《无人机发展和系统组成ppt课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无人机发展和系统组成ppt课件.pptx（57页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、,无人机发展和系统组成,第1章 绪论,“我热爱飞行，它能把我从琐事的重压中解放出来。”安东尼德圣德埃克苏佩里,1.1 无人机的定义,无人驾驶飞机是指由动力驱动、不搭载操作人员的一种空中飞行器。它依靠空气动力为飞行器提供升力，能够自主或遥控飞行，能携带多种任务设备、执行多种任务，可一次性或多次重复使用的无人驾驶航空器，简称无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）。由于无人机在完成相应任务时需要与任务载荷、测控与信息传输系统、起飞（发射）与回收系统、地面保障系统等配合工作，因此，无人机与以上各类装置和设备组成的完整系统称为无人机系统。无人机系统可由单个无人机构成，也可由多个
2、同型的无人机或多型多个无人机共同构成。目前，在临近空间（20100千米空域）飞行的飞行器，例如，平流层飞艇、高空气球和太阳能无人机等也被列为无人机的范围。从广义的角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成各种复杂的空中飞行任务和各种负载任务，因此，无人机也可以被看作是“空中机器人”。,1.2 无人机的分类,无人机的应用领域非常广泛，无人机的尺寸、重量、性能及任务等方面差异也都非常大。由于无人机的多样性，因此，从不同的考量角度，无人机有多种分类方法。,1.2.1 按用途分类,无人机按用途分类，可分为军用无人机与民用无人机两大类。,1. 军用无人机,根据不同的军事用途和作战任务，军用无人机可分为无
3、人侦察机/监视机、无人战斗机、通信中继无人机、电子干扰无人机和靶机等类型。,（1）无人侦察机/监视机：无人侦察机/监视机是指借助机上的电子侦查设备，以获取目标信息为目的的无人机。它们通常采用的设备有：光学照相机、微光（红外）摄像机、电视摄像机、红外线行扫描仪、前视红外装置、热成像仪、CCD成像系统、激光指示器、激光测距仪和自动跟踪器、合成孔径雷达等。图所示为可用于实时监视、电子侦察和干扰、海上巡逻等任务的以色列“苍鹭”无人机，它可携带光电/红外雷达等侦察设备进行搜索、监测和识别。,无人战斗机：是指可携带小型和大威力的精确制导武器、激光武器或反辐射导弹，执行空战或对地攻击任务的无人机。如图所示是
4、美国的MQ-9“死神”无人战斗机，MQ-9“死神”无人机是一种极具杀伤力的新型无人作战飞机。除了攻击外，它还可以执行情报、监视和侦察等任务。,（3）通信中继无人机：作为空中中继平台，通信中继无人机可增加信息的传输距离，即利用无人机向其他军用机或陆、海军飞机传送图像等信号，这些无人机一般都安装了超高频或甚高频的无线电通信设备。如图所示是可用于空中指挥和通信中继任务的无人飞艇。,（4）电子干扰无人机：电子干扰是指利用有源或无源电子干扰设备，通过辐射电磁波或释放铝箔条和金属干扰丝，破坏敌方通信系统，干扰敌方电子设备，使其效能低下，甚至完全失效。目前，很多无人电子干扰机采用的是无源干扰方式，其基本的干
5、扰设备包括铝箔条投放器、曳光弹投放器和雷达回波增强设备等。,电子诱饵/欺骗无人机也是一种无源欺骗性干扰无人机。通过飞机上携带的干扰设备来增强地面雷达的反射回波，模拟真实目标，并通过飞机的速度和外形等方面来模拟战斗机或轰炸机的运动姿态，诱使敌方雷达或地面防空武器开机或开火，从而暴露地面雷达或地面防空武器的位置，消耗地方的火力，然后再通过其它武器装备对敌方的雷达或地面防空武器进行精确打击。图1-5所示是美国空军为F-16和B-52装备的微型诱饵无人机MALD-J，MALD-J诱饵无人机是一种飞航式空中发射诱饵，能在敌方雷达上敌方军机的雷达和飞行特征，消耗对方的防空力量。,反辐射无人机是一种成本低、
