第32卷第10期2015年10月 控制理论与应用 Control Theory&Applications V ol.32No.10 Oct.2015“无人机自主控制”专刊 前言 无人机自主控制是当今无人系统领域的研究热点,且近几年已经发展成为无人机技术领域的一个关键研究领域.由于执行任务环境的高度动态化、不确定性以及飞行任务的复杂性,自主飞行控制能力的提高是目前无人机系统技术发展的重要目标. 近年来,在国家科技部、国家自然科学基金委员会、总装备部、总参谋部、空军装备部、海军装备部、二炮等支持下,我国学者从无人机自主控制的基础理论、关键技术、工程应用特别是国防应用、产业化推广等多个层面展开全面系统研究,并取得了很多高水平成果.通过理论和方法上研究的突破,为无人机系统的自主化、综合化和智能化提供了重要技术支撑,也推动了无人机应用的蓬勃发展. 为了进一步推动无人机自主控制技术及应用发展,为广大从事无人机自主控制研究的广大科技工作者集中搭建一个平台,在《控制理论与应用》主编、编委和编辑们的大力支持下,我们发起并组织出版了“无人机自主控制”专刊,得到了无人机自主控制领域广大专家和学者的热切关注,来稿涉及固定翼无人机、四旋翼无人机、无人直升机、高超声速无人飞行器以及新概念无人机等,稿件主题涵盖了无人机自主控制从顶层到底层的所有领域.经过严格的多轮评审,最终录用了35篇稿件,无论稿件数量和质量都超过了预期,来稿反映了国内无人机自主控制领域的最新研究进展和最新成果.所录用论文的作者均为国内无人机自主控制领域的专家与学者,他们或在理论上有所创新,或对国家重大工程中有显著贡献,或在理论与工程实践的结合中成果突出. 在《控制理论与应用》编委会和编辑部的大力支持下,我们将这些最新成果分两期出版,本期是“无人机自主控制”专刊的第1期,包含了18篇稿件. 在本期论文中,谭建豪、王耀南等综述了旋翼飞行机器人的结构演变及关键技术、作业机构集成技术,从动力学建模及动力学特性分析、动态运动约束/力约束下的协调规划、非结构环境下的运动和作业控制、面向任务动态操作的环境感知、面向任务的实验系统构建与实验验证五个方面初步构建旋翼飞行机器人自主作业理论体系;孙洪飞等设计了一种高超声速再入飞行器的鲁棒自适应控制器;段海滨等提出了一种基于鸽群行为机制的多无人机自主编队控制方法;范国梁及其合作者针对水上无人机在高海况下的着水问题,提出了一种自主着水控制系统设计方案;霍伟等针对微型无人直升机在狭窄空间中的轨迹跟踪问题,设计了一种可以限制直升机位置和速度的跟踪控制器;董娜等设计了一种基于新型滑模控制方法的轨迹跟踪控制器;蔡晨晓及其合作者基于奇异摄动的思想设计了四旋翼无人机非线性轨迹跟踪控制器;宗群等系统阐述了自制小型四旋翼无人机的设计过程;刘一莎等针对四旋翼飞行器参数不确定性和外部干扰敏感的问题,提出了一种基于自抗扰控制器的控制系统设计方法;吴庆宪及其合作者设计了一种针对输入饱和与姿态受限的四旋翼无人机反步姿态控制器;祝小平等基于线性自抗扰控制理论设计了包含内环姿态控制和外环轨迹控制的全包线飞行控制器;鲜斌及其合作者针对小型无人直升机存在的参数不确定性问题,基于浸入–不变集理论,设计了一种新型的自适应控制器,并进行了实验验证;孙长银等研究了有向图下具有非线性和干扰的无人机群的分布式合围控制问题,并通过仿真结果验证了控制协议的有效性;周锐及其合作者提出了一种精确、具有可扩展性并且适用于任意通信频率的航迹融合算法;陈宗基等提出了多无人机空中加油的三维最优会合航路规划算法;魏瑞轩等提出了一种城市密集不规则障碍空间无人机航路规划方法,并进行了仿真对比实验分析;周绍磊等基于无人机自身状态与邻居状态的相对局部信息构建了分布式编队控制器,同时还建立了集散式多无人机协同搜索结构体系. 最后,对《控制理论与应用》编委们和编辑部提供的这次组织“无人机自主控制”专刊的宝贵机会和辛苦工作表示由衷感谢,对广大投稿作者的大力支持表示衷心感谢,也非常感谢投身或关注我国无人机自主控制技术研究的广大读者们！ 北京航空航天大学段海滨教授 中航工业沈阳飞机设计研究所范彦铭研究员 中国工程院李明院士
2.1 ARM-Cortex M4架构 ARM-Cortex M4 架构： 无人机控制系统可以采用基于ARM系统架构的嵌入式处理器来实现，本次 重点基于ARM-Cortex M4架构的无人机飞控系统。 ARM是32位嵌入式微处理器的行业领先提供商，到目前为止，已推出各 种各样基于通用体系结构的处理器，这些处理器具有高性能和行业领先的功效，而且系统成本也有所降低。 基于ARMv7架构以上的Cortex系列主要分为A（应用处理器）、R（实时 处理器）、M（微控制器）三大应用系列。其中Cortex-M系列处理器主要是针 对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需将逻辑门数和功耗控制在最低。Cortex-M处理器是一系列可向上兼容 的高能效、易于使用的处理器，这些处理器旨在帮助开发人员满足将来的嵌入 式应用的需要。这些需要包括以更低的成本提供更多功能、不断增加连接、改 善代码重用和提高能效 ARM-Cortex 的特点： 更低的功耗：以更低的 MHz 或更短的活动时段运行，基于架构的睡眠模式支持，比 8/16 位设备的工作方式更智能、睡眠时间更长 更小的代码（更低的硅成本）：高密度指令集，比 8/16 位设备每字节完 成更多操作，更小的 RAM、ROM 或闪存要求 易于使用：多个供应商之间的全球标准，代码兼容性，统一的工具和操作 系统支持 更有竞争力的产品：Powerful Cortex-M processor，每MHz 提供更高的
