便攜式小型垂直起降偵察無(wú)人機(jī)

(西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 甘肅 蘭州 730124)

便攜式小型垂直起降偵察無(wú)人機(jī)

張貴旭徐鑫鑫魏孝楠

(西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院甘肅蘭州730124)

此處設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)能夠在森林、樓宇等障礙物較多的復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行偵察的無(wú)人機(jī)。能夠快速應(yīng)對(duì)樓房火災(zāi)、有毒氣體泄漏等突發(fā)性事件，或者在人群密集地點(diǎn)的偵察行動(dòng)。也可以用作軍隊(duì)作戰(zhàn)時(shí)的班組偵察手段，對(duì)敵人隱蔽火力點(diǎn)進(jìn)行偵察。

無(wú)人機(jī)；偵查

一、方案設(shè)計(jì)和背景介紹

目前大多數(shù)偵察飛機(jī)均采用固定翼飛行器，比如美國(guó)的全球鷹無(wú)人機(jī)。這類大型無(wú)人機(jī)有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但是，正因?yàn)轶w積過(guò)于龐大，這類無(wú)人機(jī)會(huì)受到場(chǎng)地等限制，無(wú)便攜性，不夠靈活，只能在空曠地域飛行。在城市或地形復(fù)雜區(qū)域無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的低空偵查，在城市復(fù)雜地形中，小型無(wú)人機(jī)的便捷性等特點(diǎn)就可以明顯的表現(xiàn)出來(lái)。

遙控控制無(wú)人機(jī)通常指通過(guò)地面控制站中設(shè)置的開(kāi)關(guān)或者操縱桿來(lái)手工調(diào)整無(wú)人機(jī)的方向、高度、速度等，以此來(lái)控制無(wú)人機(jī)的位置。但當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)指定航線時(shí)，無(wú)人機(jī)中的自動(dòng)駕駛儀便可保持飛行穩(wěn)定及實(shí)行操縱。各種類型的導(dǎo)航系統(tǒng)(全球定位系統(tǒng)、無(wú)線電控制系統(tǒng)、慣性系統(tǒng))可執(zhí)行事先設(shè)定的任務(wù)，這些任務(wù)可由人工操縱完成，也可自動(dòng)完成。一架典型的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)至少應(yīng)該包括飛行器、一個(gè)或多個(gè)地面控制系統(tǒng)、有效載荷及數(shù)據(jù)鏈路。此外，很多無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)射與回收子系統(tǒng)。

本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的是一款基于四軸旋翼的偵查無(wú)人機(jī)，體積小、造價(jià)低、機(jī)動(dòng)靈活，課攜帶攝像頭等多種偵查設(shè)備，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供實(shí)時(shí)的一線資料。

二、無(wú)人機(jī)介紹

(一)無(wú)人機(jī)的簡(jiǎn)單介紹

無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)稱UAV,指不載人但可以自主飛行或著通過(guò)遙控駕駛的飛行器。

本項(xiàng)目所涉及的是四旋翼無(wú)人機(jī)，是一種具四個(gè)旋翼軸的特殊的無(wú)人駕駛飛機(jī)。其通過(guò)每個(gè)軸上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)旋翼，從而產(chǎn)生升推力，其無(wú)人機(jī)的姿態(tài)由飛控控制，具有平穩(wěn)、控制簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。人員只需要簡(jiǎn)單控制，一切細(xì)節(jié)操作都有飛控實(shí)現(xiàn)，既避免了認(rèn)為的失誤，更簡(jiǎn)化了人員操作難度，上手更加容易。旋翼的總距固定，而不像一般直升機(jī)那樣可變。

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包含了無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、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(hào)設(shè)計(jì)規(guī)定的任何其他部件組成的系統(tǒng)。

四旋翼無(wú)人機(jī)，操控簡(jiǎn)單，可靠性高，可實(shí)現(xiàn)垂直起降和空中懸停，主要適用于低空域、低速率、狹隘地域、無(wú)法滑行起飛或者需要懸停的任務(wù)類型。

(二)無(wú)人機(jī)優(yōu)點(diǎn)

無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用成本低，不但能完成有人駕駛飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)，更適用于有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)，在處理突發(fā)應(yīng)急事件中有很大的作用。無(wú)人機(jī)機(jī)載救援探測(cè)裝備可從空中全方位、全時(shí)段的獨(dú)立飛行搜索，能對(duì)災(zāi)區(qū)、海上等多種復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行搜救、監(jiān)視和偵查。獲取災(zāi)區(qū)受災(zāi)情況、救援情況和對(duì)受災(zāi)人員的搜索、搜救。還可對(duì)救災(zāi)車輛、船只實(shí)時(shí)監(jiān)控，保護(hù)救援人員的安全，同時(shí)實(shí)時(shí)掌握救災(zāi)情況和信息。在災(zāi)害事件或交通事故突發(fā)時(shí)，救援活動(dòng)緊急，救援力量到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)往往需要一定的時(shí)間。從空中觀察和救援往往是最快、最便捷的手段。

