微小型飛行器發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)淺析

陳世適，姜 臻，董曉飛，周 兵，姜 鵬，宋 斌

（1.北京機電工程研究所，北京 100074；2.中國航天科工集團第三研究院，北京 100074）

1 概述

微小型飛行器（Micro Aerial Vehicle，MAV）是一個包含多種交叉學(xué)科的高、精、尖技術(shù)，其研究水平在一定程度上可以反映出一個國家的科技水平。由于微小型飛行器在現(xiàn)代軍事和民用方面應(yīng)用的巨大優(yōu)勢，得到了世界各國的極大關(guān)注和高度重視，成為當(dāng)今先進國家競相研究的科技前沿課題。目前微小型飛行器的研究還處于初級發(fā)展階段，特別是厘米級微型飛行器的研究與設(shè)計，距離真正小巧化和實用化還有很大差距，但是微小型飛行器的誘人應(yīng)用前景和使用價值決定了它未來廣闊的發(fā)展空間。微小型飛行器的研制不僅是對其本身涉及問題的解決，更重要的是，微小型飛行器涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題的提出和解決將有力地帶動和促進相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的巨大發(fā)展。以微機械電子系統(tǒng)（Micro Electro-Mechanical System，MEMS）技術(shù)為基礎(chǔ)的各種微型器件及系統(tǒng)的研究與設(shè)計近年來在國際上非常活躍，各種微小型飛行器相關(guān)的微型器件及系統(tǒng)的研究與設(shè)計以及微小型飛行器的研制都屬于其中重要的內(nèi)容。另外分布式遠(yuǎn)程打擊、大規(guī)模集群作戰(zhàn)有著巨大優(yōu)勢，利用智能控制實現(xiàn)群體能力的無限擴展，將作戰(zhàn)要素分布化，以低成本的個體組成強大的作戰(zhàn)群體，可以解決由于敵高價值時敏目標(biāo)不斷提高機動及隱身能力，以及防御系統(tǒng)不斷升級導(dǎo)致的傳統(tǒng)武器裝備執(zhí)行探測及打擊任務(wù)效費比不高的問題。因此，對于我國而言，微小型飛行器技術(shù)的研究有著深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義，需要緊跟技術(shù)發(fā)展前沿，充分發(fā)揮微小型飛行器的優(yōu)勢，更多更廣地應(yīng)用于軍事及民用領(lǐng)域。

2 微小型飛行器分類

自20世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)外各大科研機構(gòu)廣泛開展了對微小型飛行器本體及其子系統(tǒng)的研究和開發(fā)，并研制了一系列原理性樣機[1]。至今有關(guān)小型飛行器與微型飛行器的具體劃分仍不明確，可按照美國國防預(yù)研局（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）對微型飛行器所提出的尺寸與質(zhì)量設(shè)計要求進行劃分，即最大尺寸15cm，最大質(zhì)量100g；另外國際上比較流行的分類方法為按照飛行模式和總體結(jié)構(gòu)布局方案進行劃分：微小型固定翼飛行器、微小型旋翼飛行器、微小型撲翼飛行器三大類型[2]。

2.1 微小型固定翼飛行器

微小型飛行器最初的設(shè)計是從固定翼式開始研究[3]。微小型固定翼飛行器的主要特點是飛行速度快，負(fù)載能力大，設(shè)計結(jié)構(gòu)相對簡單，巡航作戰(zhàn)半徑大；但由于有最小速度限制，因而機動靈活性差，起飛和降落比較困難。

典型代表為美國AeroVironment公司的Black Widow、美國Sanders公司的Micro Star、美國斯坦福大學(xué)林肯實驗室的偵察鳥、海軍MLB公司的Trochoid等[4，5]。

圖1 微小型固定翼飛行器典型代表：Black Widow（左上）；Micro Star（右上）；偵察鳥（左下）；Trochoid（右下）

2.2 微小型旋翼飛行器

微小型旋翼飛行器與微小型固定翼飛行器相比，其最大的優(yōu)點是：能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降和空中懸停，在比較狹小的空間或復(fù)雜地形的地區(qū)進行快速機動。根據(jù)旋翼式升力系統(tǒng)的特點，其旋翼結(jié)構(gòu)布局有單旋翼式、雙旋翼垂直分布式、四旋翼水平分布式等型式。四旋翼式的飛行器因其結(jié)構(gòu)布局新穎、飛行方式獨特引起了各國微小型飛行器研究人員的廣泛關(guān)注。

典型代表為美國Lutronix公司的Kolibri、德國IMM公司的微型直升機、美國斯坦福大學(xué)的Mesicopter等。

圖2 微小型旋翼飛行器典型代表：Kolibri（左上）；IMM微型直升機（右上）；Mesicopter（左下與右下）

2.3 微小型撲翼飛行器

微小型撲翼飛行器是一種全新的飛行器設(shè)計結(jié)構(gòu)，因其機械撲動很容易產(chǎn)生疲勞斷裂，目前只適用于微小型飛行器的設(shè)計。與前兩種結(jié)構(gòu)微小型飛行器相比，微小型撲翼飛行器因其質(zhì)量輕、體積小、噪音弱、隱蔽性能好等特點，既可以實現(xiàn)如同微小型旋翼飛行器的垂直起降、空中懸停、倒飛、側(cè)飛，還可以像微小型固定翼飛行器那樣實現(xiàn)快速高飛、長距離巡航等，是目前微小型飛行器的研究熱點。

典型代表為美國加州理工學(xué)院的Micro Bat、美國佛羅里達大學(xué)的柔性翼微小型飛行器、美國哈佛大學(xué)的RoboBee、荷蘭戴夫特技術(shù)大學(xué)的DelFly Explorer等。

