無(wú)人機(jī)的應(yīng)用與控制管理方式探討

摘? 要：無(wú)人駕駛飛機(jī)可以在軍用以及民用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大其使用范圍，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用為各行各業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了一定程度的便利，國(guó)家也在不斷下達(dá)鼓勵(lì)政策擴(kuò)大對(duì)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用。相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)對(duì)于無(wú)人機(jī)的應(yīng)用還處于起步階段，在發(fā)展的過(guò)程不斷提升對(duì)其飛行控制與管理的探究以求加深其應(yīng)用程度顯得尤為重要。本文首先對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述;其次，對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)功能進(jìn)行了綜合分析;最后，針對(duì)無(wú)人機(jī)控制管理方式進(jìn)行具體分析。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);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(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，為無(wú)人機(jī)的應(yīng)用帶來(lái)廣闊的前景，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展到各行各業(yè)，除去軍用的偵察機(jī)和靶機(jī)之外，無(wú)人機(jī)在電力、農(nóng)業(yè)、航拍、災(zāi)難救援、新聞報(bào)道等多個(gè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。無(wú)人機(jī)的應(yīng)用目前來(lái)說(shuō)還處于探索、開發(fā)的過(guò)程之中，加深對(duì)其飛行控制與管理的科研力度，是未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)，本文就針對(duì)此進(jìn)行深入的探究與分析，完善無(wú)人機(jī)的理論研究體系。

1? 無(wú)人機(jī)應(yīng)用概述

無(wú)人機(jī)的發(fā)展在近年來(lái)逐漸被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域之中，導(dǎo)航、拍攝、智能控制技術(shù)是無(wú)人機(jī)應(yīng)用的最主要的技術(shù)，無(wú)人機(jī)在2018年被世界海關(guān)組織協(xié)調(diào)制度委員會(huì)定義為“會(huì)飛的照相機(jī)”。在應(yīng)用的過(guò)程中與載人飛機(jī)相比具有應(yīng)用方便、時(shí)效性強(qiáng)、成本投入低等特點(diǎn)，對(duì)未來(lái)的無(wú)人駕駛飛機(jī)以及空軍領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的意義。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中涉及的因素較多，主要有高度、速度、穩(wěn)定度、遙感指令控制、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行故障檢測(cè)等多項(xiàng)任務(wù)，且需要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)管理。在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要進(jìn)行嚴(yán)密的檢查與流程規(guī)劃，其工作流程如圖1所示。由開始界面進(jìn)入任務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)航拍任務(wù)的快速分檔，在這一部分要檢查無(wú)人機(jī)的GPS系統(tǒng)、羅盤、空速以及俯仰翻滾的狀態(tài)是否良好;同時(shí)進(jìn)行飛行任務(wù)的規(guī)劃，規(guī)定無(wú)人機(jī)的飛行區(qū)域、導(dǎo)航以及拍攝任務(wù)等具體任務(wù);投入飛行的過(guò)程中要對(duì)飛機(jī)的方位、速度、電池電壓等多種形式進(jìn)行監(jiān)控，保障任務(wù)完成的完整性與無(wú)人機(jī)應(yīng)用的安全性;最后，將無(wú)人機(jī)內(nèi)的航拍影像導(dǎo)出并對(duì)所需要的影像進(jìn)行拼接。

2? 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)功能

2.1? 無(wú)人機(jī)飛行控制功能

無(wú)人機(jī)飛行控制與管理系統(tǒng)的組成如圖2所示。其中“傳感器子系統(tǒng)”中有無(wú)人機(jī)的GPS配置以及導(dǎo)航設(shè)備，“伺服作動(dòng)子系統(tǒng)”主要是對(duì)飛行的機(jī)翼、升降、方向和發(fā)動(dòng)機(jī)等進(jìn)行運(yùn)行控制，“地面操控與顯示終端”是對(duì)其進(jìn)行遙控感知的最主要的系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈路與無(wú)人機(jī)的核心系統(tǒng)控制與管理計(jì)算機(jī)相連，承擔(dān)無(wú)人機(jī)的所有信息數(shù)據(jù)的收集和處理工作[1]。

無(wú)人機(jī)的飛行控制的功能主要是對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行綜合控制，即對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行高度、飛行速度、飛行角度進(jìn)行綜合的飛行控制。無(wú)人機(jī)屬于遙感操控，與載人飛機(jī)相比其可控性較為不穩(wěn)定，因此，在其飛行控制的過(guò)程中更需要注重度遙感與空間軌道預(yù)設(shè)的保障，以保障其運(yùn)行的安全性與準(zhǔn)確性。