6、尺寸小（通常在23米范围内）、质量轻（多数小于150公斤）的一次性使用的电子干扰无人机。这种飞机上一般装有电子干扰设备、辐射探测器和战斗部。通常以100300km/h的巡航速度飞到敌方雷达区域上空，进行长时间的盘旋，探测雷达信号，并进行骚扰。一旦雷达开机，无人机就能马上辨识并感应敌方的雷达信号，并在此信号的导引下向敌方雷达俯冲，摧毁敌方雷达。这种反辐射无人机使敌方雷达不敢开机，给有人攻击机创造了袭击的机会，是现代电子战中的一种重要武器。如图1-6所示的以色列“哈比”（Harpy）无人机就是一种反辐射无人机。,军用无人机还有其他的分类方式，如果按无人机的杀伤性质分类可分为非杀伤、软杀伤和硬杀伤几
7、大类，如图1-8所示。前面所述的靶机属于非杀伤类无人机，诱饵无人机属于软杀伤类无人机，而发辐射无人机则属于硬杀伤类无人机。,2. 民用无人机,在民用领域方面，由于无人机具有成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等优势，因此得到了广泛的应用。其主要应用市场包括：航空拍摄、航空摄影、地质地貌测绘、森林防火、地震调查、核辐射探测、边境巡逻、应急救灾、农作物估产、农田信息监测、管道巡查、高压输电线路巡查、野生动物保护、科研实验、海事侦察、鱼情监控、环境监测、大气取样、增雨、资源勘探、禁毒、反恐、警用侦查巡逻、治安监控、消防侦查、通信中继、城市规划、数字化城市建设等多个领域。表1
8、-1所示为民用无人机的分类划分。,1.2.2 按飞行平台构型分类,无人机按飞行平台构型分类可以分为：固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机、无人飞艇和伞翼无人机等，图中所示为最常见的无人机飞行平台。,1.2.3 按大小分类,按照无人机的重量及外形尺寸的大小，无人机可以分为微型无人机、小型无人机、中型无人机和大型无人机几大类。大型无人机重量一般大于500800kg；中型无人机重量一般在200500kg内；轻型无人机重量一般在100200kg；小型无人机重量一般在1100kg以内；微型无人机重量一般小于1kg。 表1-2所示为按大小分类的无人机的重量和尺寸数据对比。,1.2.4 按飞行性能分类,1
9、. 按速度分类无人机按速度分类可分为：低速无人机、亚声速无人机、跨声速无人机、超声速无人机和高超声速无人机。低速无人机速度一般小于0.4Ma（Ma为马赫数），亚声速无人机速度一般在0.40.85Ma，跨声速无人机速度一般在0.851.3Ma，超声速无人机速度一般在1.35Ma，高超声速无人机速度一般大于5Ma。图1-10所示为超声速和高超声速无人机的外形对比。,2. 按航程分类无人机按航程（或活动半径）分类可分为：超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机。超近程无人机活动半径在515km之间，近程无人机活动半径在1550km之间，短程无人机活动半径在50200km之间，中程
10、无人机活动半径在200800km之间，远程无人机活动半径大于800km。图1-11所示为洛克希德马丁公司研制的 RQ-3“暗星”（Dark Star）远程无人侦察机，其作战半径达900多千米。,3. 按实用升限分类无人机按实用升限分类可分为：超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机。超低空无人机实用升限一般在0100m之间，低空无人机实用升限一般在1001000m之间，中空无人机实用升限一般在10007000m之间，高空无人机实用升限一般在700020000m之间，超高空无人机实用升限一般大于20000m。图1-12所示为中国的“彩虹-3A”察打一体化中空无人机，作战半径