圖3 微小型撲翼飛行器典型代表：Micro Bat（左上）；柔性翼（右上）；RoboBee（左下）；DelFly Explorer（右下）

3 國外微小型飛行器發(fā)展現(xiàn)狀

目前，微小型飛行器主要朝著兩個不同目的的方向發(fā)展，即研究性與實用性。

3.1 研究性微小型飛行器

研究性微小型飛行器主要以大學(xué)和科研機構(gòu)為研究力量，仍然追尋DARPA于1996年討論的“15cm尺寸”目標(biāo)，并研制出各種各樣探索性的微小型飛行器。但目前這些探索性微小型飛行器多數(shù)僅限于飛行表演與技術(shù)摸索，攜帶設(shè)備載荷的能力很低，甚至不攜帶任務(wù)載荷，同時需要人為遙控進行穩(wěn)定飛行。近幾年，已有研究機構(gòu)成功研制出尺寸略大，但具有一定自主飛行控制與導(dǎo)航能力的智能微小型飛行器，如荷蘭代爾夫特技術(shù)大學(xué)已研制出新型的28cm微小型撲翼飛行器DelFly Explorer，并實現(xiàn)自行起飛和室內(nèi)自主避障飛行；美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校航空機器人與控制實驗室最近也研制出世界上最先進的仿蝙蝠撲翼無人機Bat Bot，其內(nèi)部搭載微處理器與6自由度慣性測量單元實現(xiàn)自主飛行；德國FESTO公司也研制出多種仿生微小型撲翼飛行器，包括仿生鳥、仿生蝴蝶與仿生蜻蜓，它們除了能夠?qū)崿F(xiàn)單個飛行器自主飛行外，還能進行自主協(xié)同編隊飛行。

圖4 具備自主飛行能力的微小型撲翼飛行器：DelFly Explorer（左上）；Bat Bot（右上）；FESTO公司的仿生鳥（左下）與仿生蝴蝶（右下）

此外，近幾年仍有一大批高校科研人員努力探索，尋找新的突破口，成功研制出蜜蜂、蒼蠅大小的超微型飛行器，如美國加州大學(xué)伯克利分校研制出25mm大的微機械飛行昆蟲（Micromechanical Flying Insect）、賓夕法尼亞大學(xué)研制出硬幣大小的Piccolissimo 3D打印超微型旋翼飛行器、哈佛大學(xué)研制出30mm大的RoboBee仿生蜜蜂機器人，但是目前它們只能無控制地“飛行”一小段距離或懸停很短時間。未來對研究者們的最大挑戰(zhàn)是如何通過集成微處理器和高能量密度輕型電池使得超微型飛行器更加自動化同時實現(xiàn)更長續(xù)航。

圖5 超微型飛行器：微機械飛行昆蟲（左上）；RoboBee仿生蜜蜂機器人（右上）；Piccolissimo 3D打印旋翼飛行器（下）

3.2 實用性微小型飛行器

除了上述探索性微小型飛行器的研究外，另一類是實用性微小型飛行器的發(fā)展。早期DARPA和美國軍方同時把注意力投向軍事實用性[6]。自2001年起，美國國防部將MAV列入先期概念技術(shù)演示計劃。由于軍事上需求較迫切，2006年，在眾多探索性微小型飛行器中，美國DARPA和軍方選擇一些實用可行性更大、但尺寸也更大的微小型飛行器作為微小型空中偵察裝備，進入演示驗證和戰(zhàn)場上試用。

美國AeroVironment公司成功研制了黃蜂系列（WASP）微小型飛行器，其中WASP I型翼展為330mm，WASP II型翼展為410mm。WASP I型由于采用了新的多功能結(jié)構(gòu)電池，電池和機翼結(jié)構(gòu)融為一體，在未裝自動控制和任務(wù)設(shè)備情況下（170g），遙控持續(xù)飛行1h47min，創(chuàng)造了當(dāng)時MAV的飛行記錄。該公司還研制了由燃料電池驅(qū)動的大黃蜂（Hornet）微小型飛行器，翼展為380mm。2006年12月，美國空軍和海軍陸戰(zhàn)隊選擇美國AeroVironment公司研制的黃蜂系列微型無人機中較大尺寸的WASP II型（質(zhì)量為273g）和WASP III型（質(zhì)量為430g），計劃作為美國戰(zhàn)場空中目標(biāo)偵察系統(tǒng)進行研制。

圖6 黃蜂（WASP）MAV（左） 和大黃蜂（Hornet）MAV（右）

美國霍尼韋爾公司為DARPA研制了一種與之前的微小型飛行器完全不一樣的涵道風(fēng)扇式MAV，涵道直徑為330mm，高約為600mm，質(zhì)量約為8kg，由于采用多油箱汽油發(fā)動機驅(qū)動，承重大，并且可長時間懸停。2006年，DARPA將其正式列入軍事用途的先期概念技術(shù)驗證計劃。同年，該型MAV被部署到伊拉克進行試用，用于從空中識別臨時爆炸裝置（IED）。相類似的微小型涵道風(fēng)扇式飛行器還有美國Allied Aerospace公司研制的iSTAR、美國西科斯基飛行器公司研制的Cypher、法國伯蒂技術(shù)公司研制的Hovereye等。

除了上述用目標(biāo)偵察與信息感知功能的實用性微小型飛行器外，近幾年美國DARPA與軍方也致力于微小型精確打擊武器的研究，主要包括微小型精確制導(dǎo)槍彈與導(dǎo)彈，例如美國雷聲公司研制的40mm直徑長矛導(dǎo)彈[7]、美國海軍空戰(zhàn)中心研制的56mm直徑的長釘導(dǎo)彈、美國桑迪亞國家實驗室研制的12.7mm激光制導(dǎo)槍彈、美國特里蒂尼科學(xué)與成像公司研制的12.7mm光學(xué)制導(dǎo)槍彈。

圖7 微小型涵道風(fēng)扇式飛行器：霍尼韋爾公司研制的MAV（左上）；iSTAR（右上）；Cypher（左下）；Hovereye（右下）

圖8 長矛微型導(dǎo)彈（左上、右上）與長釘微型導(dǎo)彈（左下）以及微型制導(dǎo)子彈（右下）

3.3 微小型飛行器集群編隊技術(shù)發(fā)展

隨著微小型飛行器單機功能逐步趨向成熟，以及自主集群飛行技術(shù)的發(fā)展，集群協(xié)同編隊成為了微小型飛行器新興的研究方向之一。目前已有多家單位實現(xiàn)了多旋翼微小型無人機集群編隊的實際飛行技術(shù)驗證，例如美國賓夕法尼亞大學(xué)GRASP實驗室研制的飛行機器人通過協(xié)同編隊實現(xiàn)貨物搬運、精細(xì)農(nóng)作、儀器檢修、樂器表演等功能；英特爾娛樂無人機業(yè)務(wù)部門采用500架微型旋翼無人機完成了燈光秀表演。