2.2? 無(wú)人機(jī)飛行管理功能

無(wú)人機(jī)飛行管理功能主要有：飛行的任務(wù)規(guī)劃管理、無(wú)人機(jī)的設(shè)備故障管理、遙感控制管理以及飛行性能管理?！帮w行的任務(wù)規(guī)劃管理”屬于應(yīng)用的基礎(chǔ)管理，對(duì)飛行的線路進(jìn)行綜合監(jiān)控，對(duì)起飛點(diǎn)、降落點(diǎn)、航線進(jìn)行重點(diǎn)控制，這一步的應(yīng)用在飛行之前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的線路考察與設(shè)計(jì)，才能保障飛行計(jì)劃的有序開展?！盁o(wú)人機(jī)的設(shè)備故障管理”是對(duì)應(yīng)用的各零件系統(tǒng)進(jìn)行檢查，在航飛前應(yīng)進(jìn)行人工檢查，確保無(wú)人機(jī)的安全性能后才能正常投入飛行?！帮w行性能管理”是對(duì)其能耗以及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理，保障飛機(jī)運(yùn)行的最佳狀態(tài)，節(jié)省能源的消耗，提升無(wú)人機(jī)的運(yùn)行環(huán)保節(jié)能性。

2.3? 無(wú)人機(jī)設(shè)備管理功能

無(wú)人機(jī)的設(shè)備管理功能的主要任務(wù)是運(yùn)用電子信息系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備的有效管理，將其飛行控制與管理功能進(jìn)行綜合化統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)功能，提升其運(yùn)行的工作效率與安全性。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，在飛行的過(guò)程中可以進(jìn)行故障檢測(cè)，能夠保障其安全運(yùn)行。設(shè)備管理功能是以人為主導(dǎo)，充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、傳輸、加工、儲(chǔ)存、更新以及維護(hù)等工作，加強(qiáng)人機(jī)交互的應(yīng)用程度。目前來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)設(shè)備管理功能最主要的是對(duì)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈路進(jìn)行遙感控制，加深遙控與無(wú)人機(jī)自主控制的協(xié)調(diào)程度，提升應(yīng)用的智能化程度，推進(jìn)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用與AI智能系統(tǒng)加速創(chuàng)新融合[2]。

3? 無(wú)人機(jī)控制管理模式

3.1? 遙控管理模式

遙感控制管理是無(wú)人機(jī)設(shè)備所應(yīng)用的最基本的控制管理方式，隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新融合發(fā)展，無(wú)人機(jī)控制的自主飛行模式逐漸得到了廣泛應(yīng)用，但就目前來(lái)說(shuō)，其遙控管理模式仍然占據(jù)較為重要的地位。遙控管理模式目前主要被應(yīng)用于兩個(gè)方面，一方面是對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行檢測(cè)，如剛剛投入使用的無(wú)人機(jī)需要運(yùn)用遙控管理的模式，來(lái)對(duì)其運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)、設(shè)備性能等多方面進(jìn)行遙控檢測(cè)，為其之后的運(yùn)行打好基礎(chǔ)，對(duì)其可運(yùn)行程度進(jìn)行初步檢測(cè)，遙控管理模式的檢測(cè)應(yīng)用需要在多地點(diǎn)進(jìn)行多次檢測(cè)，保障其應(yīng)用的數(shù)據(jù)的豐富性;另一方面，對(duì)自主管理飛行模式進(jìn)行降級(jí)管理，無(wú)人機(jī)在飛行的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)部分不可控因素，在實(shí)際飛行超出自主控制管理應(yīng)用的能力之時(shí)，就需要對(duì)其進(jìn)行遙感操控。遙感操控具有更高的精密性，對(duì)操作人員的專業(yè)技術(shù)以及心理素質(zhì)都有更高的要求。

3.2? 自主管理模式

無(wú)人機(jī)自主控制管理模式是現(xiàn)如今最主要的應(yīng)用模式，自主管理模式是在地面進(jìn)行飛行規(guī)劃操作之后，無(wú)人機(jī)控制與管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)置的需求進(jìn)行自主起飛、智能升高，達(dá)到一定高度之后，對(duì)預(yù)定的區(qū)域進(jìn)行巡航拍攝，以滿足所設(shè)置的拍攝需求。無(wú)人機(jī)的自主飛行管理控制模式可以極大地降低無(wú)人機(jī)的操作復(fù)雜程度，對(duì)民用無(wú)人機(jī)的廣泛運(yùn)用具有較大的推動(dòng)性，例如：在電力巡航以及農(nóng)業(yè)農(nóng)藥播撒的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用之中，對(duì)其智能化的應(yīng)用可以極大地減少操作人員的工作負(fù)擔(dān)。在應(yīng)用控制的過(guò)程中運(yùn)用控制律和與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相適應(yīng)的非線性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，在應(yīng)用的過(guò)程中可以提升自主管理控制的安全性，提升其應(yīng)用的便捷程度，但是減少了無(wú)人機(jī)應(yīng)用的精準(zhǔn)程度，無(wú)法加強(qiáng)對(duì)其飛行的精密控制。因此，自主管理模式還需要不斷地升級(jí)優(yōu)化，才能進(jìn)一步擴(kuò)展其應(yīng)用的智能化程度[3]。