?Cortex-M4是一个32位处理器内核 ?内部的数据路径是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32 位的 ?采用哈佛架构 ?小端模式和大端模式都是支持的 ?Thumb指令集与32位性能相结合的高密度代码 ?针对成本敏感的设备Cortex-M4处理器实现紧耦合的系统组件，降低处理器的面积，减少开发成本 ?ROM系统更新的代码重载的能力 ?该处理器可提供卓越的电源效率 ?饱和算法进行信号处理 ?硬件除法和快速数字信号处理为导向的乘法累加 ?集成超低功耗的睡眠模式和一个可选的深度睡眠模式 ?快速执行代码会使用较慢的处理器时钟，或者增加睡眠模式的时间?为平台的安全性和稳固性，集成了MPU（存储器保护单元） ?Cortex-M4内部还附赠了好多调试组件，用于在硬件水平上支持调试操作，如指令断点，数据观察点等 ?有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖 2.1.3 基于ARM Cortex-M4 内核的微控制器 ARM Cortex-M4内核是微控制器的中央处理单元（CPU），配合外围设备模块和组件，形成完整的基于Cortex-M4的微控制器。在芯片制造商得到Cortex-M4处理器内核的使用授权后，它们可以将Cortex-M4内核用在自己的硅片设计中，添加存储器，外设，I/O以及其它功能块。不同厂家设计出的单片机会有不同的配置，包括存储器容量、类型、外设等都各具特色。由于基于统一的内核架构，事实上本书后面所介绍的飞控软件和算法虽然已ST的 STM32F407为基础，它们是很容易移植到其他公司的同内核平台芯片上的，很多与外设无关的代码部分不需要任何改变即可移到其他平台上，仅需要关注外围设备相关部分的驱动代码。 ?飞思卡尔（现并入恩智浦）基于ARM Cortex M4内核的Kinetis K60微控制器系列。Kinetis微控制器组合产品由多个基于ARM@CortexTM_M4内核且引脚、外设和软件均兼容的微控制器系列产品组成。 ?ST基于ARM Cortex-M4内核的STM32 F4微控制器系列，具有高达 168MHz的主频，以及在此主频工作下的基准测试功耗为38.6mA
1、首先介绍的是无人机的大脑——飞控 无人机飞行控制系统是指能够稳定无人机飞行姿态，并能控制无人机自主或半自主飞行的控制系统，是无人机的大脑，也是区别于航模的最主要标志，简称飞控。飞控的作用就是通过飞控板上的陀螺仪，对四轴飞行状态进行快速调整(都是瞬间的事，不要妄想用人肉完成)。如发现右边力量大，向左倾斜，那么就减弱右边电流输出，电机变慢、升力变小，自然就不再向左倾斜。如果没有飞控系统，四轴飞行器就会因为安装、外界干扰、零件之间的不一致等原因形成飞行力量不平衡，后果就是左右、上下地胡乱翻滚，根本无法飞行。 工作过程大致如下：飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接收无线电测控终端传输的由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据，经计算处理，输出控制指令给执行机构，实现对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理与控制;同时将无人机的状态数据及发动机、机载电源系统、任务设备的工作状态参数实时传送给机载无线电数据终端，经无线电下行信道发送回地面测控站。飞控系统的硬件主要包括：主控制模块、信号调理及接口模块、数据采集模块以及舵机驱动模块等。 2、为传感器增稳的——云台 稳定平台，对于任务设备来说太重要了，是用来给相机增稳的部分，几千米的高度上误差个几分几秒就能差出去几十米。它主要通过传感器感知机身的动作，通过电机驱动让相机保持原来的位置，抵消机身晃动或者震动的影响。云台主要考察几个性能：增稳精度、兼容性（一款云台能适配几款相机和镜头）和转动范围（分为俯仰、横滚和旋转三个轴），如果遇到变焦相机，就更加考验云台的增稳精度了，因为经过长距离的变焦，一点点轻微的震动都会让画面抖动得很厉害。 现时的航拍云台主要由无刷电机驱动，在水平、横滚、俯仰三个轴向对相机进行增稳，可搭载的摄影器材从小摄像头到GoPro，再到微单/无反相机，甚至全画幅单反以及专业级电影机都可以。摄影器材越大，云台就越大，相应的机架也就越大。
