《無人機(jī)概述》PPT課件.ppt

,無人機(jī)概述,試講人：XXX,試講課程,小討論 聊一聊你所了解的無人機(jī),http:/ 視頻在線播放 ”,90后小伙拍出“最潮南京宣傳片”立刻爆紅網(wǎng)絡(luò),這不是紐約、也不是曼哈頓，這是我們每天生活的城市南京。昨天傍晚，南京市委宣傳部官方微信“南京發(fā)布”獨家首映了一部大片The Best of NanKing，大片里南京三四十個地標(biāo)，在鏡頭展示下超級震撼.,問題思考無人機(jī)是什么樣的？除了航拍外無人機(jī)還能做什么？,課程預(yù)熱：,課程導(dǎo)入：,無人機(jī)的概念,目錄,無人機(jī)的分類及用途,無人機(jī)的系統(tǒng)組成,無人機(jī)主要技術(shù),PART 1,PART 3,PART 2,PART 4,無人機(jī)的概念,PART 1,無人駕駛航空器（UA： Unmanned Aircraft），是一架由遙控站管理（包括遠(yuǎn)程操縱或自主飛行）的航空器，也稱遙控駕駛航空器（RPA：Remotely Piloted Aircraft），以下簡稱無人機(jī)。,無人機(jī)的定義,無人機(jī)系統(tǒng)（UAS： Unmanned Aircraft System），也稱無人駕駛航空器系統(tǒng)（RPAS： Remotely Piloted Aircraft Systems），是指一架無人機(jī)、相關(guān)的遙控站、所需的指令與控制數(shù)據(jù)鏈路以及批準(zhǔn)的型號設(shè)計規(guī)定的任何其他部件組成的系統(tǒng)。,無人機(jī)系統(tǒng)的定義,無人機(jī)系統(tǒng)駕駛員，由運營人指派對無人機(jī)的運行負(fù)有必不可少職責(zé)并在飛行期間適時操縱飛行控制的人。 無人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)長，是指在系統(tǒng)運行時間內(nèi)負(fù)責(zé)整個無人機(jī)系統(tǒng)運行和安全的駕駛員。,無人機(jī)系統(tǒng)駕駛員的定義,無人機(jī)的近況,全世界都在造無人機(jī)！,8090年代，除了美國和以色列外，其他國家的許多飛機(jī)制造公司也在從事無人機(jī)的研制與生產(chǎn)。 西方國家中在無人機(jī)研制與生產(chǎn)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先位置的是美國。今天，美軍有用于各指揮層次從高級司令部到營、連長的全系列無人偵察機(jī)。許多無人機(jī)可以攜帶制導(dǎo)武器（炸彈、導(dǎo)彈）、目標(biāo)指示和火力校射裝置。最著名的是“捕食者” 可復(fù)用無人機(jī)，世界上最大的無人機(jī)“全球鷹”，“影子-200”低空無人機(jī)， “掃描鷹”小型無人機(jī)，“火力偵察兵” 無人直升機(jī)。,美國“全球鷹”無人機(jī),美國“捕食者”無人機(jī),美國“影子200”無人機(jī),無人機(jī)分類及用途,PART 2,軍用無人機(jī),分類方式之按照用途分類：,以用途作為劃分無人機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，是比較常用的做法。按照用途分類，無人機(jī)可以分為：,目前超過 70% 的無人機(jī)使用于軍事用途,民用無人機(jī),軍用無人機(jī)可分為偵察無人機(jī)、誘餌無人機(jī)、電子對抗無人機(jī)、通信中繼無人機(jī)、無人戰(zhàn)斗機(jī)以及靶機(jī)等,民用無人機(jī)可分為巡查監(jiān)視無人機(jī)、農(nóng)用無人機(jī)、氣象無人機(jī)、勘探無人機(jī)以及測繪無人機(jī)等。,燃爆8月的電影戰(zhàn)狼2同學(xué)們都去看了嗎？ 回憶下戰(zhàn)狼2里的無人機(jī)用途是什么？