近幾年，美軍也在推進微小型飛行器從單機功能拓展向更復(fù)雜的集群協(xié)同作戰(zhàn)的方向發(fā)展。微小型無人機編隊或集群可以將單個完備作戰(zhàn)平臺所具備的各項功能分散到大量低成本、功能單一的作戰(zhàn)平臺中，通過大量異構(gòu)、異型的個體來實現(xiàn)原本復(fù)雜的系統(tǒng)功能，系統(tǒng)的倍增效益將使無人機集群具備遠(yuǎn)超單一平臺的作戰(zhàn)能力。

2016年5月，美國空軍正式提出《2016—2036年小型無人機系統(tǒng)飛行規(guī)劃》，希望構(gòu)建橫跨航空、太空、網(wǎng)空三大作戰(zhàn)疆域的小型無人機系統(tǒng)。基于無人自主技術(shù)，美軍提出了利用微小型無人機集群作戰(zhàn)的模式，以降低作戰(zhàn)成本，提升作戰(zhàn)行動的靈活性。典型項目有DARPA的小精靈無人機，計劃研制一種部分可回收的偵察和電子戰(zhàn)無人機集群，從敵方防御范圍外的大型飛機（轟炸機、運輸機、戰(zhàn)斗機等平臺）上投放，利用無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信與協(xié)同，通過影響導(dǎo)彈防御、通信與內(nèi)部安全，甚至利用電腦病毒襲擊敵方數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等方式壓制敵方。同時，美國海軍研制出一種可用于集群作戰(zhàn)的蟬微小型無人機，并進行了飛行試驗。美國海軍希望未來可實現(xiàn)在25min內(nèi)投放成千上萬架蟬微小型無人機，覆蓋4800km2的區(qū)域。此外，美國海軍還在低成本無人機群技術(shù)（LOCUST）項目下開展了相關(guān)技術(shù)研究，利用小型筒式發(fā)射北美狼袖珍無人機組成機群壓制對手。

圖9 美國賓夕法尼亞大學(xué)研制的無人機進行協(xié)同編隊飛行（左）；英特爾公司采用500架無人機編隊組成的復(fù)雜燈光圖案（右）

圖10 無人機編隊協(xié)同作戰(zhàn)構(gòu)想圖（左上）；采用轟炸機投放大量小精靈無人機（右上）；折疊展開后的蟬微小型無人機（左下）；筒式發(fā)射的北美狼袖珍無人機（右下）

2016年10月，美軍在加利福尼亞州中國湖試驗場進行了規(guī)模最大的一次無人機蜂群飛行演示，3架F/A-18F超級大黃蜂戰(zhàn)斗機在馬赫數(shù)0.6的速度下，利用外掛的投放裝置連續(xù)投放103架灰山鶉微小型無人機。這些無人機未進行預(yù)編程，但機間可以互通，且“共享一個分布式大腦”，同時蜂群還與多個地面站通信，展現(xiàn)出集體決策、自修正和自適應(yīng)編隊飛行能力，自組織完成了地面站設(shè)定的4項任務(wù)。該項目完美詮釋了無人機集群的三大特點：無中心化、自主化、自治化。

圖11 灰山鶉微小型無人機（左）；F/A-18F戰(zhàn)斗機投放灰山鶉（中）；地面站顯示正在執(zhí)行任務(wù)的灰山鶉無人機集群（右）

4 微小型飛行器關(guān)鍵技術(shù)

從微小型飛行器的研究現(xiàn)狀來看，雖然已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)成果，積累了一定的經(jīng)驗，但是總的來說，微小型飛行器還處于試驗階段，離實用化還有一定的差距，其發(fā)展面臨著來自諸多技術(shù)領(lǐng)域的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[8]。

4.1 低雷諾數(shù)下的空氣動力學(xué)分析技術(shù)

4.1.1 低雷諾數(shù)空氣動力學(xué)不利影響特性消除技術(shù)

相比于常規(guī)大型飛行器，微小型飛行器的空氣動力學(xué)特性有較大不同。常規(guī)大型飛機的雷諾數(shù)很大，約為106～108左右，空氣的粘性效應(yīng)可以忽略。而微小型飛行器由于尺寸微小，飛行速度較低，所以雷諾數(shù)很小，通常在104～105左右。低雷諾數(shù)下，空氣的粘性效應(yīng)顯著，導(dǎo)致一些不利影響，主要表現(xiàn)為阻力增大，升阻比減小。Muller的研究表明當(dāng)雷諾數(shù)低于105后，升阻比將迅速惡化，如圖12所示。

圖12 微小型飛行器、常規(guī)飛機、鳥與昆蟲的飛行雷諾數(shù)

圖13 最大升阻比和雷諾數(shù)的關(guān)系

微小型飛行器的升力系數(shù)隨攻角呈顯著的非線性變化，有時氣動力和力矩甚至出現(xiàn)“滯回”現(xiàn)象。微小型飛行器機翼上的附面層對迎角變化異常敏感，飛行器姿態(tài)的微小變化很可能會導(dǎo)致機翼附面層分離，形成層流分離泡，如圖14所示，使機翼氣動特性變壞。另外，微小型飛行器的飛行速度和風(fēng)速處于同一量級水平，風(fēng)速的變化會造成雷諾數(shù)的劇烈波動，使按常規(guī)理念設(shè)計的飛行器氣動性能、穩(wěn)定性和操控性特性急劇惡化。

圖14 繞Eppler387翼型層流FNS和TLNS計算的翼型后緣分離泡

除了低雷諾數(shù)以外，非定常空氣動力也是微小型飛行器特殊的基礎(chǔ)問題。鳥類撲翼飛行與昆蟲撲動飛行過程中存在明顯的低雷諾數(shù)非定?？諝鈩恿栴}，其為完全不同于目前飛機飛行的新概念空氣動力學(xué)。斯德魯哈爾數(shù)（St數(shù)，Strourhal）為常被用來表示撲翼飛行上的非定常氣動特征[11]，

