無人機的應用與控制管理方式探討

摘? 要：無人駕駛飛機可以在軍用以及民用領域逐漸擴大其使用范圍，無人機的應用為各行各業的發展帶來了一定程度的便利，國家也在不斷下達鼓勵政策擴大對無人機的應用。相比于發達國家，我國對于無人機的應用還處于起步階段，在發展的過程不斷提升對其飛行控制與管理的探究以求加深其應用程度顯得尤為重要。本文首先對無人機系統進行簡要概述;其次，對無人機系統功能進行了綜合分析;最后，針對無人機控制管理方式進行具體分析。

關鍵詞：無人機;飛行控制;飛行管理

Abstract：Unmanned aircraft can gradually expand its use in military and civilian applications. The application of drones has brought a certain degree of convenience to the development of all walks of life. The state is also continually issuing incentive policies to expand the use of UAVs. Compared with developed countries，Chinas application of drones is still in its infancy，and in the process of development，it is particularly important to explore its flight control and management in order to deepen its application. This paper first gives a brief overview of the UAV system. Secondly，it comprehensively analyzes the functions of the UAV system. Finally，the control and management mode of UAV is analyzed in detail.

Keywords：UAV;flight control;flight management

0? 引? 言

科學技術的飛速發展，為無人機的應用帶來廣闊的前景，無人機的應用范圍逐漸擴展到各行各業，除去軍用的偵察機和靶機之外，無人機在電力、農業、航拍、災難救援、新聞報道等多個領域得到了越來越廣泛的應用。無人機的應用目前來說還處于探索、開發的過程之中，加深對其飛行控制與管理的科研力度，是未來發展的重要趨勢，本文就針對此進行深入的探究與分析，完善無人機的理論研究體系。

1? 無人機應用概述

無人機的發展在近年來逐漸被廣泛應用于各個領域之中，導航、拍攝、智能控制技術是無人機應用的最主要的技術，無人機在2018年被世界海關組織協調制度委員會定義為“會飛的照相機”。在應用的過程中與載人飛機相比具有應用方便、時效性強、成本投入低等特點，對未來的無人駕駛飛機以及空軍領域的發展具有重要的意義。無人機系統在應用的過程中涉及的因素較多，主要有高度、速度、穩定度、遙感指令控制、發動機的運行故障檢測等多項任務，且需要對其進行系統管理。在無人機系統的應用中，需要進行嚴密的檢查與流程規劃，其工作流程如圖1所示。由開始界面進入任務監控系統，實現航拍任務的快速分檔，在這一部分要檢查無人機的GPS系統、羅盤、空速以及俯仰翻滾的狀態是否良好;同時進行飛行任務的規劃，規定無人機的飛行區域、導航以及拍攝任務等具體任務;投入飛行的過程中要對飛機的方位、速度、電池電壓等多種形式進行監控，保障任務完成的完整性與無人機應用的安全性;最后，將無人機內的航拍影像導出并對所需要的影像進行拼接。

2? 無人機系統功能

2.1? 無人機飛行控制功能

無人機飛行控制與管理系統的組成如圖2所示。其中“傳感器子系統”中有無人機的GPS配置以及導航設備，“伺服作動子系統”主要是對飛行的機翼、升降、方向和發動機等進行運行控制，“地面操控與顯示終端”是對其進行遙控感知的最主要的系統，通過測控數據鏈路與無人機的核心系統控制與管理計算機相連，承擔無人機的所有信息數據的收集和處理工作[1]。

無人機的飛行控制的功能主要是對其運動狀態進行綜合控制，即對無人機的飛行高度、飛行速度、飛行角度進行綜合的飛行控制。無人機屬于遙感操控，與載人飛機相比其可控性較為不穩定，因此，在其飛行控制的過程中更需要注重度遙感與空間軌道預設的保障，以保障其運行的安全性與準確性。

2.2? 無人機飛行管理功能

無人機飛行管理功能主要有：飛行的任務規劃管理、無人機的設備故障管理、遙感控制管理以及飛行性能管理。“飛行的任務規劃管理”屬于應用的基礎管理，對飛行的線路進行綜合監控，對起飛點、降落點、航線進行重點控制，這一步的應用在飛行之前必須經過嚴密的線路考察與設計，才能保障飛行計劃的有序開展。“無人機的設備故障管理”是對應用的各零件系統進行檢查，在航飛前應進行人工檢查，確保無人機的安全性能后才能正常投入飛行。“飛行性能管理”是對其能耗以及運行狀態進行管理，保障飛機運行的最佳狀態，節省能源的消耗，提升無人機的運行環保節能性。

2.3? 無人機設備管理功能

無人機的設備管理功能的主要任務是運用電子信息系統進行設備的有效管理，將其飛行控制與管理功能進行綜合化統一協調管控，加強無人機設備的正常運轉功能，提升其運行的工作效率與安全性。自動監控系統，在飛行的過程中可以進行故障檢測，能夠保障其安全運行。設備管理功能是以人為主導，充分運用計算機網絡技術，對無人機進行數據的收集、傳輸、加工、儲存、更新以及維護等工作，加強人機交互的應用程度。目前來說，無人機設備管理功能最主要的是對測控數據鏈路進行遙感控制，加深遙控與無人機自主控制的協調程度，提升應用的智能化程度，推進無人機系統應用與AI智能系統加速創新融合[2]。