,課堂思考,Little tips,分類方式之按照平臺角度分類：,旋翼無人機(jī),固定 翼無人機(jī),多旋翼無人機(jī),無人飛艇,傘翼無人機(jī),撲翼式無人機(jī),按照平臺劃分，無人機(jī)常見的分為,由多組動力系統(tǒng)組成的飛行平臺，一般常見的有四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至更多旋翼組成。多旋翼機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡單，動力系統(tǒng)只需要電機(jī)直接連槳就行。優(yōu)點是機(jī)械簡單，能垂直起降，缺點是續(xù)航時間最短，載荷小。,旋翼無人機(jī),固定翼，顧名思義，就是機(jī)翼固定不變，靠流過機(jī)翼的風(fēng)提供升力。跟我們平時做的飛機(jī)一樣，固定翼無人機(jī)起飛的時候需要助跑，降落的時候必須要滑行，但這類無人機(jī)續(xù)航時間長、飛行效率高、載荷大。,固定翼 無人機(jī),多旋翼 無人幾,分類方式之按照平臺角度分類：,旋翼飛行器是一類通過多個定距槳（螺旋槳）正反旋轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)速控制提供飛行器升力與飛行器姿態(tài)調(diào)整。這樣的定義方式使我們準(zhǔn)確了解多旋翼飛行器的旋翼結(jié)構(gòu)、升力來源、姿態(tài)控制方式。,這類飛行器是從鳥類或者昆蟲啟發(fā)而來的，具有可變形的小型翼翅。它可以利用不穩(wěn)定氣流的空氣動力學(xué)，以及利用肌肉一樣的驅(qū)動器代替電動機(jī)。在戰(zhàn)場上，微型無人機(jī)、特別是昆蟲式無人機(jī)，不易引起敵人的注意。即使在和平時期，微型無人機(jī)也是探測核生化污染、搜尋災(zāi)難幸存者、監(jiān)視犯罪團(tuán)伙的得力工具,無人飛艇,傘翼機(jī),撲翼式微 型無人機(jī),分類方式之按照用途分類：,飛艇是一種輕于空氣的航空器，它與熱氣球最大的區(qū)別在于具有推進(jìn)和控制飛行狀態(tài)的裝置。這類飛行器是一種理想的空中平臺，無論是用來空中監(jiān)視、巡邏、中繼通信還是空中廣告飛行、任務(wù)搭載試驗、電力架線，其應(yīng)用范圍是廣泛的。,一種用柔性傘翼代替剛性機(jī)翼的飛機(jī)，傘翼大部分為三角形，也有長方形的。傘翼可收疊存放，張開后利用迎面氣流產(chǎn)生升力而升空，起飛和著陸滑跑距離短，只需百米左右的跑道，常用于運輸、通信、偵察、勘探和科學(xué)考察等。,撲翼無人機(jī),課堂互動,請同學(xué)通過連連看的方式試著判斷以下圖片對應(yīng)的無人機(jī)類型,固定翼無人機(jī),旋翼無人機(jī),無人飛艇,傘翼無人機(jī),撲翼無人機(jī),多旋翼無人機(jī),撲翼式微 型無人機(jī),其他分類方式：,按照尺度分類,微、輕、小、大。 空機(jī)質(zhì)量 7 （100 千米/小時、3000 米） 116 5700,按活動半徑分類,超近程：15km以內(nèi) 近程：15-50km之間 短程：50-200km之間 中程：200-800km之間 遠(yuǎn)程：大于800km。,按任務(wù)高度分類,超低空：0-100m 低空：100-1000m 中空：1000-7000m 高空：7000-18000m 超高空：大于18000m,無人機(jī)的系統(tǒng)組成,PART 3,無人機(jī)的系統(tǒng)組成,系統(tǒng)組成,控制站,飛行器,通信鏈路,顯示系統(tǒng),操縱系統(tǒng),機(jī)載,地面,飛行平臺,動力裝置,導(dǎo)航飛控,電氣系統(tǒng),任務(wù)設(shè)備,無人機(jī)的系統(tǒng)組成,飛行器是指能在地球大氣層內(nèi)外空間飛行的器械。