其中f為撲動頻率，h為撲動最高點到最低點的距離，U為來流速度（飛行速度）。St數(shù)定義了撲動速度相對于來流速度的大小。較大的St意味著撲翼大幅度高頻撲動，來流速度相對較??；反之撲翼小幅度低頻撲動，來流速度相對較大時，St較小。

科學(xué)家通過自由飛試驗、模型風(fēng)洞試驗以及數(shù)值模擬技術(shù)，對昆蟲、鳥等的撲翼飛行問題進行了大量研究，提出了撲翼低雷諾數(shù)下獲得高升力的多種非定常飛行機制，分別是Wagner效應(yīng)、Weis-Fogh效應(yīng)、延遲失速效應(yīng)、Kramer效應(yīng)、尾跡捕獲效應(yīng)和附加質(zhì)量效應(yīng)。有人曾想把研究固定翼的非定常流動理論運用于撲翼，該理論假設(shè)機翼表面和尾流區(qū)的渦無限薄，但這一假設(shè)對低雷諾數(shù)、粘性影響大和大幅度的撲翼非定常運動并不適用。

圖15 Weis-Fogh效應(yīng)機制示意圖

圖16 2D與3D延遲失速現(xiàn)象

近幾年，已有部分在低雷諾數(shù)下提升微小型飛行器升阻比的研究取得初步進展，如優(yōu)化氣動外形和機翼形狀，采用各種有效的增升、減阻措施；利用非定常外部激勵效應(yīng)（如擾流片、吹吸氣、動壁效應(yīng)等）；采用仿生運動學(xué)方法等。但是總體而言，相關(guān)研究仍處在探索試驗階段，并未形成成熟的系統(tǒng)理論用于設(shè)計指導(dǎo)，距離完全弄清楚低雷諾數(shù)非定常氣動特性、穩(wěn)定性和控制性能，實現(xiàn)工程實用化還需要較長的時間。

4.1.2 低雷諾數(shù)空氣動力學(xué)數(shù)值分析與風(fēng)洞試驗技術(shù)

針對微小型飛行器低雷諾數(shù)流動特點，自20世紀(jì)90年代，氣動設(shè)計人員在低雷諾數(shù)計算分析和試驗驗證方法上開展了持續(xù)而深入研究。由于傳統(tǒng)的定?？蓧嚎sN-S方程的數(shù)值方法用于不可壓、低馬赫數(shù)或低雷諾數(shù)流場時會面臨收斂速度慢、不穩(wěn)定和精度低的所謂“剛性”問題。引起這一問題的根本原因在于低速時控制方程系統(tǒng)矩陣特征值對應(yīng)的特征波速相差太大[11]。比如，定義為最大特征值與最小特征值之比的條件數(shù)CN，

其中C為聲速、μ為對流速度。隨著馬赫數(shù)的減小，CN數(shù)將越來越大，導(dǎo)致流場計算收斂越來越困難，甚至無法計算。目前主要的措施是通過時間導(dǎo)數(shù)預(yù)處理方法，對可壓縮N-S控制方程時間導(dǎo)數(shù)的預(yù)處理，使方程系數(shù)矩陣的特征值保持在同一量級而不至于相差太大，解決了低速時系數(shù)矩陣的剛性問題，使得傳統(tǒng)的可壓縮流方法能夠拓展用于求解微小型飛行器的低速低雷諾數(shù)/不可壓流場。但是以往計算流體力學(xué)的研究主要集中在常規(guī)飛行器的定常流場計算，非定常流場的計算研究剛剛逐步興起。但針對低雷諾數(shù)非定常流的研究仍然不夠深入和全面。在離散格式、求解精度、動態(tài)網(wǎng)格處理、湍流模型等方面，低雷諾數(shù)非定?？諝鈩恿W(xué)的計算方法研究仍面臨不小的挑戰(zhàn)。

除了理論或數(shù)值計算方法以外，風(fēng)洞試驗方法也是一種有效、高精度的微小型飛行器氣動特性分析手段，尤其是低雷諾數(shù)撲翼微型飛行器，其非定常氣流分離情況復(fù)雜而不穩(wěn)定，通過風(fēng)洞試驗才能最終確定低雷諾數(shù)微型飛行器的氣動特性和最終選擇。由于當(dāng)雷諾數(shù)很低時物面邊界層對來流湍流度十分敏感，為了研究低雷諾數(shù)微小型飛行器氣動特性，需研制專用的低湍流度風(fēng)洞。同時，由于微小型飛行器的氣動力較小，針對微小型飛行器風(fēng)洞試驗的微型天平、測壓儀器和外部流場顯示設(shè)備也需同步研制，為準(zhǔn)確分析微小型飛行器低雷諾數(shù)與非定常氣動特性提供強有力的保障，見圖17。

圖17 微小型飛行器專用風(fēng)洞與微型天平

4.2 微小型動力裝置和能源技術(shù)

微小型飛行器對其動力和能源系統(tǒng)的主要要求是：質(zhì)量輕、體積小；能量和功率密度高，可以為飛行器提供足夠的動力；振動小，不干擾任務(wù)設(shè)備正常工作；噪音小，以保證飛行器的隱蔽性；動力系統(tǒng)應(yīng)易于啟動，可靠性高[12]。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，微小型飛行器質(zhì)量分布中最大的一部分就是動力系統(tǒng)，約占48%左右。動力和能源系統(tǒng)尺寸和質(zhì)量較大、效率較低是限制微小型飛行器尺寸和質(zhì)量難以縮減、性能難以提升的重要方面。

現(xiàn)有微小型飛行器形式主要有固定翼飛行器、旋翼飛行器和撲翼飛行器。根據(jù)不同類型飛行器的動力需求，可以采用多種類型的能量來源、動力裝置和執(zhí)行裝置，如圖18所示。