无人机飞行路线控制系统设计 由于无人机是通过无线遥控的方式完成自动飞行和执行各种任务,具有安全零伤亡、低能耗、重复利用率高、控制方便等优点,因此得到了各个国家、各行各业的高度重视和广泛应用。尤其以美国为代表,无论是在军事、民用、环境保护还是科学研究中,都将无人机的使用发挥到淋漓尽致,其拥有全球最先进的“捕食者”和“全球鹰”战斗无人机、监测鸟类的“大乌鸦”无人机、民用用途的“伊哈纳”无人机等等。我国在无人机研制方面也取得了一定的成就,拥有技术卓越的“翔龙”和“暗箭”高空高速无人侦查机、多用途的“黔中”无人机、探测海洋的“天骄”无人机、中继通讯的“蜜蜂”无人机等等。在未来,随着现代化工业技术、信息技术、自动化技术、航天技术等高新技术的迅速发展,无人机技术将日趋成熟,性能日益完善,为此将拥有更为广阔的应用前景。为确保无人机能够有效地完成各种飞行任务,研发者开发了各种技术方式的飞行控制系统,完成对无人机的起飞、飞行控制、着陆以及相应目标任务等操作的控制。飞行路线控制是飞行控制系统中最基础也是最核心的功能控制部分,其它所有的飞行任务控制都是飞行路线控制的基础之上实现。目前对于无人机飞行路线的控制已有各种各样方式的系统,但大多数系统都存在一定缺陷,如有些系统操作过于繁杂,不够智能化;有些系统只能在视距范围遥 控无人机,严重限制了无人机的使用;有些系统过于专用化,不能适用于大多数类型的无人机;有些比较完善的系统,造价又过于昂贵,等等一系列问题。针对以上存在的这些问题,本课题提出了一种成本低、
遥控距离远、智能化、高效化、适用性广的无人机飞行路线控制系统设计方案。该系统方案包括两大部分,一部分是操作人员所处的地面监控系统,一部分是无人机端的受控系统,实现的机制主要是无人机不断地将自身的定位信息实时地传送给地面控制系统,地面控制系统将无人机位置信息通过电子地图可视化显示给操作人员,操作人员结合本次飞行任务,采用灵活的鼠标绘制方式在地图上绘制预定的飞行路线,地面控制系统对绘制路线进行自动处理生成可用的路线控制信息帧并发送给无人机受控系统,无人机受控系统接收到位置控制信息帧,不断结合实时的方位信息得到飞行控制信息,从而遥控无人机按照预定路线飞行。此外,为方便用户以后对历史数据的查看,以分析总结得到一些有价值的信息,地面监控系统还包含了对预定路线和无人机历史飞行路线的存储、查询和在地图中回放功能。基于GIS技术的地面监控系统的具体实现是在Windows操作系统上,采用Visual Basic作为系统开发环境并结合MSComm串口通信技术、Mapx二次开发组件技术、Winsock网络接口技术以及Access数据库技术完成软件设计,实现与无人机受控系统的无线通信、GIS系统操作和监控、历史数据存储和重现等,其中实验区域的电子地图采用Mapinfo Professional开发软件绘制完成,并创新性地设计并绘制了画面简洁的带高层信息的二点三维矢量地图,而对于绘制路线的优化和提取处理采用了垂距比值法和最小R值法。无人机端使用BDS-2/GPS双卫星系统对无人机实时位置进行高精度的定位,采用双串口单片机进行运算控制处理,实时的飞行控制信息采用了几何空间算法得到,另外采
无人机导航定位技术简介与分析 无人机导航定位工作主要由组合定位定向导航系统完成，组合导航系统实时闭环输出位置和姿态信息，为飞机提供精确的方向基准和位置坐标，同时实时根据姿态信息对飞机飞行状态进行预测。组合导航系统由激光陀螺捷联惯性导航、卫星定位系统接收机、组合导航计算机、里程计、高度表和基站雷达系统等组成。结合了SAR 图像导航的定位精度、自主性和星敏感器的星光导航系统的姿态测定精度，从而保证了无人飞机的自主飞行。 无人机导航是按照要求的精度，沿着预定的航线在指定的时间内正确地引导无人机至目的地。要使无人机成功完成预定的航行任务，除了起始点和目标的位置之外，还必须知道无人机的实时位置、航行速度、航向等导航参数。目前在无人机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺点，因此，在无人机导航中，要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航定位技术至关重要。 一、单一导航技术 1 惯性导航 惯性导航是以牛顿力学定律为基础，依靠安装在载体(飞机、舰船、火箭等)内部的加速度计测量载体在三个轴向运动加速度，经积分运算得出载体的瞬时速度和位置，以及测量载体姿态的一种导航方式。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪。三自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;三个加速度计用来测量飞行器的三个平移运动的加速度。 计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。惯性导航完全依靠机载设备自主完成导航任务，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，不受气象条件限制，是一种自主式的导航系统，具有完全自主、抗干扰、隐蔽性好、全天候工作、输出导航信息多、数据更新率高等优点。实际的惯性导航可以完成空间的三维导航或地面上的二维导航。 2 定位卫星导航 定位卫星导航是通过不断对目标物体进行定位从而实现导航功能的。目前，全球范围内有影响的卫星定位系统有美国的GPS，欧洲的伽利略，俄罗斯的格拉纳斯。这里主要介绍现阶段应用较为广泛的GPS全球定位系统导航。
