主讲人：时间：无人机发展和系统解决方案前 言 无人机是一种有动力、可控制、可执行多种任务的无人驾驶航空器，自诞生以来，主要应用于军事方面，作为智能化和信息化的武器，无人机在侦察、监视、通信、远距离攻击等方面发挥了重要的作用.近年来， 无人机在民用方面的应用也越来越多，各国在无人机的民用方面逐渐开放.无人机已经广泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多个领域.在过去几年，英国已经向130多家企业和政府机构颁发许可，美国签发了1400多份许可.毫无疑问，随着技术的更新和发展，民用无人机将迎来井喷式的发展，应用前景十分广阔. 具体用途具体用途 与载人飞机相比，无人机因为具有体积小、造价低、使用方便、适应性强等优点而备受世界各国军队的青睐.如今，无人机不仅仅被应用于军事方面，其在民用方面的应用也越来越广泛.无人机体积小，造价和使用成本低、使用灵活、作业效率高，在执行枯燥、长时间的任务时，具有有人机所不可比拟的优势，因此除了应用于军事以外，还常常用于遥感航拍、抗震救灾、农林业、环境监测、通信中继和快递服务等方面.以农业喷药灭虫为例，南京农机化研究所的无人机，在上海崇明岛进行水稻病虫害航空药物喷洒作业时，单台飞机作业效率可以达到1500hm2/h，每天作业面积750012000hm2，是地面机械的数倍，人工喷洒的3060倍，并且可以有效避免漏施误施m无人机的应用领域非常广泛，无人机的尺寸、重量、性能及任务等方面差异也都非常大。由于无人机的多样性，因此，从不同的考量角度，无人机有多种分类方法。1.2.1 按用途分类按用途分类m无人机按用途分类，可分为军用无人机与民用无人机两大类。1. 军用无人机m根据不同的军事用途和作战任务，军用无人机可分为无人侦察机/监视机、无人战斗机、通信中继无人机、电子干扰无人机和靶机等类型。mm（1 1）无无人人侦侦察察机机/ /监监视视机机：无无人人侦侦察察机机/ /监监视视机机是是指指借借助助机机上上的的电电子子侦侦查查设设备备，以以获获取取目目标标信信息息为为目目的的的的无无人人机机。它它们们通通常常采采用用的的设设备备有有：光光学学照照相相机机、微微光光（红红外外）摄摄像像机机、电电视视摄摄像像机机、红红外外线线行行扫扫描描仪仪、前前视视红红外外装装置置、热热成成像像仪仪、CCDCCD成成像像系系统统、激激光光指指示示器器、激激光光测测距距仪仪和和自自动动跟跟踪踪器器、合合成成孔孔径径雷雷达达等等。图图所所示示为为可可用用于于实实时时监监视视、电电子子侦侦察察和和干干扰扰、海海上上巡巡逻逻等等任任务务的的以以色色列列“苍鹭苍鹭”无人机，它可携带光电无人机，它可携带光电/ /红外雷达等侦察设备进行搜索、监测和识别。红外雷达等侦察设备进行搜索、监测和识别。m无人战斗机：是指可携带小型和大威力的精确制导武器、激光武器或反辐射导弹，执行空战或对地攻击任务的无人机。如图所示是美国的MQ-9“死神”无人战斗机，MQ-9“死神”无人机是一种极具杀伤力的新型无人作战飞机。除了攻击外，它还可以执行情报、监视和侦察等任务。m（3）通信中继无人机：作为空中中继平台，通信中继无人机可增加信息的传输距离，即利用无人机向其他军用机或陆、海军飞机传送图像等信号，这些无人机一般都安装了超高频或甚高频的无线电通信设备。如图所示是可用于空中指挥和通信中继任务的无人飞艇。m（4）电子干扰无人机：电子干扰是指利用有源或无源电子干扰设备，通过辐射电磁波或释放铝箔条和金属干扰丝，破坏敌方通信系统，干扰敌方电子设备，使其效能低下，甚至完全失效。目前，很多无人电子干扰机采用的是无源干扰方式，其基本的干扰设备包括铝箔条投放器、曳光弹投放器和雷达回波增强设备等。m电子诱饵/欺骗无人机也是一种无源欺骗性干扰无人机。通过飞机上携带的干扰设备来增强地面雷达的反射回波，模拟真实目标，并通过飞机的速度和外形等方面来模拟战斗机或轰炸机的运动姿态，诱使敌方雷达或地面防空武器开机或开火，从而暴露地面雷达或地面防空武器的位置，消耗地方的火力，然后再通过其它武器装备对敌方的雷达或地面防空武器进行精确打击。