11、为200千米。,1.3 无人机的发展,从1917年发明的第一架无人机开始，到今天的无人侦察机、无人战斗机等军用无人机，以及在航空拍摄、地质地貌测绘、森林防火等方面广泛使用的民用无人机，无人机的发展已经历了近百年的历史。无人机因其具有无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便、成本低等优点逐渐受到世界各国的重视，并且在很多领域正逐步替代有人飞行器，承担越来越多的飞行任务。无人机的发展，大致经历了以下几个阶段：20世纪2060年代，无人机主要作为靶机使用，是无人机发展的起步阶段；6080年代，无人侦察机及电子战类无人机在战场上崭露头角，无人机开始进入实用阶段；从90年代起，无人机在现代高技术
12、局部战争中得到了全面的应用，无人机在民用领域也得到了迅猛发展，无人机正处在一个迅速崛起和蓬勃发展的阶段。,1.3.1 起步阶段,无人机的发展历史最早可以追溯到1917年，当时英国皇家航空研究院初步将空气动力学、轻型发动机和无线电三者结合起来，研制出世界上第一架无人驾驶飞机。同年12月，美国发明家埃尔默斯佩里（Elmer Sperry）使用他自己发明的陀螺仪和美国西部电气公司开发的无线电控制系统，成功地完成了为美国海军研制的“航空鱼雷”的首飞。受这次成功试飞的鼓舞，美国陆军航空队也采纳了查尔斯凯特林（Charles Kettering）的方案，研制出了“自由鹰”式“航空鱼雷”飞机，,两次世界大战
13、期间，军用无人机技术主要体现在导弹和无人靶机两个方面。1918年，法国的第一架无线电遥控飞机试飞成功；1921年英国研制成功世界上第一架可以实用的无人靶机，该靶机可在近2千米的高度以160Km/h的速度飞行。1931年9月，英国费尔雷公司将一架“女王”有人驾驶双翼飞机改装成“费利王后”（Fairey Queen）靶机进行了9分钟的有控飞行。1932年，英国Home舰队将“费利王后”携往地中海作试验，检验Home舰队防空火力的效能及靶机的飞行性能。当时“费利王后”冲着Home舰队的密集防空火力飞行了2小时而未被击中，这不仅说明了当时海军防空武器的低效，同时也充分证明了靶机的实用价值。1933年英
14、国又研制出了有名的“蜂后”（Queen Bee）靶机，随即投入批量生产。这种靶机在19341943年共生产了420架，它们的使用一直持续到第二次世界大战之后。如图1-14所示为正在遥控“蜂后”靶机的英军士兵。,可说是这个时期靶机发展的典型代表。当时美国为了训练战斗机飞行员和防空导弹操作手，着手研制一些可模仿当时战斗机、轰炸机性能的靶机，美国的瑞安航天公司（Ryan Aeronautical Company）在1948年赢得美国空军的合约，开始研制一种高亚声速、喷气推进的靶机，这就是后来久负盛名的“火蜂”靶机。由于设计成功，1953年开始成批生产，很快便有1280架早期的“火蜂”Q-2A与KDA
15、型在美国三军和加拿大皇家空军服役。截止到1984年，共有近6500架“火蜂”系列靶机投入使用。如图1-15所示为美国“火蜂”靶机。,在这个阶段，除美国外，法国、意大利、澳大利亚、加拿大、以色列、日本和德国等国也相继研制出多种靶机。因此，在很长一段时间内，靶机基本上就是无人机的一个代名词。无人靶机的发展也带动了遥控遥测技术、飞行控制与导引技术、小型发动机技术、发射与回收技术以及无人机专用设备等无人机关键技术的发展。在靶机的发展过程中，无人机技术先后突破了低速、高亚声速和超声速的速度飞行界限，同时也突破了超低空、低空、中高空和高空的空域飞行界限，为无人机今后的全面发展奠定了基础。,1.3.2 实用