通常按照飛行環(huán)境和工作方式，把飛行器分為幾大類： 航空器： 航天器： 空天飛行器： 火箭和導(dǎo)彈：,飛行器的定義,無人機(jī)的系統(tǒng)組成,航空器的定義,根據(jù)產(chǎn)生升力的原理,航空器,輕于空氣的航空器,重于空氣的航空器,氣球,飛艇,固定翼航空器,旋翼航空器,撲翼機(jī),變模態(tài)機(jī),飛機(jī),滑翔機(jī),旋翼機(jī),直升機(jī),固定翼Fixed-wing 無人機(jī)平臺,旋翼Rotary wing無人機(jī)平臺,無人飛艇平臺及系留氣球,各類變模態(tài)平臺,飛行器-飛行平臺,多軸,機(jī)翼結(jié)構(gòu),機(jī)身結(jié)構(gòu),起落裝置,飛行器-飛行平臺,動力系統(tǒng)指無人機(jī)的發(fā)動機(jī)以及保證發(fā)動機(jī)正常工作所必需的系統(tǒng)和附件的總稱。 無人機(jī)使用的動力裝置主要有活塞式發(fā)動機(jī)、渦噴發(fā)動機(jī)、渦扇發(fā)動機(jī)、渦槳發(fā)動機(jī)、渦軸發(fā)動機(jī)、沖壓發(fā)動機(jī)、火箭發(fā)動機(jī)、電動機(jī)等。目前主流的民用無人機(jī)所采用的動力系統(tǒng)通常為活塞式發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩種。,飛行器-動力裝置分類,活塞式發(fā)動機(jī)也叫往復(fù)式發(fā)動機(jī)，由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成主要結(jié)構(gòu)。,動力裝置-活塞式,動力裝置-電動,出于成本和使用方便的考慮，微型無人機(jī)中普遍使用的是電動動力系統(tǒng)。,動力裝置-渦噴,渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的組成：進(jìn)氣道 壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、尾噴管。,飛行器-動力裝置有哪些？,導(dǎo)航子系統(tǒng)功能：向無人機(jī)提供相對于所選定的參考坐標(biāo)系的位置、速度、飛行姿態(tài)，引導(dǎo)無人機(jī)沿指定航線安全、準(zhǔn)時、準(zhǔn)確的飛行。因此導(dǎo)航子系統(tǒng)之于無人機(jī)相當(dāng)于領(lǐng)航員之于有人機(jī)。,飛行器-導(dǎo)航飛控系統(tǒng),飛控子系統(tǒng)是無人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)、返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，對無人機(jī)實現(xiàn)全權(quán)控制與管理，因此飛控子系統(tǒng)之于無人機(jī)相當(dāng)于駕駛員之于有人機(jī)，是無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵。,無人機(jī)導(dǎo)航飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括角速率傳感器、姿態(tài)傳感器、位置傳感器、迎角側(cè)滑角傳感器、加速度傳感器、高度傳感器及空速傳感器等，這些傳感器構(gòu)成無人機(jī)導(dǎo)航飛控系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。,導(dǎo)航飛控計算機(jī)是導(dǎo)航飛控系統(tǒng)的核心部件，飛控計算機(jī)應(yīng)具備如下功能： 姿態(tài)穩(wěn)定與控制； 導(dǎo)航與制導(dǎo)控制； 自主飛行控制； 自動起飛、著陸控制；,飛行器-導(dǎo)航飛控系統(tǒng),無人機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是伺服作動設(shè)備，是導(dǎo)航飛控系統(tǒng)的重要組成部分。