关于无人机飞行控制系统的全面解析 飞控的大脑：微控制器在四轴飞行器的飞控主板上，需要用到的芯片并不多。目前的玩具级飞行器还只是简单地在空中飞行或停留，只要能够接收到遥控器发送过来的指令，控制四个马达带动桨翼，基本上就可以实现飞行或悬停的功能。意法半导体高级市场工程师介绍，无人机/多轴飞行器主要部件包括飞行控制以及遥控器两部分。其中飞行控制包括电调/马达控制、飞机姿态控制以及云台控制等。目前主流的电调控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。 高通和英特尔推的飞控主芯片CES上我们看到了高通和英特尔展示了功能更为丰富的多轴飞行器，他们采用了比微控制器（MCU）更为强大的CPU或是ARM Cortex-A系列处理器作为飞控主芯片。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控制器，它有无线通信、传感器集成和空间定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也亲自在CES上演示了他们的无人机。这款无人机采用了RealSense技术，能够建起3D地图和感知周围环境，它可以像一只蝙蝠一样飞行，能主动避免障碍物。英特尔的无人机是与一家德国工业无人机厂商Ascending Technologies合作开发，内置了高达6个英特的RealSense3D摄像头，以及采用了四核的英特尔凌动（Atom）处理器的PCI-express定制卡，来处理距离远近与传感器的实时信息，以及如何避免近距离的障碍物。这两家公司在CES展示如此强大功能的无人机，一是看好无人机的市场，二是美国即将推出相关法规，对无人机的飞行将有严格的管控。 多轴无人机的EMS/传感器某无人机方案商总经理认为，目前业内的玩具级飞行器，虽然大部分从三轴升级到了六轴MEMS，但通常采用的都是消费类产品如平板或手机上较常用的价格敏感型型号。在专业航拍以及专为航模发烧友开发的中高端无人机上，则会用到质量更为价格更高的传感器，以保障无人机更为稳定、安全的飞行。这些MEMS传感器主要用来实现飞行器的平稳控制和辅助导航。飞行器之所以能悬停，可以做航拍，是因为MEMS传感器可以检测飞行器在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化，在检测到角度变化
2004年3月第26卷 第3期 系统工程与电子技术Systems Engineering and Electronics Mar .2004 Vol .26 No .3 收稿日期:2002-09-06;修回日期:2003-01-15。 作者简介:唐强(1978-),男,博士研究生,主要研究方向为飞行控制,智能控制。 文章编号:1001-506X (2004)03-0418-05 国外无人机自主飞行控制研究 唐 强1 ,朱志强 1,2 ,王建元 1,2 (1.西北工业大学自动控制系,陕西西安710072;2.飞行自动控制研究所,陕西西安710065) 摘 要:无人机自主飞行控制的研究属于飞行控制的前沿问题,其目的是实现无人机的自主飞行控制、决策和管理。由于其高度的复杂性和智能性,在理论和工程实际上尚处于起步阶段。结合近年来国外的发展状况和一些主要的研究成果,对无人机的自主飞行控制的研究进行了概述。首先介绍了自主控制的概念,然后分别探讨了无人机自主飞行控制中几个相关的关键问题,主要包括飞行中规划与重规划,自主飞行控制的分层结构,以及无人机自主着陆等问题,最后对未来的发展方向和面临的挑战进行了展望。 关键词:无人机;自主飞行控制;规划;分层结构;自主着陆中图分类号:V249.1 文献标识码:A Survey of foreign researches on autonomous flight control for unmanned aerial vehicles TANG Qiang 1,ZHU Zhi -qiang 1,2,WANG Jian -yuan 1,2 (1.Depar tment of Automatic C ontr ol ,Nort hw este rn Polytechnical Uni ver sity ,Xi 'an 710072,C hina ; 2.Flight Automatic Contr ol Re searc h Ins titute ,Xi 'an 710065,China ) A bstract :The stud y on autonomous flight control of un manned aerial vehicles (UAVs )is a frontier problem of flight control .Its goal is to realize the autonomous flight control ,decision making and management for UAVs .Because of its huge complexit y and high intelligence ,it is still in the early stage .The foreign researches and their res ults in this field are overviewed .In the