次車臣戰(zhàn)爭中，俄軍的“蜜蜂”無人偵察機偵察了大量叛軍資料，為俄軍精確打擊提供準確資料。

前述戰(zhàn)爭中，無人機擔當?shù)闹饕莻刹斓慕巧?，在阿富汗?zhàn)爭中，美國用“捕食者”作為載機，發(fā)射了“AGM-114C”“海爾法”空地導彈，首次在實戰(zhàn)中實現(xiàn)了無人機發(fā)射導彈直接對地定點攻擊，進一步發(fā)展了作戰(zhàn)無人機的功能，也是對無人作戰(zhàn)飛機的實戰(zhàn)使用進行了驗證，真正開始了無人化戰(zhàn)爭的起步。

無人機的種類

按功能無人機可以分為軍用無人機和民用無人機兩大類。

軍用無人機又分為信息支援、信息對抗、火力打擊三大類;而民用無人機包括檢測巡視類無人機、通信中繼類無人機、遙感繪制類無人機和時敏目標打擊類無人機。本文重點討論民用無人機系統(tǒng)。

從技術角度，民用無人機一般可以分為：無人固定翼機)、無人直升機、無人多旋翼飛行器等。

1、固定翼無人機：

優(yōu)點：續(xù)航時間長、航程遠、飛行速度快、飛行高度高、負載能力強

缺點：起降受場地限制、不能在空中懸停

2、直升機無人機

優(yōu)點：載荷較大、可垂直起降、空中懸停、靈活性強

缺點：結構復雜、故障率高、維修成本高、續(xù)航時間短

3、多旋翼無人機

優(yōu)點：操作靈活、結構簡單、成本低、起降方便、可在空中懸停

缺點：續(xù)航時間短、負載能力弱、飛行速度慢

無人機主要硬件結構

1、芯片

一個高性能FPGA芯片就可以在無人機上實現(xiàn)雙CPU的功能，以滿足導航傳感器的信息融合，實現(xiàn)無人飛行器的最優(yōu)控制。

2、慣性傳感器

伴隨著應用加速計、陀螺儀、地磁傳感器等設備廣泛應用，MEMS慣性傳感器開始大規(guī)模興起，6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個傳感器，成本和功耗也進一步降低。

3、WIFI等無線通信

wifi等通信芯片用于控制和傳輸圖像信息，通信傳輸速度和質(zhì)量已經(jīng)可以充分滿足幾百米的傳輸需求。

4、電池

電池能量密度不斷增加，使得無人機在保持較輕的重量下，續(xù)航時間能有25-30分鐘，達到可以滿足一些基本應用的程度，此外，太陽能電池技術使得高海拔無人機可持續(xù)飛行一周甚至更長時間。

5、云臺

安裝、固定攝像機的支撐設備，它要保證無人機在各種環(huán)境下做到穩(wěn)定拍攝。

6、飛機機體

包含螺旋槳、電機馬達、機體外殼等

7、相機等

包括4K、3D、高像素攝像頭等。

無人機主要系統(tǒng)

無人機系統(tǒng)主要由三部分組成，分別為飛行器平臺、控制站與通訊鏈路。

飛行器平臺：包括飛行機體結構、動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、通信系統(tǒng);

控制站：包括顯示系統(tǒng)、操縱系統(tǒng);

通訊鏈路：包括機載通訊與地面通訊。

1、飛控系統(tǒng)

飛控系統(tǒng)是無人機的“駕駛員”，是無人機完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務和返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)。

飛控一般包括傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分，實現(xiàn)的功能主要有無人機姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機任務設備管理和應急控制三大類。其中，機身大量裝配的各種傳感器(包括角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等)是飛控系統(tǒng)的基礎，是保證飛機控制精度的關鍵。未來要求無人機傳感器具有更高的探測精度、更高的分辨率，因此高端無人機傳感器中大量應用了超光譜成像、合成孔徑雷達、超高頻穿透等新技術。

現(xiàn)有飛控系統(tǒng)是開源與閉源系統(tǒng)的結合。國內(nèi)優(yōu)秀的無人機廠商，為了提高系統(tǒng)的專業(yè)化，則大部分在開源系統(tǒng)的基礎上演化出自己的閉源系統(tǒng)。相比開源系統(tǒng)，無人機廠商自身的閉源系統(tǒng)加入了許多優(yōu)化算法、簡化了調(diào)參與線束，變得更加簡單易用。

2、導航系統(tǒng)

導航系統(tǒng)是無人機的“眼睛”，多技術結合是未來方向。

導航系統(tǒng)向無人機提供參考坐標系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導無人機按照指定航線飛行，相當于有人機系統(tǒng)中的領航員。

目前無人機所采用的導航技術主要有慣性導航、定位衛(wèi)星導航、地形輔助導航、地磁導航、多普勒導航等。

無人機載導航系統(tǒng)主要分非自主(GPS等)和自主(慣性制導)兩種，但分別有易受干擾和誤差積累增大的缺點，而未來無人機的發(fā)展要求障礙回避、物資或武器投放、自動進場著陸等功能，需要高精度、高可靠性、高抗干擾性能，因此多種導航技術結合的“慣性 + 多傳感器 +GPS+ 光電導航系統(tǒng)”將是未來發(fā)展的方向。

3、動力系統(tǒng)

目前民用工業(yè)無人機以油動為主，消費級無人機以電動為主。

不同用途的無人機對動力裝置要求也不同。低速、中低空小型無人機傾向于活塞發(fā)動機，低速短距、垂直起降無人機傾向渦軸發(fā)動機，小型民用無人機則主要采用電動機、內(nèi)燃機或噴氣發(fā)動機。

渦輪有望逐步取代活塞，新能源發(fā)動機提升續(xù)航能力。

專業(yè)級無人機目前廣泛采用的動力裝置為活塞式發(fā)動機，但活塞式只適用于低速低空小型無人機。隨著渦輪發(fā)動機推重比、壽命不斷提高、油耗降低，渦輪將取代活塞成為無人機的主力動力機型。

太陽能、氫能等新能源電動機也有望為小型無人機提供更持久的動力。

4、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)(通信系統(tǒng))

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)(通信系統(tǒng))是無人機和控制站之間的橋梁，是無人機的真正價值所在。

上行通信鏈路主要負責地面站到無人機的遙控指令的發(fā)送和接收。

下行通信鏈路主要負責無人機到地面站的遙測數(shù)據(jù)、紅外或電視圖像的發(fā)送和接收。

普通無人機大多采用定制視距數(shù)據(jù)鏈，而中高空、長航時無人機則采用超視距衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈。

現(xiàn)代數(shù)據(jù)鏈技術的發(fā)展推動者無人機數(shù)據(jù)鏈向著高速、寬帶、保密、抗干擾的方向發(fā)展。隨著機載傳感器、定位的精細程度和執(zhí)行任務的復雜程度不斷上升，對數(shù)據(jù)鏈的帶寬提出了很強的要求，未來隨著機載高速處理器的突飛猛進，預計幾年后現(xiàn)有射頻數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率將翻倍，未來可能還將出現(xiàn)激光通訊方式。