三、無(wú)人機(jī)的應(yīng)用

(一)針對(duì)應(yīng)急突發(fā)暴力事件

當(dāng)城市監(jiān)控設(shè)備被破壞時(shí)，無(wú)人機(jī)作為獨(dú)立的設(shè)備可以深入危險(xiǎn)地區(qū)完成一系列復(fù)雜的偵查任務(wù)，也可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況不間斷地拍攝，為警方提供第一手直觀的寶貴資料。

(二)針對(duì)防暴搜捕問(wèn)題

無(wú)人機(jī)可以對(duì)逃犯采取的各種逃跑方式進(jìn)行跟蹤、監(jiān)視，也可以搭載紅外設(shè)備，對(duì)夜晚逃犯進(jìn)行監(jiān)控，可對(duì)躲藏在叢林里的犯罪嫌疑人進(jìn)行掃描式飛行搜索。無(wú)人機(jī)將逃犯的逃跑路線提前通報(bào)警方，提高警方的抓捕速度與抓捕準(zhǔn)確性。

(三)針對(duì)聚眾鬧事事件

無(wú)人機(jī)飛抵事故目標(biāo)區(qū)域上空對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行全方位不間斷的監(jiān)控，為公安干警全面掌控事態(tài)提供了先決條件。警方可根據(jù)無(wú)人機(jī)拍攝的資料對(duì)事故責(zé)任方進(jìn)行舉證。加裝空投裝置后，無(wú)人機(jī)還能進(jìn)行特殊物品的投送，如播撒傳單，向地面人員傳遞信息；小型旋翼無(wú)人機(jī)通過(guò)加裝高音喇叭，可以進(jìn)行空中喊話，傳遞政府信息。

(四)針對(duì)大型集會(huì)監(jiān)控

無(wú)人機(jī)可對(duì)會(huì)場(chǎng)空中監(jiān)控，提供高清畫(huà)面，并可以快速機(jī)動(dòng)到任何需要的區(qū)域上空，搜索發(fā)現(xiàn)地面可疑人員、車輛，提供強(qiáng)有力的空中情報(bào)保障。將視頻圖像實(shí)時(shí)傳輸回指揮中心，指揮中心根據(jù)無(wú)人機(jī)傳輸回的資料對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)掌控，一旦發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況，無(wú)人機(jī)可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，提高了應(yīng)急處理效率。

四、優(yōu)勢(shì)

1.采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，迅速將現(xiàn)場(chǎng)的視、音頻信息傳送到指揮中心，跟蹤事件的發(fā)展態(tài)勢(shì)，供指揮者進(jìn)行判斷和決策(空中電子眼)。無(wú)人機(jī)機(jī)載攝像頭到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后能夠迅速展開(kāi)還可以多角度大范圍的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，具有不可替代的作用，是一般監(jiān)控設(shè)備無(wú)法比擬的。

2.在軍事中，隨著巷戰(zhàn)的增加，低空偵查成為必不可少的一種需要，載人無(wú)人機(jī)體型碩大，目標(biāo)太過(guò)明顯，容易被敵人發(fā)現(xiàn)甚至擊落。低空無(wú)人機(jī)具有很高的便捷性和隱蔽性，可以實(shí)時(shí)給一線作戰(zhàn)人員提供信息。

3.保持監(jiān)控地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路做通信中繼。應(yīng)急的通訊設(shè)備需要租用衛(wèi)星線路提前申報(bào)手續(xù)繁雜，由于高樓林立通訊信號(hào)盲區(qū)多，導(dǎo)致信號(hào)不能及時(shí)傳遞到指揮中心，致使決策滯后。無(wú)人機(jī)搭載的小型通訊設(shè)備則起到了低空衛(wèi)星的作用，對(duì)地面形成不間斷的信號(hào)鏈接，使指揮系統(tǒng)能及時(shí)接收到事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)情況。

[1]崔秀敏,王維軍,方振平.小型無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及其相關(guān)問(wèn)題分析[J].飛行力學(xué),2005

[2]賀成龍,陳榮,田亮,王新明.單兵小型無(wú)人機(jī)偵察系統(tǒng)發(fā)展與分析[J].飛航導(dǎo)彈,2013

2017年西北民族大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資金資助項(xiàng)目，便攜式小型垂直起降偵查無(wú)人機(jī)(項(xiàng)目編號(hào)Y17118

張貴旭(1994.8-)，男，蒙古，內(nèi)蒙古通遼，本科，學(xué)生，西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院；魏孝楠(1996.03-)，男，漢，吉林長(zhǎng)春，本科，學(xué)生，西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院；徐鑫鑫(1994.7-)，女，滿，黑龍江哈爾濱，本科，學(xué)生，西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院。