first place ,the concept of auton omous control is introduced .Then several related key issues are discussed respectivel y ,including the in -flight plan -ning and re -planning problems ,the hierarchical structure of control s ystems ,and the autonomous landing of UAVs .Finally ,the re -searh areas are proposed to address development tendency and challenges . Key wo rds :un man ned aerial vehicles (UAVs );autonomous flight con trol ;plannin g ;hierarchical structure ;autonomous landing 1 引 言 随着应用的需要和航空技术的发展,近年来世界范围内掀起了对无人机(unmanned aerial vehicles ,UAVs )的研究热潮,美国、英国、法国、德国、以色列、澳大利亚等国都针对这个领域投入了相当的研究力量。究其原因,用无人机替代有人驾驶飞机可以降低生产成本,便于运输、维修和保养,而且不用考虑人的生理和心理承受极限。未来无人机在军事和民事上都有广泛的应用前景。在军事领域,采用无人机进行作战和侦察,可以减少人员的伤亡,还能具有超高过载的机动能力,有利于攻击和摆脱威胁。在民用领域,无人机可以完成资源勘测、灾情侦察、通信中继、环境监测等繁重重复或具有一定危险的任务。 无人机概念的产生由来已久。美国是现今世界上最主要的无人机生产研制国,在其庞大航空工业力量的支持下,积累了相当丰富的关于无人机系统功能、结构和部件上的技术经 验,研制出了“全球鹰”、“捕食者”等先进的无人飞行系统,而 且还有大量的在研型号和项目。即使这样,各国学术界和工业界也认识到在复杂不确定的环境条件下,现有的无人机系统一旦缺乏人的控制决策干预,往往不能顺利完成任务。针对以上现状,很自然可以提出这样一个问题,即如何最大程度地给无人机这种机器系统赋予智能,实现其自主飞行控制、决策和管理,从而在某些领域取代有人驾驶飞机的作用。在传统的控制方式下,无人机的控制可以由与其一起混合编队的有人飞机利用近距离通信链实现;也可以通过远距离的地面或空中指挥平台进行控制;还可以利用卫星通信控制。但是上述方法都是通过外界数据通信链对无人机进行控制,在恶劣的条件下,一旦通信链不再可靠和畅通,后果将不堪预料。所以对于复杂环境下工作的无人机,必然要求其具有较强的自主飞行决策控制能力,以适应未来的需要。 2 自主控制的概念 自主控制问题的提起常常与智能机器人的控制联系紧
本技术公开了一种远程无人机控制系统，包括无人机组和远程控制中心，所述无人机组包括若干架无人机，每架所述无人机包括第二无线通讯模块、智能监控器、自动驾驶装置和航拍装置，所述智能监控器通过无线传输线路与遥控器连接，所述的遥控器用于控制无人机，包括遥控器本体和安装在遥控器本体上的无线传输模块，所述远程控制中心包括第一无线通讯模块、任务分配模块、信号处理模块和初始化模块。本技术不仅能够同时控制多架无人机，智能化程度高，而且航拍所得到的图像质量较好。 技术要求 1.一种远程无人机控制系统，其特征在于：包括无人机组和远程控制中心，所述无人机组包括若干架无人机，每架所述无人机包括第二无线通讯模块、智能监控器、自动驾驶装 置和航拍装置； 所述第二无线通讯模块用于向远程控制中心发送实时飞行数据，接收并回复远程控制中 心发送的测试命令，并发送命令至所述自动驾驶装置和所述航拍装置； 所述自动驾驶装置用于接收第二无线通讯模块发送的任务命令并驱动所述无人机执行飞 行任务；
所述智能监控器通过无线传输线路与遥控器连接，所述的遥控器用于控制无人机，包括遥控器本体和安装在遥控器本体上的无线传输模块，其每隔一段时间就会往将所接收到的数据包向外界发送； 所述航拍装置一方面根据所述第二无线通讯模块接收到的航拍指令进行图像采集和处理，另一方面通过所述第二无线通讯模块向所述远程控制中心发送航拍图片信息； 所述远程控制中心包括第一无线通讯模块、任务分配模块、信号处理模块和初始化模块，所述第一无线通讯模块用于向所述第二无线通讯模块发送测试命令和任务命令，接收所述第二无线通讯模块发送实时飞行数据； 所述任务分配模块用于用户输入每一架无人机任务命令并通过第一无线通讯模块发送至对应的无人机； 所述信号处理模块用于对所述第一无线通讯模块接收的实时飞行数据进行处理得到无人机执行命令并将执行命令和任务命令比对； 所述初始化模块用于对第一无线通讯模块、任务分配模块和信号处理模块进行初始化； 所述航拍装置包括图像采集模块、图像编码模块、图像压缩模块、图像存储模块和微控制模块，所述图像采集模块采集视频信号，所述视频信号为一系列模拟图像的集合，所述图像编码模块对所述模拟图像进行编码转化为数字图像，所述图像压缩模块对所述数字图像进行编码压缩后形成压缩图像传送给所述图像存储模块进行存储，所述微控制模块控制所述图像采集模块采集所述视频信号，协调控制所述图像编码模块进行图像编码，所述图像压缩模块进行图像压缩，所述图像存储模块对所述压缩图像进行存储； 所述微控制模块与所述无线通信装置电连接，接收所述拍摄指令，从所述图像存储模块中提取存储的所述压缩图像并通过所述第二无线通讯模块发送给所述第一无线通讯模块。 2.根据权利要求1所述的一种远程无人机控制系统，其特征在于：所述智能监控器包括相对独立的控制器和信号切换器，二者之间通过RS485通讯端口进行通讯，所述控制器可控制8台带有摄像机的云台，所述信号切换器装有红外遥控接收器件，所述遥控器通过有线或无线方式和远程控制中心连接。