图1-5所示是美国空军为F-16和B-52装备的微型诱饵无人机MALD-J，MALD-J诱饵无人机是一种飞航式空中发射诱饵，能在敌方雷达上敌方军机的雷达和飞行特征，消耗对方的防空力量。m反辐射无人机是一种成本低、尺寸小（通常在23米范围内）、质量轻（多数小于150公斤）的一次性使用的电子干扰无人机。这种飞机上一般装有电子干扰设备、辐射探测器和战斗部。通常以100300km/h的巡航速度飞到敌方雷达区域上空，进行长时间的盘旋，探测雷达信号，并进行骚扰。一旦雷达开机，无人机就能马上辨识并感应敌方的雷达信号，并在此信号的导引下向敌方雷达俯冲，摧毁敌方雷达。这种反辐射无人机使敌方雷达不敢开机，给有人攻击机创造了袭击的机会，是现代电子战中的一种重要武器。如图1-6所示的以色列“哈比”（Harpy）无人机就是一种反辐射无人机。m军用无人机还有其他的分类方式，如果按无人机的杀伤性质分类可分为非杀伤、软杀伤和硬杀伤几大类，如图1-8所示。前面所述的靶机属于非杀伤类无人机，诱饵无人机属于软杀伤类无人机，而发辐射无人机则属于硬杀伤类无人机。2. 民用无人机m在民用领域方面，由于无人机具有成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等优势，因此得到了广泛的应用。其主要应用市场包括：航空拍摄、航空摄影、地质地貌测绘、森林防火、地震调查、核辐射探测、边境巡逻、应急救灾、农作物估产、农田信息监测、管道巡查、高压输电线路巡查、野生动物保护、科研实验、海事侦察、鱼情监控、环境监测、大气取样、增雨、资源勘探、禁毒、反恐、警用侦查巡逻、治安监控、消防侦查、通信中继、城市规划、数字化城市建设等多个领域。表1-1所示为民用无人机的分类划分。1.2.2 按飞行平台构型分类m无人机按飞行平台构型分类可以分为：固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机、无人飞艇和伞翼无人机等，图中所示为最常见的无人机飞行平台。1.2.3 按大小分类m按照无人机的重量及外形尺寸的大小，无人机可以分为微型无人机、小型无人机、中型无人机和大型无人机几大类。大型无人机重量一般大于500800kg；中型无人机重量一般在200500kg内；轻型无人机重量一般在100200kg；小型无人机重量一般在1100kg以内；微型无人机重量一般小于1kg。表1-2所示为按大小分类的无人机的重量和尺寸数据对比。分类说明大型（重型）无人机通常是指飞机重量大于800kg（或500kg），翼展在十几米以上的无人机。中型无人机通常是指飞机重量大约在200kg800kg（或500kg），翼展大约在10m以内的无人机。轻型无人机通常是指飞机重量大约在100200kg，或只有几十公斤重的无人机。小型无人机通常是指飞机重量大约是几十公斤的无人机。微型无人机通常是指飞机重量在几十克至几百克，单一最大外形尺寸在15厘米左右或更小的无人机。1.2.4 按飞行性能分类mm1.1.按速度分类按速度分类mm无无人人机机按按速速度度分分类类可可分分为为：低低速速无无人人机机、亚亚声声速速无无人人机机、跨跨声声速速无无人人机机、超超声声速速无无人机和高超声速无人机。人机和高超声速无人机。mm低低速速无无人人机机速速度度一一般般小小于于0.4Ma0.4Ma（MaMa为为马马赫赫数数），亚亚声声速速无无人人机机速速度度一一般般在在0.40.40.85Ma0.85Ma，跨跨声声速速无无人人机机速速度度一一般般在在0.850.851.3Ma1.3Ma，超超声声速速无无人人机机速速度度一一般般在在1.31.35Ma5Ma，高高超超声声速速无无人人机机速速度度一一般般大大于于5Ma5Ma。图图1-101-10所所示示为为超超声声速速和和高高超超声声速速无无人人机的外形对比。机的外形对比。m2.按航程分类m无人机按航程（或活动半径）分类可分为：超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机。