圖18 微小型飛行器動力能源裝置

微小型飛行器的動力裝置主要有微小型內(nèi)燃發(fā)動機、微小型渦輪噴氣發(fā)動機、微小型電動機、微小型火箭發(fā)動機等。微小型內(nèi)燃發(fā)動機和微小型渦輪噴氣發(fā)動機都具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、制造難度大、不易微小型化的特點，一般用于稍大一點的微小型飛行器上，但目前微型內(nèi)燃機的效率還比較低，熱效率只有5%左右，功率密度不過1W/g，燃料消耗量大約0.3～0.5g/W·h，而且還存在難以節(jié)流、噪音大、可靠性低等問題。微小型電動機與微小型火箭發(fā)動機則結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、較易實現(xiàn)微小型化，一般用于尺寸更小的微小型飛行器上。但是微小型電動機具有重復(fù)多次使用的特點，適用的范圍與領(lǐng)域更加廣泛，而微小型火箭發(fā)動機僅能單次使用，多數(shù)用于微小型打擊武器上。此外，往復(fù)化學(xué)肌肉、電致伸縮人造肌肉、彈性動力和熱電動力新技術(shù)目前也在研究中[13]。

圖19 D-STAR公司的微型內(nèi)燃機（左）與斯坦福大學(xué)的微型渦輪發(fā)動機（右）

作為動力裝置的能量來源，微小型飛行器對動力能源的要求是能量密度高、體積小、質(zhì)量輕、總能量大，以保證微小型飛行器的飛行速度和續(xù)航時間。現(xiàn)在微小型飛行器的能源主要有：礦物燃料、電池能源和太陽能等。礦物燃料能量密度高，價格便宜，但存儲較困難。電能源是微小型飛行器上必不可少的能源。除了推進系統(tǒng)的微電動機，微小型飛行器上的控制系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)都需要電能驅(qū)動。微小型飛行器上常用的電能源有蓄電池、一次性化學(xué)電池和燃料電池，其中鋰離子電池為目前微小型飛行器最常用的電能源，但鋰離子電磁的能量密度大約只有0.2～0.3W·h/g，部分采用鋰離子電池作為電源的MAV型號如表1所示?？傮w而言，在整個微小型飛行器重量中電池部分所占比例很大（約30%～60%），若采用固態(tài)氧化物燃料電池，其能量密度可比普通電池大約高出2～4倍，但總能量和能量釋放率也仍有待提高。

由于太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率低且微小型飛行器表面積不大，因此能夠提供電能有限，通常將其作為輔助電源，一般是將太陽能電池膜覆蓋在機翼表面上以節(jié)省內(nèi)部空間，同時能夠最大程度降低對飛行器氣動外形的影響。

此外，關(guān)于微小型飛行器電能源的供應(yīng)管理和節(jié)能問題目前仍有待深入研究。

4.3 抗干擾穩(wěn)定技術(shù)

微小型飛行器由于尺寸小、飛行速度低、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量都很小，導(dǎo)致其抵抗空氣擾動的能力很弱。

無人機常規(guī)的比例-積分-微分（PID）控制方法己不適用，必須根據(jù)不同的微型飛行器類型、甚至不同的特定MAV對象，來建立智能飛行控制方法。常見的一種微小型飛行器穩(wěn)定控制方法——在線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)逆自適應(yīng)控制方法（如圖20所示）。

表1 以鋰離子電池為動力的MAV基本情況

圖20 在線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

另有基于自適應(yīng)逆的MAV飛行控制系統(tǒng)，如下圖所示?？刂破髦饕蓜討B(tài)逆控制器、PD補償器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償器和偽控制補償器四部分組成。動態(tài)逆控制器把偽控制信號轉(zhuǎn)化為期望控制量；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償器補償由于模型不精確引起的逆誤差；偽控制補償器將作動器特性引起的偽控制誤差引入到參考模型中，消除作動器飽和對自適應(yīng)單元的影響。

圖21 基于自適應(yīng)逆的MAV控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖21中：參考模型取為一階系統(tǒng)xrm=vrm-vn，其中vm=frm（xrm，xc）；xc為外部命令信號；xrm為參考模型輸出的期望系統(tǒng)響應(yīng)；x為系統(tǒng)狀態(tài)量；e為指令跟蹤誤差；vrm為參考模型輸出的偽控制信號；vpd為PD補償器輸出信號；vad為自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償器輸出信號，vh為偽控制補償信號；v為總的偽控制量；δcmd為期望控制量；δ為實際控制量；，為在線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，其中Z為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)矩陣。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償器不需要進行離線訓(xùn)練，它通過權(quán)值和閾值的實時更新來保證網(wǎng)絡(luò)的逼近性能和在線實時控制的特性。最終可求得如下期望的控制量。

另外一些比較有價值的研究方向有在飛行器表面分布微氣囊或微小型固體火箭發(fā)動機陣列進行微噴流干擾控制，或者采用柔性翼智能自適應(yīng)外形進行氣流控制等[15]。

4.4 自主導(dǎo)航與避障技術(shù)

微小型飛行器所設(shè)定的一些任務(wù)模式?jīng)Q定它常常需要在操縱者的視線之外飛行，這就意味著微小型飛行器必須具備自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)[16]。該系統(tǒng)的研制難度極高，一方面控制導(dǎo)航系統(tǒng)的復(fù)雜程度很高，另一方面又要求它們的體積和質(zhì)量要盡量小以不影響飛行器正常飛行。

光流避障技術(shù)是近幾年研究較多的避障方法，本文就其中之一的技術(shù)難點——基于光流的深度估計算法淺述其基本原理。

圖22 針孔成像示意圖

4.4.1 光流大小與深度關(guān)系數(shù)學(xué)建模

4.4.2 圖像膨脹中心（FOE）估計

圖像膨脹中心（FOE）并不一定在圖像的中心，實現(xiàn)FOE估計首先提取Harris角點，估計角點稀疏光流（好處在于角點處的光流提取精度較高），然后檢測圖像中每行每列光流正負(fù)跳變點，加以平均得出FOE。

如圖23所示，F(xiàn)OE是圖像中光流變化的發(fā)生源；箭頭標(biāo)識光流。

圖像角點檢測目的在于檢測圖像中紋理性強的區(qū)域，這類區(qū)域通常存在于邊緣交界處、被遮擋的邊緣和紋理性很強的圖像內(nèi)部區(qū)域等。這些區(qū)域由于在圖像信息匹配時提供的信息可分辨性較強，匹配比較容易。相比一些無紋理特征的區(qū)域，即高頻信息很弱的區(qū)域，角點區(qū)域的圖像匹配能力明顯更強。