1.概论： 无人机，即无人驾驶的飞机。是指在飞机上没有驾驶员，只是由程序控制自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统可以实现远距离飞行并得以控制。无人机与有人驾驶的飞机相比而言，重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，特别宜于执行危险性大的任务，因此被广泛应用。 二、无人机的特点及技术要求 无人机没有飞行员，其飞行任务的完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成的无人机系统在地面指挥小组的控制一下实现的。据此，无人机具有以下特点: （1）结构简单。没有常规驾驶舱，无人机结构尺寸比有人驾驶飞机小得多。有一种无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻，体积变小，有利于提高飞行性能和降低研制难度。 （2）安全性强。无人机在操纵人员培训和执行任务时对人员具有高度的安全性，保护有生力量和稀缺的人力资源。可以用来执行危险性大的任务。 （3）性能提高。无人机在设计时不用考虑飞行员的因素。许多受到人生理和心理所限的技术都可在无人机上使用，从而突破了有人在机的危险，保证了飞行的安全性。 （4）一机多用，稍作改进后发展为轻型近距离对地攻击机。
（5）采用成熟的发动机和主要机载设备，以减少研制风险与经费投入，加快研制进度。联合研制以减小投资风险、解决经费不足有利于扩大出口及扬长技术与设备优势。 （6）研制综合训练系统。技术要求有: （1）信息技术包括信息的收集和融合，信息的评估和表达，防御性的信息战、自动目标确定和识别等； （2）设备组成包括低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型精确武器、可储存的高性能发动机及电动作动器等； （3）性能实现包括先进的低可见性和维护性技术、任务管理和规划、组合模拟和训练环境等。 三、无人机系统按照功能划分，主要包括四部分: （1）飞行器系统 包括空中和地面两大部分。空中部分包括：无人机、机载电子设备和辅助设备等，主要完成飞行任务。地面部分包括：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统，主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务，空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。 （2）数据链系统 包括：遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行，并将飞机的状态参数及侦察信息数据传到控制站。 （3）任务设备系统 包括：为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备。
无人机的飞行控制与导航 形形色色的无人机已经成为未来信息化、网络化战争基础性的作战装备,各国对于无人机系统的发展也不遗余力。然而很多人对于无人机系统及其技术全貌却并不一定有着清晰的了解。航空专家傅前哨将通过一系列文章,向你阐述无人机的相关技术及最新发展。 Q 无人驾驶飞行器系统都有些什么样的装备和设施? A 无人驾驶飞行器的使用需要一套专门的装置和设备。整个系统包括若干架无人驾驶飞机(或其它航空器)、地面控制系统(如遥控站)、地面支援保障设备以及起飞、回收装置等。例如,“猎人”军用无人机系统,共含8架可携带侦察设备的无人机、两个地面控制站、1个任务规划站、4个分离式接收站、1个发射回收装置等。无人驾驶的飞机、直升机、飞艇等主要由机体、动力装置、机载导航定位系统、飞行控制系统、起飞和回收装置以及有效载荷(如侦察设备、电子对抗设备、信息传输设备、机载武器等)组成。无人驾驶飞行器上没有乘员,因此领航员、驾驶员的任务需要由导航定位系统、飞行控制系统、自动驾驶仪等设备来完成。 Q 无人驾驶飞行器的控制方法有几种,各有什么优缺点? A 无人机的飞行控制方式较多,目前采用的主要有线控、有线电遥控、无线电遥控,程控等几种。 所谓线控,就是用手持的钢丝线对动力无人机进行操纵,此法多用于竞技航模。 有线电遥控是一种相对简单,且成本较低的操纵方式。地面站人员通过电缆或光缆将各种控制信号传输给无人机,操纵其飞行和工作,而无人机则通过电缆将侦测到的信息送回地面站。