3.3? 人工干預(yù)下的自主管理模式

人工干預(yù)下的自主管理模式是將遙感控制與自動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)的無(wú)人機(jī)飛行控制管理應(yīng)用方式，兩者可以在運(yùn)行的過(guò)程中起到互相彌補(bǔ)的作用，主要是運(yùn)用遙感技術(shù)提升自主控制的精確程度。在進(jìn)行自主管理控制的過(guò)程中，針對(duì)特點(diǎn)問(wèn)題的拍攝，無(wú)人機(jī)無(wú)法滿足感應(yīng)器所需要的全面性，這可能導(dǎo)致最終拍攝出的影像缺少全面性，在遙感控制的干預(yù)之下，可以根據(jù)錄攝的畫面進(jìn)行無(wú)人機(jī)運(yùn)行的及時(shí)調(diào)整，既充分發(fā)揮遙感控制的精密性又有效發(fā)揮自主控制的便捷性。人工干預(yù)的自主管理模式的工作負(fù)荷遠(yuǎn)低于完全的自主管理飛行模式，對(duì)于測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈路的實(shí)時(shí)性連接也沒(méi)有遙感控制那么精細(xì)，在一定程度上將會(huì)減輕無(wú)人機(jī)程序設(shè)置的復(fù)雜程度。

3.4? 未來(lái)無(wú)人機(jī)控制管理發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)人機(jī)現(xiàn)如今的控制與管理中存在的主要問(wèn)題是測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈路的延遲以及操控的智能化升級(jí)。在無(wú)人機(jī)的未來(lái)發(fā)展之中，其飛行控制與管理將會(huì)朝著通用化、系列化、綜合化、自動(dòng)化以及智能化的方向發(fā)展，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)控制的一體化程度，減少系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)傳輸壁壘，提升整體的應(yīng)用性能，在進(jìn)行無(wú)人機(jī)控制與管理的過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)其自動(dòng)化與人工遙感技術(shù)的融合創(chuàng)新應(yīng)用，才能有效提升無(wú)人機(jī)飛行錄制的高效全面化程度。在無(wú)人機(jī)的應(yīng)用擴(kuò)展之中，逐漸加強(qiáng)對(duì)多架無(wú)人機(jī)的協(xié)同編隊(duì)飛行控制的應(yīng)用，在我國(guó)多地都應(yīng)用過(guò)多架無(wú)人機(jī)表演形式，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用不僅局限于實(shí)用性，更要不斷加強(qiáng)其娛樂(lè)性，在多架無(wú)人機(jī)的協(xié)同操作的過(guò)程中，單一的遙感控制對(duì)操作人員的要求過(guò)高，完全的自主飛行控制，將會(huì)嚴(yán)重影響無(wú)人機(jī)的工作精準(zhǔn)性，將會(huì)造成無(wú)人機(jī)之間的碰撞現(xiàn)象的產(chǎn)生，人工干預(yù)下的自主飛行控制將在未來(lái)的發(fā)展中不斷提升其應(yīng)用程度[4]。

4? 結(jié)? 論

綜上所述，無(wú)人機(jī)的未來(lái)應(yīng)用具有無(wú)限的潛力等待挖掘，智能化、綜合化、系統(tǒng)化的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)在開拓的道路之中，在進(jìn)行無(wú)人機(jī)的發(fā)展應(yīng)用之中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境的要求會(huì)逐漸升高，在復(fù)雜的通信環(huán)境之中進(jìn)行無(wú)人機(jī)的控制與管理創(chuàng)新是未來(lái)的研究趨勢(shì)，對(duì)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用有利于我國(guó)的行業(yè)創(chuàng)新融合發(fā)展，有助于農(nóng)業(yè)、電力、軍事等部分系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型優(yōu)化，提升我國(guó)的現(xiàn)代化國(guó)家建設(shè)程度，為人們的生活帶來(lái)更大的便利。

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作者簡(jiǎn)介：馮佳文（1962.05-），男，漢族，廣東梅州人，通信工程師，畢業(yè)于華南理工大學(xué)，本科，研究方向：無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。