16、阶段,1960年冷战期间，美国曾多次派U-2有人驾驶侦察飞机前往前苏联侦察导弹基地。1960年5月，美国中央情报局所属的一架U-2高空侦察机在前苏联领空被SA-2防空导弹击落，正是因为这一事件使得美国决定研制无人侦察机。美国空军很快启动了“专用飞行器”（SPA）计划，这个计划是在“火蜂”无人靶机基础上发展的无人侦察机计划。1960年夏，瑞安公司开始尝试将“火蜂”改型为一种具有低雷达可探测性、航程更远、操纵性更好的无人侦察机147A，后来又很快改进完成了航程更远的147B型；随后又根据前苏联防空导弹的特点研制成功了有名的147D“萤火虫”无人侦察机。该机装有可搜集SA-2地空导弹制导系统信号特征
17、的电子情报模块，可通过引诱SA-2地空导弹雷达开机截获其信号特征，并将其转发到ERB-47电子战飞机上。,美国无人机发展史,由于来自前苏联先进防空导弹的威胁进一步加大，为了替代速度较慢的U-2飞机，1962年10月，中情局要求洛克希德公司开发一种新型无人侦察机D-21，这种无人机可以由母机A-12携带投放。D-21无人机安装在A-12侦察机的背部支架上，如图1-17所示。该机可达到3马赫的飞行速度，航程达3450英里。与其他无人机不同的是，D-21并不具备回收能力，只能在完成任务后弹射出一个照相舱并从海上回收。,1966年3月，D-21无人侦察机及其母机首次进行了飞行试验。在同年7月进行的试验
18、中，因子机未能正常脱离母机致使二者一起坠毁，虽然母机驾驶员弹射逃生成功，但发射子机的操作员不幸丧生。美国人意识到这种发射投放方式太过危险，于是改用体积庞大的B-52H战略轰炸机作为经改进的D-21B无人机的母机，而且连接支架也改在了机翼下方，如图所示。,越南战场是军用无人机发展史上第一次大规模的实战应用。越战初期，美军先后损失战机2500余架，死伤飞行员5000余名。为了减小损失，美军决定使用无人机进行侦查。在美国越南战争期间，美军使用“火蜂”系列无人高空侦察机多达3435架次，执行了高空和超低空照相侦察、电子窃听、干扰越南无线电台通信、在空中走廊抛撒金属箔条为轰炸机护航等任务，其中2873架
19、次安全返回，战损率仅为16。 “火蜂”侦察机在越南战场的出色表现，使人们认识到了无人机的新价值，也使无人机首次作为作战装备应用于实战，开辟了无人机应用和发展的新阶段。,中东战争期间，叙利亚、埃及和黎巴嫩利用“萨姆”-6防空导弹构筑了一个严密的防空火力网，高度从几十米的低空到上万米高空，使得以色列的飞机一旦进入，就基本无生还的可能。为了突破对手的防空网，以色列空军对于美军在越战期间的经验和教训进行了认真的研究，决定开始研制自己的新型无人机。他们把从美国引进的“石鸡”喷气式无人靶机和“壮士”无人靶机改装成能够模拟喷气式战斗机进行电子欺骗的无人机，又先后研制了“侦察兵”和“猛犬”两种无人侦察机用于收
20、集雷达信号和进行光电复合侦察，这两种无人侦察机均可在前线上空灵活部署，并具有全天候工作能力。这些无人机为以色列夺取战争的胜利奠定了基础。图中所示为以色列的“猛犬”无人侦察机。,1982年黎以冲突中，“侦察兵”和“猛犬”更是一同上阵。在与黎巴嫩的作战中，位于贝卡谷地的叙利亚“萨姆”防空导弹阵地构成了对以色列空军作战行动的最大威胁。通过使用无人侦察机，以色列空军精确锁定了上述导弹阵地的位置。随后，以色列向叙利亚防空导弹阵地投放了“萨姆森”无人机诱饵，诱使叙利亚防空导弹雷达一开机就遭到了以色列反雷达导弹的打击。这样，叙利亚防空导弹部队就得被迫缩短雷达开机时间，从而为以色列空军提供了更大的作战空间和机
21、会，在其他侦察/监视无人机的协助下，以色列取得了战争的全面顺利。这场战争不但充分显示了无人机诱饵的巨大价值，同时也体现出了实时战场监控的现实作用。这种相对而言成本低廉的空中侦察手段也逐渐成为风靡全球的防务发展趋势，以色列更是从出口这类军用无人机中获益匪浅。此后，巴基斯坦、印度、新加坡、伊拉克以及伊朗等国都开展了无人侦察机的研制，并取得了很大进展。,1.3.3 蓬勃发展阶段,在中东的贝卡谷地战役中，以色列使用无人机进行的侦察、干扰、欺骗、诱敌及电子支援等任务非常有效，不仅大大降低了人员损失的风险，而且作战成本也比有人驾驶飞机低得多。因此，20世纪80年代以来，无人机的军事价值逐渐被各国军方重视起