其缺点是受电缆长度,重量的限制,飞行器的航程和升限都不大,活动区域和观察范围较小。 一些小型的,微型的无人侦察机也采用目视遥控的方式进行操纵。这类无人机上大都安装有一部与手持式遥控器配套的小型多通道无线电接收机。机载接收机收到由地面遥控发射机发来的操纵指令后,将控制信号分配给各舵机,由其完成翼面,油门的控制,开启,关闭某些设备,完成对无人机的操纵。 超视距遥控的工作原理是,地面遥控站的人员通过目视、光学设备、雷达系统等,实时获取无人机的姿态,方位,距离,速度、高度等信息,并对其进行跟踪,定位和控制。当发现无人机偏离预定航线,空中姿态出现偏差或需要人为地改变其飞行状况时,地面站发出无线电遥控指令,操纵无人机恢复或调整其飞行轨迹,这种方式可称之为单向无线电遥控。某些无人机上装有机载数据采集与传输系统或专用的前视摄像装置,可通过数传电台或数据链向地面无线电测控站发送无人机自身的飞行数据等,并在地面站计算机上模拟显示出相关的仪表显示、飞机姿态、飞行航迹等。如果通过电视图像传输系统向地面遥控站发送现场的前视图像和座舱图像,地面站的人员还可根据无人机传回的图像和数据,监视、判断它的飞行情况,并通过遥控装置操纵其飞行,这种遥控方式被称为双向无线电遥控。现代无人机有许多机型都采用后一种遥控方式。而美国在20世纪70年代研制的F-15缩比自由飞模型和HiMAT无人驾驶研究机则采用了前一种遥控方式。 采用无线电遥控方式时,无人机的活动半径和飞行自由度主要受机载和地面遥控设备的发射功率、无线电波的传输距离以及飞行器本身性能的限制。受地球曲率、遥控设备发射功率等因素的影响,地面站的作用距离一般较短,往往只能用
一种小型智能化无人机飞控导航系统随着高新技术在武器装备上的广泛应用，无人机的研制正在取得突破性的进展。 世界上最近发生的几次局部战争，凸现出无人机在军事上的实用性。然而，飞控导航系统作为无人机的大脑和神经，在无人机的任务过程中扮演着关键角色。如何设计高可靠和智能化的飞控导航系统，是无人机设计师的终极目标。 目前，国内在起飞重量不超过300kg级的无人机上，飞行控制系统多采用PC104计算机结构或基于单片机两种分立式方案，重量重，体积大，集成化能力差。无人机的飞行控制主要采取两种形式：第一种是采取预先编制的控制程序，来自动控制飞行；第二种是由设置在地面、空中或舰船上的遥控指挥站来指挥。本文要给出了一种基于DSP集成式结构的小型智能型无人机导航飞控设计方案，将两种控制方式进行了有机结合，并已应用于某小型无人机上。经过试验，证明了该方法的可行性，为今后小型化、低成本无人机自动驾驶仪的设计提供了一种新的思路。 1. 系统设计原则 无人机系统应首先具备完整的惯性系统和定位系统，其次应当具有完备的飞行任务管理功能。为了增强飞行控制功能，应当保证不同飞行指令下的多模式的飞行控制能力，以便在人机交互的同时对飞机的稳定进行控制， 进行系统设计时，应当遵循在保证性能的同时尽量减小系统重量和缩小体积，硬件电路设计力求简捷和直接。要求性能与成本兼顾，并保证系统的可靠性。 2. 系统结构介绍 整个无人机系统由GPS/GLONASS接收天线及接收机、机载传感器、无线电接收系统、DSP机载计算机以及执行机构五部分组成。系统功能结构模块如图1所示。 其中GPS/GLONASS接收模块选用微小型接收装置；机载姿态传感器选用贴片式芯片；为了保证自主导航飞行时航向的精度，除了选取航向传感器外，还应用了一个光纤陀螺；无线电接收系统指的是无线电定位及与地面站（GCS）通讯时数据链路的机载接收装置；机载计算机包括3个DSP处理器：GPS接收解码DSP，导航DSP 和飞控DSP；舵机选用Futaba专用舵机。整个飞控导航系统体积仅为180×120×70 mm，总重量不超过1.5kg（包含安装壳体），如图2所示。
无人机系统自主控制技术研究现状与发展趋势 随着信息传输技术的快速发展，无人机系统逐渐成为当代信息获取与信息传输的技术手段。因为其具有较高的灵活性与自主性，能够对战场进行全方位的即时监测与信息收集。近年来，无人机已经逐渐实现了系统的自我控制，一定程度上提升了系统的智能化水平。本文将在对无人机系统自主控制技术研究现状的阐述基础上，进一步分析探讨其发展趋势。 标签：无人机系统；自主控制技术；研究现状；发展趋势 目前，无人机系统整体研发水平还处于较低水平，主要体现在其自主性与智能化程度不高。还主要是依靠地面操作人员或预设程序进行远程控制，这在很大程度上限制了无人机功效的发挥。所以当务之急，是进一步提升无人机系统的自主性与智能化水平，提高作战能力。 一、无人机系统自主控制技术发展现状 近年来，西方发达国家在无人机自主控制技术方面的研究取得了较大的进展，其主要体现在自主控制智能态势感知系统的研发与提高UVI自主水平的预测控制模型的建立，并且本分研究机构提出了无人作战飞机可靠的自主控制技术。就当前世界各国成熟运用的无人机系统而言，美国的“全球鹰”和“捕食者”无人机系统达到了2～3级ACL；无人战斗武装旋翼机将达到7～9级ACL；联合无人空战系统将实现5～6级ACL。目前，由于我国对无人机系统自主控制技术的研究起步较晚，无人机平台的自主控制能力还比较低，只能解决一般性的飞行控制问题，对于更加复杂的飞行任务还不能顺利完成，如对于敌方高密度防空火力下的大纵深火力侦察或直接打击等。