3? 無人機控制管理模式

3.1? 遙控管理模式

遙感控制管理是無人機設備所應用的最基本的控制管理方式，隨著科學技術的創新融合發展，無人機控制的自主飛行模式逐漸得到了廣泛應用，但就目前來說，其遙控管理模式仍然占據較為重要的地位。遙控管理模式目前主要被應用于兩個方面，一方面是對無人機進行飛行檢測，如剛剛投入使用的無人機需要運用遙控管理的模式，來對其運動的狀態、設備性能等多方面進行遙控檢測，為其之后的運行打好基礎，對其可運行程度進行初步檢測，遙控管理模式的檢測應用需要在多地點進行多次檢測，保障其應用的數據的豐富性;另一方面，對自主管理飛行模式進行降級管理，無人機在飛行的過程中可能會出現部分不可控因素，在實際飛行超出自主控制管理應用的能力之時，就需要對其進行遙感操控。遙感操控具有更高的精密性，對操作人員的專業技術以及心理素質都有更高的要求。

3.2? 自主管理模式

無人機自主控制管理模式是現如今最主要的應用模式，自主管理模式是在地面進行飛行規劃操作之后，無人機控制與管理計算機系統根據所設置的需求進行自主起飛、智能升高，達到一定高度之后，對預定的區域進行巡航拍攝，以滿足所設置的拍攝需求。無人機的自主飛行管理控制模式可以極大地降低無人機的操作復雜程度，對民用無人機的廣泛運用具有較大的推動性，例如：在電力巡航以及農業農藥播撒的無人機系統應用之中，對其智能化的應用可以極大地減少操作人員的工作負擔。在應用控制的過程中運用控制律和與神經網絡相適應的非線性設計方法進行設計優化，在應用的過程中可以提升自主管理控制的安全性，提升其應用的便捷程度，但是減少了無人機應用的精準程度，無法加強對其飛行的精密控制。因此，自主管理模式還需要不斷地升級優化，才能進一步擴展其應用的智能化程度[3]。

3.3? 人工干預下的自主管理模式

人工干預下的自主管理模式是將遙感控制與自動控制結合起來的無人機飛行控制管理應用方式，兩者可以在運行的過程中起到互相彌補的作用，主要是運用遙感技術提升自主控制的精確程度。在進行自主管理控制的過程中，針對特點問題的拍攝，無人機無法滿足感應器所需要的全面性，這可能導致最終拍攝出的影像缺少全面性，在遙感控制的干預之下，可以根據錄攝的畫面進行無人機運行的及時調整，既充分發揮遙感控制的精密性又有效發揮自主控制的便捷性。人工干預的自主管理模式的工作負荷遠低于完全的自主管理飛行模式，對于測控數據鏈路的實時性連接也沒有遙感控制那么精細，在一定程度上將會減輕無人機程序設置的復雜程度。

3.4? 未來無人機控制管理發展趨勢

無人機現如今的控制與管理中存在的主要問題是測控數據鏈路的延遲以及操控的智能化升級。在無人機的未來發展之中，其飛行控制與管理將會朝著通用化、系列化、綜合化、自動化以及智能化的方向發展，加強無人機控制的一體化程度，減少系統運行的數據傳輸壁壘，提升整體的應用性能，在進行無人機控制與管理的過程中加強對其自動化與人工遙感技術的融合創新應用，才能有效提升無人機飛行錄制的高效全面化程度。在無人機的應用擴展之中，逐漸加強對多架無人機的協同編隊飛行控制的應用，在我國多地都應用過多架無人機表演形式，無人機的應用不僅局限于實用性，更要不斷加強其娛樂性，在多架無人機的協同操作的過程中，單一的遙感控制對操作人員的要求過高，完全的自主飛行控制，將會嚴重影響無人機的工作精準性，將會造成無人機之間的碰撞現象的產生，人工干預下的自主飛行控制將在未來的發展中不斷提升其應用程度[4]。

4? 結? 論

綜上所述，無人機的未來應用具有無限的潛力等待挖掘，智能化、綜合化、系統化的發展趨勢已經在開拓的道路之中，在進行無人機的發展應用之中，對網絡通信環境的要求會逐漸升高，在復雜的通信環境之中進行無人機的控制與管理創新是未來的研究趨勢，對無人機的應用有利于我國的行業創新融合發展，有助于農業、電力、軍事等部分系統的轉型優化，提升我國的現代化國家建設程度，為人們的生活帶來更大的便利。

參考文獻：

[1] 王雅超.無人機飛行控制與管理 [J].設備管理與維修，2018（24）：31-33.

[2] 李妍，陳欣，李春濤.無人機飛行控制計算機4通道FlexRay總線通信與余度管理設計 [J].信息與控制，2017，46（3）：318-327.

[3] 易文，雷斌.基于一致性的無人機編隊飛行幾何構型控制 [J].武漢科技大學學報，2019，42（2）：150-154.

[4] 王市輝，代冀陽，蔣沅，等.多無人機協同編隊飛行目標跟蹤控制仿真 [J].計算機仿真，2019，36（2）：40-44+94.

作者簡介：馮佳文（1962.05-），男，漢族，廣東梅州人，通信工程師，畢業于華南理工大學，本科，研究方向：無人機飛行控制系統。