在攝像機沿光軸運動的情況下，F(xiàn)OE點處沒有光流，而其周圍點光流方向都是向外擴散的，且距離FOE點越遠(yuǎn)光流值越大。理論上來說，所有光流向量所在的直線都經(jīng)過FOE，因此，它可通過求兩條光流向量所在直線的交點確定。但任何微小的擾動都可能導(dǎo)致測量錯誤，所以，由所有角點的光流方向共同確定的FOE 更為準(zhǔn)確。對于FOE左側(cè)的點，光流矢量的水平分量指向左側(cè)，對于FOE右側(cè)的點，光流的水平分量指向右側(cè)，在FOE所在的垂直直線上，光流的水平分量會有正負(fù)值之間的跳變，稱為水平跳變。同理，F(xiàn)OE所在水平直線上存在垂直跳變，可以利用兩條直線的交點求取FOE。實際場景中存在噪聲，所有的跳變點不一定均分布同一直線上，可分別記錄水平和垂直方向的跳變點坐標(biāo)，對于同時產(chǎn)生水平、垂直跳變的坐標(biāo)求平均值作為實際FOE。實際場景中求得的FOE如下圖所示，其中，F(xiàn)OE以圓圈標(biāo)識，為了更清晰地顯示光流矢量的特征，將光流大小放大了3倍顯示。

圖23 FOE與光流的關(guān)系

圖24 圖像Harris角點檢測結(jié)果（只顯示鄰域中的最強響應(yīng)）

圖25 Harris特征點檢測結(jié)果（角點檢測響應(yīng)值r）

圖26 實際場景中的FOE

4.5 光電傳感與圖像傳輸技術(shù)

微小型飛行器最常用的功能是作為偵察監(jiān)測工具，其情報信息是探測系統(tǒng)通過光電信號提供的，光電傳感器可提供完整的實時圖像情報信息。能夠在復(fù)雜的飛行環(huán)境中實現(xiàn)高質(zhì)量的圖像探測與識別將是微小型飛行器滿足未來信息戰(zhàn)的一項關(guān)鍵技術(shù)。

由于微型飛行器體積小，嚴(yán)重限制了任務(wù)載荷容量，因而對于小體積的微型飛行器，光電類任務(wù)載荷一般采用與飛行器捷聯(lián)固定方式，這就要求成像器具有寬成像視場（數(shù)十度）、較高的圖像分辨率（1024×1024或更高），以實現(xiàn)對較大范圍內(nèi)的成像覆蓋和高分辨成像能力。而且，在低速飛行狀態(tài)時，氣流擾動、振動和MAV機體機動，對攝像質(zhì)量會有影響，需適當(dāng)采取減振和穩(wěn)像處理，并采用動態(tài)性能好的圖像傳感器以提高成像質(zhì)量。

目前微型光電類任務(wù)載荷主要采用CCD和CMOS兩種傳感器作為光電轉(zhuǎn)換器件。與CCD相比，CMOS圖像傳感器實現(xiàn)了光敏組件陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號處理器的高度集成，并具有體積小、低功耗、寬動態(tài)范圍、外圍電路簡單等特點，是適用于微型飛行器的一種微型攝像機的理想途徑。目前采用1/3英寸芯片的超微型攝像機可以做到13mm×13mm尺寸，質(zhì)量幾克，后續(xù)隨著1/5、1/6英寸以及更小尺寸圖像傳感器芯片的應(yīng)用，將會進一步縮小攝像機的體積，預(yù)計可做到現(xiàn)有體積的2/3以下。如圖27所示，微型CMOS攝像載荷主要由以下幾部分構(gòu)成：光學(xué)系統(tǒng)、CMOS圖像傳感器、電源濾波電路、SCCB接口和輸出接口。

圖27 基于CMOS的微型攝像載荷原理組成框圖

由于體積功耗限制，MAV上較難采用自動識別和匹配的處理方式。因此，為實現(xiàn)偵察監(jiān)視任務(wù)，一般需要將數(shù)據(jù)記錄回收或直接通過數(shù)據(jù)鏈路將壓縮視頻回傳地面進行人在回路確認(rèn)，后者是更利于實時偵察的方式。為了能夠?qū)⑻綔y到的圖像信息實時回傳至地面端的監(jiān)控系統(tǒng)，微小型飛行器需要搭載視頻圖像傳輸設(shè)備，其所消耗的電力一般占整個微小型飛行器所需總電力的1/5。采用人在回路方式的系統(tǒng)組成原理框圖如下，主要通過裝備在MAV上的微型攝像載荷裝置拍攝地面情況，再由視頻發(fā)射機將視頻信號實時發(fā)送回地面，實現(xiàn)對微型飛行器飛過地區(qū)的偵察和實況監(jiān)視。目前微小型飛行器的尺寸越來越小，但是傳輸規(guī)定帶寬的視頻圖像的電力卻不能減小。通過調(diào)節(jié)圖像幀速率和采用可轉(zhuǎn)向的天線，或者發(fā)展完善的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等方法，可以在一定程度上減少用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娏?。另外，飛行器微小型化后帶來發(fā)射功率的減小和器件處理能力的損失，使傳輸距離和傳輸速度都受到限制。實現(xiàn)圖像信息的實時處理與遠(yuǎn)距離傳輸，并在復(fù)雜的干擾環(huán)境中有效避免圖像數(shù)據(jù)丟包或者具有強大的數(shù)據(jù)糾錯等功能，也將是微小型飛行器執(zhí)行偵察監(jiān)測任務(wù)的難點。

圖28 MAV光電攝像與無線傳輸系統(tǒng)原理組成框圖

4.6 部件微小型化及系統(tǒng)集成技術(shù)

微小型飛行器在尺寸上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)的飛行器，其機體容積和承載質(zhì)量均十分有限，因此它可以攜帶的機載設(shè)備裝置和有效載荷受到極大的限制。要實現(xiàn)微小型飛行器的進一步小型化和輕量化，必須實現(xiàn)微小型飛行器各部件及機載元件的微小型化[17]。