其主要功能是根據(jù)飛控計算機(jī)的指令，按規(guī)定的靜態(tài)和動態(tài)要求，通過對無人機(jī)各控制舵面和發(fā)動機(jī)節(jié)風(fēng)門等的控制，實現(xiàn)對無人機(jī)的飛行控制,無人機(jī)電氣系統(tǒng)可分為機(jī)載電氣系統(tǒng)和地面供電系統(tǒng)兩部分。機(jī)載電氣系統(tǒng)主要由主電源、應(yīng)急電源、電氣設(shè)備的控制與保護(hù)裝置及輔助設(shè)備組成。 電氣系統(tǒng)一般包括電源、配電系統(tǒng)、用電設(shè)備3個部分，電源和配電兩者組合統(tǒng)稱為供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)的功能是向無人機(jī)各用電系統(tǒng)或設(shè)備提供滿足預(yù)定設(shè)計要求的電能。,正常匯流條（發(fā)電機(jī)匯流條或主匯流條） 重要匯流條（轉(zhuǎn)換匯流條） 應(yīng)急匯流條（不間斷匯流條或備用匯流條）,飛行器-電氣系統(tǒng),按任務(wù)設(shè)備用途，可以分為偵查搜索設(shè)備、測繪設(shè)備、軍用專用設(shè)備、民用專用設(shè)備等。偵搜設(shè)備常用的有光電平臺、SRA雷達(dá)、激光測距儀等，測繪設(shè)備則是測繪雷達(dá)、航拍相機(jī)等。,飛行器-任務(wù)設(shè)備,無人機(jī)的系統(tǒng)組成,系統(tǒng)組成,控制站,飛行器,通信鏈路,顯示系統(tǒng),操縱系統(tǒng),機(jī)載,地面,飛行平臺,動力裝置,導(dǎo)航飛控,電氣系統(tǒng),任務(wù)設(shè)備,無人機(jī)地面站也稱控制站、遙控站或任務(wù)規(guī)劃與控制站。在規(guī)模較大的無人機(jī)系統(tǒng)中，可以有若干個控制站，這些不同功能的控制站通過通信設(shè)備連接起來，構(gòu)成無人機(jī)地面站系統(tǒng),指揮調(diào)度功能主要包括上級指令接收、系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)、系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)度； 任務(wù)規(guī)劃功能主要包括飛行航路規(guī)劃與重規(guī)劃、任務(wù)載荷工作規(guī)劃與重規(guī)劃； 操作控制功能主要包括起降操縱、飛行控制操作、任務(wù)載荷操作、數(shù)據(jù)鏈控制； 顯示記錄功能主要包括飛行狀態(tài)參數(shù)顯示與記錄、航跡顯示與記錄、任務(wù)載荷信息顯示與記錄等。,無人機(jī)的系統(tǒng)組成-控制站,四類硬件： 數(shù)據(jù)鏈路控制、飛行控制、載荷控制、載荷數(shù)據(jù)處理等四類硬件設(shè)備機(jī)柜或機(jī)箱構(gòu)成。 三類不同功能控制站模塊： 指揮處理中心：制定任務(wù)、完成載荷數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用，一般都是通過無人機(jī)控制站等間接地實現(xiàn)對無人機(jī)的控制和數(shù)據(jù)接收； 無人機(jī)控制站：飛行操縱、任務(wù)載荷控制、數(shù)據(jù)鏈路控制和通信指揮。 載荷控制站：載荷控制站與無人機(jī)控制站的功能類似，但載荷控制站只能控制無人機(jī)的機(jī)載任務(wù)設(shè)備，不能進(jìn)行無人機(jī)的飛行控制。,控制站,地面控制站內(nèi)的飛行控制席位、任務(wù)設(shè)備控制席位、數(shù)據(jù)鏈管理席位都設(shè)有相應(yīng)分系統(tǒng)的顯示裝置，因此需綜合規(guī)劃，確定所顯示的內(nèi)容、方式、范圍。 A、飛行參數(shù)綜合顯示 飛行與導(dǎo)航信息、數(shù)據(jù)鏈狀態(tài)信息、設(shè) 備狀態(tài)信息、指令信息 B、告警視覺 一般分為提示、注意和警告三個級別 C、地圖航跡顯示 導(dǎo)航信息顯示、航跡繪制顯示以及地理信息的顯示。