22、来。20世纪90年代以后的几场高技术局部战争，又给无人机提供了更广阔的展示其作战才能的舞台，在战争作战需求的牵引下，无人机进入了快速崛起与迅猛发展的阶段。在1991年的海湾战争中，美、英、法、加拿大和以色列等国的无人机纷纷亮相战场，参战的无人机有200多架，无人机已成为战争中“不可或缺”的战场能力。其中美军总共有6个“先锋”无人机连参战，分别布置在近海岸、海军舰艇和海军陆战队，执行了522架次的飞行任务，累计飞行时间达1638小时，为多国部队了解战场态势及评估空袭效果提供了重要的依据，对干扰、压制伊拉克防空体系和通信系统发挥了重要作用。,布置在海军舰艇的美国“先锋”无人机,在1999年的科索沃
23、战争中，美国及北约盟军首先使用无人机充当开路先锋发动进攻，参战飞机包括“捕食者”、“猎人”、“先锋”、“红隼”、“不死鸟”、CL-289和“米拉奇”-26等7种型号共300多架飞机，用于中低空侦察、战场监视、电子对抗、战况评估、目标定位、收集气象资料和营救飞行员等任务。这是历次战争中使用无人机架次最多的一次，也是发挥作用最大的一次。图为在多次中东战争中表现出色的以色列“猎人”无人机。,2001年的阿富汗反恐战争中，无人机更是大显身手。战争开始后，美国为了加强对塔利班和“基地”组织行动的了解，派出了“全球鹰”和“捕食者”无人机进行全天候的侦察，并通过卫星链路及时将侦察图像传回位于美国本土的指挥中
24、心。为了能使无人机对地面目标直接实施打击，美国首次在“捕食者”无人机上挂载了2枚“海尔法”导弹。也正是这2枚导弹，谱写了无人机作战的辉煌一页。,2001年11月15日，“捕食者”无人机侦察到一个车队趁着夜幕开进了一个小镇，车上的人员全部进入了一座楼房。经过指挥中心对侦察图像的分析，这可能是基地组织正在召开的一次重要会议。随即，指挥中心控制“捕食者”无人机将其携带的2枚“海尔法”导弹准确地投向了大楼和停车场，楼房和停车场顿时变成一片火海，其内的人员全部毙命。后来查明，被击毙的正是“基地”组织的二号人物穆罕默德阿提夫及其随行人员。“捕食者”无人机的这一击，创造了无人机发展史上的又一个里程碑事件，也
25、意味着无人机开始具备了低空探测和直接攻击地面目标的能力，是军用无人机技术和功能的一个重要转折。图1-22所示为正在加挂“海尔法”导弹的“捕食者”A型无人机。,2003年的伊拉克战争中，美军使用了10种以上的无人机支援作战行动，其数量是阿富汗战争的3倍多，这些无人机主要包括陆军的“猎犬”、“指针”和“影子200”无人机，海军陆战队的“龙眼”和“先锋”无人机，空军的“全球鹰”和“捕食者”无人机。“全球鹰”在巴格达上空执行了数次作战任务，共收集图像3700多幅，“捕食者”也摧毁了包括防空导弹连、导弹发射装置、伊拉克电视台雷达和卫星设施等多个地面目标。这些无人机在对伊作战中发挥了极大的作用，这标志着现
26、代战争开始进入了无人化作战的阶段。,图为美国陆军的“影子200”无人机，一位美陆军地面机动计划无人机主管在一份AAI公司声明中说，对战地指挥员来说，“影子”系统是“关乎生死存亡的工具”。,1.3.4 最新发展,在军事领域，无人作战飞机和空天无人机的迅速发展，使无人机逐步成为军事装备体系中的关键力量和维护国家安全的战略制高点。2011年2月，美国海军无人作战飞机X-47B在加利福尼亚的爱德华兹空军基地成功实现首飞。2013年7月，X-47B成功在“乔治布什”号航空母舰上实现拦阻着陆，标志着美国海军已经掌握了无人机在航空母舰上起飞降落的关键技术。,2010年3月至5月，美国先后试验试飞了HTV-2