近年來，借助微納米科技與MEMS技術(shù)的發(fā)展，微小型飛行器部件和機載元件的微小型化已取得不少進展，其主要分為兩類，一類是飛行控制導(dǎo)航所用傳感器，如陀螺和加速度計、磁強計、氣壓計、溫度傳感器以及微處理計算機芯片等；另一類是對外探測傳感器，如微小型可見光攝像機、熱成像儀、紅外探測儀、超聲波測距儀、毫米波測距儀、激光測距儀等。除了傳感器感知元件本身采用MEMS技術(shù)進行微小型化之外，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計或加工工藝將傳感器件的外圍電路同樣研制為芯片，甚至兩者集成在單個芯片上，能夠進一步提升微小型飛行器機載部件的微小型化。

圖29 微型信息處理模塊、微型數(shù)據(jù)存儲模塊、微型慣導(dǎo)模塊

由于微小型飛行器的體積限制，其不能像常規(guī)飛行器那樣將各種部件和功能模塊簡單地安裝在機體內(nèi)。從微小型飛行器的設(shè)計要求和所需具備的功能來看，微小型飛行器應(yīng)是一個各種多功能系統(tǒng)高度集成的復(fù)雜系統(tǒng)，其中包括各微小型器件的高度集成、有效載荷的高度集成和各種功能模塊之間的最小限度集成等，圖30所示的Kestrel TM Autopilot微型飛行控制器，集成有8位中央處理器、MEMS-IMU、靜壓和差壓傳感器、3個溫度傳感器、4個串行接口、4路舵機輸出等，質(zhì)量為17g，尺寸為 51mm×35mm×12mm。

微納米科技與MEMS技術(shù)的發(fā)展有利地推動了微小型飛行器的系統(tǒng)集成化與多功能化。然而，采用微納米科技與MEMS技術(shù)本身也具有復(fù)雜性，如MEMS器件本身的微小化、跨學(xué)科、高度集成特性等所帶來的設(shè)計的復(fù)雜性，以及MEMS微細(xì)加工方法會對設(shè)計本身增加新的制約等，也使微小型飛行器的設(shè)計與集成變得更加復(fù)雜。

圖30 Kestrel TM Autopilot v2.22

系統(tǒng)的高度集成必然會存在各微小型器件或多功能模塊之間的耦合以及其它相互干擾因素，例如數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)中的高頻射頻信號可能對數(shù)字計算單元造成高頻信號耦合干擾，大功率模擬電路中的瞬間大電流過載可能對數(shù)字電路的信號處理造成脈沖干擾。除了干擾因素之外，系統(tǒng)的高度集成造成的散熱問題也應(yīng)值得深入考慮。因此，如何克服這些難題以保證系統(tǒng)正常工作將是MEMS技術(shù)用于微小型飛行器所要解決的關(guān)鍵問題。

此外，由于系統(tǒng)的高度集成帶來結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝方面的限制，微小型器件和功能模塊的精度通常較低，測量信息中有時誤差比較大。通過理論研究和試驗設(shè)計的方法對誤差進行分析和建模，然后進一步對誤差進行補償以提高使用精度是改善微小型器件和功能模塊特性的有效手段。

4.7 群組協(xié)同技術(shù)

微小型飛行器的特點決定了其自身載荷能力受限，相應(yīng)的單獨使用其執(zhí)行任務(wù)的能力也將受到限制，因此微小型飛行器采用集群協(xié)同的方式執(zhí)行任務(wù)將是未來微小型飛行器的主要使用方式，這就需要通過通訊網(wǎng)絡(luò)將大量飛行器進行組網(wǎng)并協(xié)同執(zhí)行任務(wù)。微小型飛行器進行組網(wǎng)協(xié)同主要涉及協(xié)同制導(dǎo)控制、載荷及數(shù)據(jù)鏈等關(guān)鍵技術(shù)。

4.7.1 協(xié)同制導(dǎo)控制技術(shù)

協(xié)同制導(dǎo)控制技術(shù)是實現(xiàn)微小型飛行器的協(xié)同飛行的基礎(chǔ)技術(shù)，需要保證多個飛行器在自然和人為干擾等不確定條件下能夠協(xié)同飛行，完成既定任務(wù)，如風(fēng)干擾、地形障礙、通信中斷等條件下機群不發(fā)生碰撞，該項技術(shù)影響任務(wù)執(zhí)行能否達成。目前相關(guān)的研究主要集中在分布式協(xié)同制導(dǎo)控制技術(shù)方面，其在多彈分布式協(xié)同攻擊作戰(zhàn)時的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖31所示[18]。該技術(shù)的優(yōu)勢在于飛行器僅需一定范圍內(nèi)的鄰居信息作為控制的輸入，并不需要全局信息從而降低了對于通訊手段連通度的需求，此外其控制策略運行是分布在所有集群內(nèi)飛行器上的，沒有集中的處理單元，在部分單元受損的情況下并不影響其他單元繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，抗損傷能力強。

圖31 多彈協(xié)同制導(dǎo)與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.7.2 基于協(xié)同的多任務(wù)載荷應(yīng)用技術(shù)

微小型飛行器協(xié)同集群的多任務(wù)屬性決定平臺必需配備多種任務(wù)載荷，以實現(xiàn)廣域廣譜信息探測、干擾壓制、誘餌欺騙等多種不同功能，而且通過組成多節(jié)點、分布式群組，增大測量基線、擴大作用范圍、提升壓制強度，達到執(zhí)行效能倍增的目的，因此需要研究基于協(xié)同的載荷應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)分布式載荷網(wǎng)絡(luò)化、有序化?；趨f(xié)同的分布式載荷應(yīng)用的難點在于：（1）分布式載荷之間存在時間與空間的一致性問題，特別是探測和欺騙類任務(wù)，對時間與空間的一致精度要求很高，否則探測精度或模擬特征會受到較大影響；（2）分布式載荷之間以無線鏈路為紐帶，數(shù)據(jù)傳輸存在不同的時延，直接影響多節(jié)點異地信息還原精度；（3）不同體制載荷相互配合制定任務(wù)時，需要進行快速實時的目標(biāo)關(guān)聯(lián)、信息統(tǒng)一和數(shù)據(jù)融合，對載荷信息處理和計算能力提出較高要求。為了到達高度智能化而無限度提升微小型飛行器的計算能力，將會帶來成本大幅增加、效費比降低的代價，因此，需通過對多體制的探測類載荷、干擾欺騙類載荷以及其他新體制載荷和數(shù)據(jù)鏈在分布式狀態(tài)下的協(xié)同應(yīng)用技術(shù)進行攻關(guān)，形成分布式智能傳感器，降低系統(tǒng)復(fù)雜度和使用成本，提升微小型飛行器集群協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的技術(shù)成熟度。