,控制站-顯示&操作系統(tǒng),飛行操縱,無人機(jī)操縱與控制主要包括起降操縱、飛行操縱、任務(wù)設(shè)備（載荷）控制和數(shù)據(jù)鏈管理等。,無人機(jī)的系統(tǒng)組成,系統(tǒng)組成,控制站,飛行器,通信鏈路,顯示系統(tǒng),操縱系統(tǒng),機(jī)載,地面,飛行平臺,動力裝置,導(dǎo)航飛控,電氣系統(tǒng),任務(wù)設(shè)備,無人機(jī)通訊鏈路：主要用于無人機(jī)系統(tǒng)傳輸控制、無載荷通訊、載荷通訊三部分信息的無線電鏈路。 根據(jù)ITU-R M.2171報告給出的無人機(jī)系統(tǒng)通訊鏈路是指控制和無載荷鏈路，主要包括：指揮與控制（C&C），空中交通管制（ATC），感知和規(guī)避（S&A）三種鏈路。,無人機(jī)的系統(tǒng)組成-通訊鏈路,機(jī)載終端與天線,無人機(jī)系統(tǒng)通訊鏈路機(jī)載終端常被稱為機(jī)載電臺，集成于機(jī)載設(shè)備中。視距內(nèi)通訊的無人機(jī)多數(shù)安裝全向天線，需要進(jìn)行超視距通訊的無人機(jī)一般采用自跟蹤拋物面衛(wèi)通天線。,地面終端與天線,民用通訊鏈路的地面終端硬件一般會被集成到控制站系統(tǒng)中，稱作地面電臺，部分地面終端會有獨立的顯示控制界面。視距內(nèi)通訊鏈路地面天線采用鞭狀天線、八木天線和自跟蹤拋物面天線，需要進(jìn)行超視距通訊的控制站還會采用固定衛(wèi)星通訊天線。,通訊鏈路分類,課堂Q&A,Q1：無人機(jī)指揮控制非系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)飛機(jī)是什么？,Q2：民用無人機(jī)常用的發(fā)動機(jī)有哪些？,無人機(jī)的主要基礎(chǔ)技術(shù),PART 4,無人機(jī)主要基礎(chǔ)技術(shù),1,無人機(jī)遙感技術(shù),2,無人機(jī)通訊技術(shù),3,無人機(jī)自主控制技術(shù),4,無人機(jī)材料技術(shù),無人機(jī)遙感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing ), 即利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化、專用化快速獲取國土資源、自然環(huán)境、地震災(zāi)區(qū)等空間遙感信息，且完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的應(yīng)用技術(shù)。 無人機(jī)遙感系統(tǒng)由于具有機(jī)動、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，已經(jīng)成為未來的主要航空遙感技術(shù)之一,無人機(jī)遙感技術(shù)在蘇州地籍測繪項目中成功應(yīng)用,無人機(jī)遙感技術(shù),無人機(jī)通信利用通訊數(shù)據(jù)鏈通信。通訊鏈穩(wěn)定性好可以做到可工作在各種惡劣的環(huán)境下，溫度 范圍-40+70。支持遠(yuǎn)距離傳輸60-100km，主要是用于飛控及機(jī)載（GPS、飛行姿態(tài)、航點、傳感器）數(shù)據(jù)的傳輸。 無人機(jī)上的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)鏈傳輸，能實時傳回?zé)o人機(jī)的各種數(shù)據(jù)，以及穩(wěn)定的視頻畫面。地面控制人員還能隨時發(fā)出指令，下達(dá)新的任務(wù)規(guī)劃。