無人機自主巡航與信息目標偵測打擊

許云飛　岳源　袁粵楊　周子寒

摘 要：針對現(xiàn)代戰(zhàn)場局勢復雜的形勢，結(jié)合了發(fā)現(xiàn)即摧毀的作戰(zhàn)理念，偵察打擊一體化無人機很好的對這一理念進行了具體實現(xiàn)，它集偵察、攻擊功能于同一平臺之上，利用高性能偵察監(jiān)視設(shè)備搜索、發(fā)現(xiàn)、鎖定目標，利用平臺攜帶的精確制導彈藥對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的目標實施火力打擊，極大地縮短了從發(fā)現(xiàn)到摧毀目標的時間。

關(guān)鍵詞：偵察;目標打擊;信息識別;自主巡航

一、設(shè)計方案

2003年，國際無人機系統(tǒng)協(xié)會提出對無人機及其參數(shù)的全面定義。其中微型無人機規(guī)定為航程小于10千米、高度250米、航時1小時、起飛質(zhì)量小于5千克。微型無人機常執(zhí)行的任務是遠程高空偵查、實時直播、情報搜集等任務。與傳統(tǒng)無人機相比，微型無人機起飛條件相對要求低，對場地的適應性更好，從而其實用性大大增強，功用也更加全面。

（一）功能要求

本模型需要達到能夠自主飛行，實時偵測，實施打擊的任務目標，所以對飛機進行了重新設(shè)計。

功能目標：操縱便攜式模型飛機對未知區(qū)域進行自動偵測活動，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)分辨目標，并對指定目標實施即時打擊。

功能任務：模型飛機的飛行高度為50米，巡航速度可達到12-15m/s，最大速度可達到30m/s，s失速速度約為8.3m/s，巡航時間約為15分鐘，工作范圍約為方圓5公里。

任務流程示意圖

（二）平臺方案設(shè)計

本模型主要由輕木飛機、郎宇2216-1400kV電機、好盈50A電調(diào)、圖傳發(fā)射機及PIXHAWK飛控各部件組成。

本飛機參照大獵鷹所繪圖，將其單發(fā)后拉式布局改為雙發(fā)前拉式布局。大獵鷹最大的特點是以大型雙尾翼無人機為原型，經(jīng)過五年時間反復試飛和修改優(yōu)化各項參數(shù)而來。

（三）基本參數(shù)設(shè)計

1.起飛重量的估算

模型飛機起飛重量W是模型飛機結(jié)構(gòu)重量W1，機載設(shè)備重量W2及裝載重量W3的總和。

W=W1+W2+W3

其中W1=1700g;W2=950g;W3=300g;

模型飛機起飛重量W為2850g。

2.翼載荷的估算

翼載荷=起飛重量（克）/機翼面積（平方分米）

機翼面積=主機翼面積+水平尾翼面積=39.1dm2+5.6dm2=44.7dm2

翼載荷=起飛重量/機翼面積=2850g/ 44.7dm2=63.76g/dm2

3.推重比的估算

本模型飛機的動力裝置由兩個郎宇2216-1400KV電機、兩個好盈50A電調(diào)，兩個9060槳，一個3S格式5300mah電池構(gòu)成，由此可計算出兩個電機產(chǎn)生的最大拉力為2*1230g。

推重比=最大拉力/起飛重量=2*1230g/2850g=0.86。

二、平臺的各模塊的設(shè)計與調(diào)試

（一）平臺設(shè)計及調(diào)試

平臺核心部件為全新升級的pixhawk飛控，Pixhawk飛控是PX4飛控系統(tǒng)的進一步發(fā)展。它針對我們的飛行導航軟件做了高度優(yōu)化以實現(xiàn)對飛行器的控制與自動飛行。

本文所設(shè)計的飛行平臺核心模塊可分為飛控相關(guān)布局、圖像傳輸模塊、投彈裝置三大類。

（二）飛控相關(guān)布局及調(diào)試

Pixhawk飛控周邊設(shè)備選用電流計、空速計、GPS、數(shù)傳、電機、電調(diào)、舵機、接收機。

（三）圖像傳輸模塊

圖像傳輸模塊主要由圖傳、天線、攝像頭組成，其中，機身底部有一個兩軸云臺，可以進行更廣角度的觀察。

（四）投彈裝置

投彈裝置可以放下一瓶350ml的水，由舵機和定制木板以及金屬合頁組成。

三、飛行平臺的試飛及拓展

（一）試飛過程

（二）試飛出現(xiàn)的問題及解決方法

（1）試飛前的調(diào)試時間過長，制作工藝不夠精細，導致一些部件緊密度不足，現(xiàn)場調(diào)整比較耗費時。

（2）對飛控調(diào)參不熟，導致模型較長時間未解鎖。

解決方法：

（1）模型在試飛前要輪流檢查，校驗通過后才能試飛。

（2）應對飛控調(diào)試以及地面站調(diào)試熟練。

四、結(jié)論與展望

（一）結(jié)論

本模型從偵察與打擊無人機中得到靈感，用航模飛機進行了模擬與改制，偵察與反恐方面也可以提供極大的幫助。

（二）展望

由于個人水平有限和設(shè)計的條件有限，設(shè)計中仍存在許多未盡人意的地方。主要有以下幾個方面需要改進和研究：

（1）模型在低速低空的情況下存在不穩(wěn)定的情況，為此，我們會在之后盡可能嘗試帶有上反角的機翼，增加穩(wěn)定性。

（2）用數(shù)傳連接模型上的飛控的時候有時會因為干擾而導致連接失敗的情況，我們之后考慮選用大功率多頻段的數(shù)傳進行連接，嘗試攻克連接失敗的問題。

參考文獻：

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[3]姜長生.無人機偵察/打擊一體化的關(guān)鍵技術(shù)[J].

項目：大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃，項目編號：S201910624184;民航局教育人才類項目，民用無人機集群應用技術(shù)實驗室，項目編號：14002600100017J173