m超近程无人机活动半径在515km之间，近程无人机活动半径在1550km之间，短程无人机活动半径在50200km之间，中程无人机活动半径在200800km之间，远程无人机活动半径大于800km。图1-11所示为洛克希德马丁公司研制的RQ-3“暗星”（DarkStar）远程无人侦察机，其作战半径达900多千米。m3.按实用升限分类m无人机按实用升限分类可分为：超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机。m超低空无人机实用升限一般在0100m之间，低空无人机实用升限一般在1001000m之间，中空无人机实用升限一般在10007000m之间，高空无人机实用升限一般在700020000m之间，超高空无人机实用升限一般大于20000m。图1-12所示为中国的“彩虹-3A”察打一体化中空无人机，作战半径为200千米。1.3 无人机的发展m从1917年发明的第一架无人机开始，到今天的无人侦察机、无人战斗机等军用无人机，以及在航空拍摄、地质地貌测绘、森林防火等方面广泛使用的民用无人机，无人机的发展已经历了近百年的历史。无人机因其具有无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便、成本低等优点逐渐受到世界各国的重视，并且在很多领域正逐步替代有人飞行器，承担越来越多的飞行任务。m无人机的发展，大致经历了以下几个阶段：20世纪2060年代，无人机主要作为靶机使用，是无人机发展的起步阶段；6080年代，无人侦察机及电子战类无人机在战场上崭露头角，无人机开始进入实用阶段；从90年代起，无人机在现代高技术局部战争中得到了全面的应用，无人机在民用领域也得到了迅猛发展，无人机正处在一个迅速崛起和蓬勃发展的阶段。1.3.1 起步阶段m无人机的发展历史最早可以追溯到1917年，当时英国皇家航空研究院初步将空气动力学、轻型发动机和无线电三者结合起来，研制出世界上第一架无人驾驶飞机。同年12月，美国发明家埃尔默斯佩里（ElmerSperry）使用他自己发明的陀螺仪和美国西部电气公司开发的无线电控制系统，成功地完成了为美国海军研制的“航空鱼雷”的首飞。受这次成功试飞的鼓舞，美国陆军航空队也采纳了查尔斯凯特林（CharlesKettering）的方案，研制出了“自由鹰”式“航空鱼雷”飞机，m两次世界大战期间，军用无人机技术主要体现在导弹和无人靶机两个方面。1918年，法国的第一架无线电遥控飞机试飞成功；1921年英国研制成功世界上第一架可以实用的无人靶机，该靶机可在近2千米的高度以160Km/h的速度飞行。1931年9月，英国费尔雷公司将一架“女王”有人驾驶双翼飞机改装成“费利王后”（FaireyQueen）靶机进行了9分钟的有控飞行。1932年，英国Home舰队将“费利王后”携往地中海作试验，检验Home舰队防空火力的效能及靶机的飞行性能。当时“费利王后”冲着Home舰队的密集防空火力飞行了2小时而未被击中，这不仅说明了当时海军防空武器的低效，同时也充分证明了靶机的实用价值。1933年英国又研制出了有名的“蜂后”（QueenBee）靶机，随即投入批量生产。这种靶机在19341943年共生产了420架，它们的使用一直持续到第二次世界大战之后。如图1-14所示为正在遥控“蜂后”靶机的英军士兵。m可说是这个时期靶机发展的典型代表。当时美国为了训练战斗机飞行员和防空导弹操作手，着手研制一些可模仿当时战斗机、轰炸机性能的靶机，美国的瑞安航天公司（RyanAeronauticalCompany）在1948年赢得美国空军的合约，开始研制一种高亚声速、喷气推进的靶机，这就是后来久负盛名的“火蜂”靶机。由于设计成功，1953年开始成批生产，很快便有1280架早期的“火蜂”Q-2A与KDA型在美国三军和加拿大皇家空军服役。截止到1984年，共有近6500架“火蜂”系列靶机投入使用。如图1-15所示为美国“火蜂”靶机。m在这个阶段，除美国外，法国、意大利、澳大利亚、加拿大、以色列、日本和德