,無人機(jī)通訊|數(shù)據(jù)傳輸|圖像傳輸功率放大器,無人機(jī)通訊技術(shù),無人機(jī)系統(tǒng)自主控制是指在不需要人的干預(yù)條件下,系統(tǒng)通過在線環(huán)境感知和信息處理,自主生成優(yōu)化的控制策略,完成各種戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)任務(wù),并且具有快速而有效的任務(wù)自適應(yīng)能力。 無人機(jī)系統(tǒng)自主控制面臨的挑戰(zhàn)包括復(fù)雜、非結(jié)構(gòu)化、意外的動態(tài)環(huán)境,不確定的、意外的事件和態(tài)勢,遠(yuǎn)距離長航時條件下復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通信鏈路故障、突發(fā)系統(tǒng)故障、實時外部威脅等環(huán)境不確定性,無人機(jī)自主控制技術(shù),主要包括：機(jī)體材料（包括結(jié)構(gòu)材料和非結(jié)構(gòu)材料）、發(fā)動機(jī)材料和涂料，其中最主要的是機(jī)體結(jié)構(gòu)材料和發(fā)動機(jī)材料，結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有高的比強(qiáng)度和比剛度，以減輕飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，改善飛行性能或增加經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)具有良好的可加工性，便于制成所需要的零件。,玻璃纖維,碳纖維,樹脂,無人機(jī)材料技術(shù),無人機(jī)的優(yōu)缺點,優(yōu)點,避免犧牲空勤人員，因為飛機(jī)上不需要飛行人員，所以最大可能地保障了人的生命安全。,無人機(jī)尺寸相對較小，設(shè)計時不受駕駛員生理條件限制，可以有很大的工作強(qiáng)度，不需要人員生存保障系統(tǒng)和應(yīng)急救生系統(tǒng)等，大大地減輕了飛機(jī)重量。,制造成本與壽命周期費用低，沒有昂貴的訓(xùn)練費用和維護(hù)費用，機(jī)體使用壽命長，檢修和維護(hù)簡單。,無人機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢是能夠定點起飛，降落，對起降場地的條件要求不高，可以通過無線電遙控 或通過機(jī)載計算機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。,無人機(jī)的優(yōu)缺點,缺點,主要表現(xiàn)在生存力低，在與有較強(qiáng)防空能力的敵人作戰(zhàn)時，無優(yōu)勢可言。,無人機(jī)速度慢，抗風(fēng)和氣流能力差，在大風(fēng)和亂流的飛行中，飛機(jī)易偏離飛行線路，難以保持平穩(wěn)的飛行姿態(tài)。,無人機(jī)受天氣影響較大，結(jié)冰的飛行高度比過去預(yù)計的要低，在海拔3000-4500m的高度上，連續(xù)飛行10-15min后會使飛機(jī)受損。,無人機(jī)的應(yīng)變能力不強(qiáng)，不能應(yīng)付意外事件，當(dāng)有強(qiáng)信號干擾時，易造成接收機(jī)與地面工作 站失去聯(lián)系。,無人機(jī)機(jī)械部分也有出現(xiàn)故障的可能，一旦出現(xiàn)電子設(shè)備失靈現(xiàn)象，那對無人機(jī)以及機(jī)載設(shè)備 將是致命的。,課堂互動,電影湄公河行動里也有無人機(jī)的大量使用，請同學(xué)們通過觀看無人機(jī)使用片端，分組討論: 應(yīng)用到了哪些無人機(jī)技術(shù)？,課后作業(yè),1、無人機(jī)和傳統(tǒng)飛機(jī)相比有哪些優(yōu)點和缺點？ 2、假如你作為本校校慶活動的負(fù)責(zé)人，需要制作校慶航拍記錄視頻，你會選擇什么樣的無人機(jī)作為拍攝工具？同時說明該款無人機(jī)有哪些部件組成。并說說這么選擇的理由?,THANK YOU,