5 總結(jié)與展望

微小型飛行器的研究范疇涉及空氣動力學(xué)、能源、電子、機械、制造、材料、控制、信息等諸多學(xué)科，其發(fā)展過程中與集群協(xié)同技術(shù)、模塊化技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈技術(shù)有著密不可分、相互促進的關(guān)系；綜觀微小型飛行器的研究現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢，可以預(yù)見微小型飛行器未來的研究將朝著多樣化、仿生化、集群化、智能化等方向發(fā)展；未來十幾年，待各相關(guān)技術(shù)發(fā)展成熟，微小型飛行器將在軍事和民用領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，或?qū)⒏淖兾磥響?zhàn)爭及人類生活方式。

5.1 與各相關(guān)技術(shù)相互促進

由微小型飛行器最大的特點——“小”可知將來其在應(yīng)用中必須靠“眾”來執(zhí)行任務(wù)與達到預(yù)期效能，因此，集群協(xié)同技術(shù)是微小型飛行器“生有所用”必須依賴的關(guān)鍵技術(shù)。蜂群式的協(xié)同攻擊作戰(zhàn)成員數(shù)量龐大，蜂擁而至導(dǎo)致敵人手足無措，巧妙突破敵方防御網(wǎng)，對敵重點設(shè)備的核心部位進行定點失能毀傷，為我方后續(xù)進行大型武器裝備攻擊提供窗口。然而，蜂群作戰(zhàn)對我方將帶來成本問題，成百上千的個體參與戰(zhàn)斗，若單枚的價格不能控制，那么“蜂群”就真的成為了紙上談兵，不切實際。而降低成本的最有效手段就是批量生產(chǎn)，因此微小型飛行器的發(fā)展將極大促進模塊化技術(shù)的發(fā)展。微小型飛行器以模塊化設(shè)計生產(chǎn)，實現(xiàn)不同功能只需換裝不同的功能模塊并能實現(xiàn)百分百兼容。另外，集群協(xié)同作戰(zhàn)的前提就是信息共享，百量級的通信節(jié)點對未來數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展提出了極高的要求，除了節(jié)點眾多之外，數(shù)據(jù)傳輸速率更是拔高了數(shù)據(jù)鏈能力要求，以便蜂眼能夠?qū)崟r將所見共享至整個蜂群。微小型飛行器也亟需低功耗元器件、高能量密度電池等技術(shù)的支持，飛行器的發(fā)展?fàn)恳擃惢A(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

另一方面，現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展也對微小型飛行器的發(fā)展路線有著巨大的影響。當(dāng)下虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR技術(shù)）正如火如荼的發(fā)展，可以想象未來微小型飛行器運用該技術(shù)可以更好的誘騙敵方防控系統(tǒng)，蜂群虛擬出來的場景可讓敵防空導(dǎo)彈徹底迷失。

5.2 微小型飛行器可期的發(fā)展方向

（1）實用化是微小型飛行器發(fā)展的最終目標(biāo)。目前，由于微小型飛行器的續(xù)航時間、抗風(fēng)能力、協(xié)同通信等問題尚未得到很好解決，其離真正的實用化還有相當(dāng)距離。從目前的研究基礎(chǔ)看，固定翼微小型飛行器的技術(shù)在未來幾年可望率先發(fā)展成熟；

（2）飛行器的大小和飛行性能與鳥類、昆蟲相當(dāng)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，仿照自然界生物的飛行方式，微型撲翼飛行器的研究可望成為最大的熱點。另外，隨著低雷諾數(shù)氣動機理研究的進展，會有更有效的升力產(chǎn)生機制和氣動布局，解決微小型飛行器氣動效率過低的問題；

（3）智能微型飛行器是微小型飛行器發(fā)展的最高形式，代表了未來的發(fā)展趨勢。目前，微小型飛行器的發(fā)展還提不到智能自主飛行的高度，絕大部分都還局限于地面遙控飛行+自主導(dǎo)航方式?？垢蓴_穩(wěn)定飛行控制技術(shù)還有待發(fā)展應(yīng)用，飛行控制和導(dǎo)航系統(tǒng)還要進一步提高精度和處理能力，實現(xiàn)集成和微型化。但可以預(yù)見，隨著這些基礎(chǔ)技術(shù)問題的解決，智能控制、智能導(dǎo)航、任務(wù)規(guī)劃、視覺和仿生智能等技術(shù)的充分發(fā)展和應(yīng)用，各種微小型飛行器最終可望實現(xiàn)智能自主的飛行。

5.3 微小型飛行器的應(yīng)用

未來微小型飛行器發(fā)展成熟將具有體積小、隱蔽性好、質(zhì)量輕、成本低、功能強、攜帶方便、操作簡單等突出特點。這些特點使其能夠完成大型無人飛機無法執(zhí)行的任務(wù)。如果在這類飛行器上配有攝像機和無線電收發(fā)裝置，則完全有可能代替人完成在遠(yuǎn)距離和危險的區(qū)域中監(jiān)視和跟蹤任務(wù)。因此無論是在軍事領(lǐng)域還是在民用領(lǐng)域，微小型飛行器都有十分誘人的應(yīng)用前景。

可預(yù)見的軍事應(yīng)用包括：彈著點定位、戰(zhàn)爭中低空偵察（城市戰(zhàn)中對目標(biāo)持續(xù)監(jiān)視）、戰(zhàn)場評估、通信中繼、信號干擾、雷達誘騙等；民用領(lǐng)域的應(yīng)用則有：搜尋災(zāi)難幸存者、通信中繼、漁業(yè)保護、農(nóng)作物監(jiān)測、環(huán)境保護、電力線機燃?xì)夤苈费矙z等。

微小型飛行器的發(fā)展還有很長的路要走，但其也擁有廣闊的前景。不管是從使用價值方面考慮，還是從推動技術(shù)發(fā)展方面考慮，對于我們來說都是迫切需要開展的一項重要研究工作。

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