27、“猎鹰”高超声速无人机和X-37B空天无人机。2015年5月20日，在美国卡纳维尔角空军基地，美国空军使用阿特拉斯-V型火箭将X-37B再次送入太空，执行第四次在轨飞行任务。在此之前的2012年12月至2014年10月的第三次飞行试验中，X-37B共计在轨飞行了671天，这标志着无人机开始向更高、更远、更快的空天领域发展。如图所示为X-37B空天无人机。,自20世纪90年代起，许多国家将无人机发展置于重要地位，投入逐年增加。目前全球共有57个国家研制和发展无人机，研制和发展的无人机系统近千种，其中已成为无人机产品的近400种。美国占据了无人机发展的制高点，以色列起步较早，在战术无人机、长航时无
28、人机方面具有特色和优势，俄罗斯始终没有放松先进技术的开发应用研究，欧洲和亚洲各国也加快了无人机发展的步伐，无人机系统的发展已在世界范围内掀起了的一轮新的高潮。,在民用领域，无人机也越来越多地运用在各行各业中。农用无人机利用搭载的高精度摄像机，实现对农作物生长及周围土壤水分等环境的实时监测，并据此播种、浇水、施肥、喷洒农药等。通过无人机的航测航探，发现矿藏和其他资源，并随时监测当地的地质状况，指导矿产资源的开发。在日常使用中，无人机可以对公路、铁路、高压电线和油气管路等重要公共设施进行巡逻，减少事故发生。无人机在民用领域多行业的应用，推动了社会的进步，并逐步成为促进社会经济发展的重要增长点。,1
29、.4 无人机的发展趋势,随着无人机系统的发展，无人机从无人航空器扩展到临近空间无人飞行器，进而又扩展到太空无人飞行器；无人机系统的任务从单一的侦察监视扩展到信息对抗、通信中继等方面，目前又进一步扩展到精确打击、制空作战等领域；无人机系统的技术也进一步向自主控制、高生存力、高可靠性、互通互联等方向发展。就目前无人机的发展趋势来看，无人机的发展方向主要体现在以下几个方面。,（1）高空长航时方向,在未来战争中，长航时无人机，特别是高空长航时无人机将成为侦察卫星和有人驾驶战略侦察飞机的重要补充和增强手段。一些国家已将其作为一个环节列入“军用卫星、载人飞船、预警机、战略导弹、长航时无人机”这一防卫作战大
30、系统，实施战略侦察，成为获取战略情报的重要手段之一。,（2）隐身化方向,隐身战斗机的技术已日见成熟，隐身技术应用到无人机上也是大势所趋。美军最先研制出的“暗星”隐身无人机，就是一种高空长航时战术无人机。,（3）精确打击、制空作战,21世纪将出现能够深入战区纵深，在高度危险战场环境中执行攻击任务的无人作战飞机。这种飞机能执行现有轰炸机、战斗机、武装直升机和巡航导弹的任务，成为一种新型的精确打击武器系统。,（4）微小型化、智能化,由于微小型无人机操作简便灵活，具有较强的机动性能和低空飞行优势，随着全球反恐和特种作战任务的需要，各国对微小型无人机的发展也十分重视。而且，随着电子技术和控制技术的发展，
31、将来的无人机应能按预先设定的程序半自主地完成任务，甚至从头至尾完全自主地完成任务。,（5）临近空间领域,临近空间无人机在对特定区域的持续侦察监视、通信中继、导航、电子战、导弹防御、空间对抗等方面有着独特的优势，是陆、海、空、天装备的重要补充力量，已成为世界武器装备发展的焦点领域。,（6）组网编队飞行,无人机的脆弱性和载荷能力的局限性，决定了随着应用的不断扩展和使用要求的不断提高，多无人机组网协作执行任务将是一个很好的发展途径。,日本无人机编队在富士山前表演芭蕾,（7）多领域、多样化方向,无人机除了在军事领域的广泛应用外，近年来在民用领域也呈现了井喷态势，无人机的种类也根据其应用领域的扩展朝着多样化的方向发展。相信在不久的将来，会有更多、更完善的无人机在社会的各个领域发挥它独特的作用。,习 题,1. 什么是无人机？2. 无人机有哪些分类？3. 军用无人侦察机和电子干扰机有哪些特点？4. 民用无人机有哪些用途？,感谢关注,THANK YOU FOR YOUR ATTENTION,http:/,YourName,N,