在复杂的飞行条件下，无人机的自主飞行控制一直是一个研究难题，如无人机自主飞行控制中自主着陆、飞行调整、路径设置与飞行规划等问题。我国学者对此的研究已取得一定成效，例如提出了无人战术飞机分层式智能控制结构以及无人作战飞机可变权限自主的方法及结构等。 总体而言，国内外在无人机系统自主控制技术方面缺乏较高的水平，在不确定时间中，其处理、判断与感知方面的能力明显不足，往往只能实现确定环境中的半自主或自主控制，这样是并非是真正意义上的无人机自主控制系统。不过随着科技的发展，无人机系统也在逐步完善，现已经开始向“人在回路上”的监督控制方向转变，从而达到完全自主控制的目的。 二、无人机系统自主控制技术发展趋势 在无人机系统的自主控制技术方面，我国的研究起步较晚，也缺乏有效的手段来快速的处理、传输和获取信息，因此需注意以下无人机自主控制技术的发展趋势。 （一）无人机系统自主控制系统更加自主化
九天创新地面控制系统简介 深圳市九天创新科技有限责任公司 二零一六年八月
地面控制系统 1)概述 九天自主研发《地面控制系统》，实现人机实时交互连接,可分别操控固定翼无人机、四旋翼无人机和多旋翼无人机等多种机型。 地面控制系统是无人机的飞行控制终端,拥有友好的操作界面，是给无人机发送各种控制指令、规划飞行任务、实时显示各项飞行指标参数的控制系统。 通过对地面控制系统的操作，能够精准控制无人机的飞行，实时对无人机的飞行状态进行监测，以确保无人机安全起飞和降落，最终顺利地完成航拍作业任务和进行数据管理。 地面控制系统界面 在地面站软件的操作界面中主要包含工具栏、地图视图窗口，侧
边栏等。 工具栏主要是对地图缩放、定位、切换地图类型及目标航点。地图视图窗口可浏览飞行区域的航迹规划状况、飞行区域的地理信息等。而侧边栏主要包含飞行数据、航迹规划和飞行记录三项，分别能够对无人机进行实时监控、规划航迹及飞行记录的下载等。 2)工具栏 目标航点切换：飞行过程中切换飞行目标航点。 地图定位：将地图缩放并定位到回家点或者飞机定位点。 地图缩放：地图放大缩小控制指令。 地图类型：地图类型切换，卫星影像与矢量地图。 3)飞行数据监控 飞行数据监控是通过查看地面站软件右侧的重要飞行数据，对无人机飞行状态进行实时监控。其包括飞行状态、飞行参数。
4)飞行参数 飞行参数包括无人机当前飞行姿态参数、气压高度、目标航点等信息. 屏幕上直观显示飞行状态（横滚俯仰），以及机头指向、当前航飞高度（相对起飞高度）、目标航点（无人机要飞向的航点，到达目标航点后飞向下一航点）。 指令发送 航线规划 在地图中找到规划区域进行航线规划。
浅谈无人机飞行控制与自主驾驶 摘要： 无人机系统是未来进行信息对抗、夺取信息优势、实施火力打击的重要手段。"自主性"是无人机系统区别于有人机最重要的技术特征,实现无人机系统的自主控制,提高其智能程度,是无人机系统的重要发展趋势。本文简单对无人机系统自主控制问题进行了阐述,;分析了无人机系统自主控制技术的研究现状，最后对无人机系统自主控制技术的发展趋势进行了展望。 关键词：无人机飞控系统自主控制人工干预智能化 引言： 无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。当今无人机研究的热点问题在于无人机的自主性和智能化，故本文浅谈一下当今的热点。 正文： 一、无人机较有人驾驶飞机的优势与劣势 无人机是军民两用产品，以军用为主。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，备受世界各国军队的青睐。但另一方面，目前大多数无人机都离不开人的控制，也即无线电操控或者自主控制与人工干预相结合，这在某种程度上就限制了无人机的使用，而目前应用的无人机自主控制系统大都只能让无人机完成简单的动作，航线也是预先设定的，难以应对紧急情况和复杂空情及气象条件，灵敏性和可靠性都不如有人驾驶飞机。在这种情况下看来，无人机在短时间内还不能完全取代有人机的地位。 二、无人机飞控与管理系统 无人机飞行控制与管理系统的一般组成：飞行控制是无人机飞行控制与管理系统的最基本的功能。一般来讲, 无人机飞行控制的基本模态包括俯仰/滚转姿态的控制与稳定、高度控制与稳定、速度控制与稳定、侧向偏离控制以及爬升/下降控制等。这是无人机执行任务中最常用的控制模态。由于机上无人, 加之高性能的侦察任务设备一般具有稳定平台, 在巡航飞行中对于无人机的控制一般更侧重于对空速和轨迹的控制。无人机飞行控制与管理系统的配置取决于任务使命, 可以是简单的由GPS接收机、动/静压传感器、垂直陀螺、速率陀螺、飞控计算机以及航模舵机组成的系统，也可以是由多余度传感器、余度计算机和余度作动系统构成的复杂余度系统。无人机飞行控制与管理系统一般与测控系无人机的飞行
双G P S I N S组合导航系统在无人机飞控系统的 应用 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
双GPS+INS组合导航系统在无人机飞控系统的应用 1背景 无人驾驶飞机是一种有动力、可控制、能携带设备、执行多种任务、并能重复使用的无人驾驶航空器，简称无人机(Unmanned AenM Vehicle缩写UAV)。自1913年世界上出现第一个自动驾驶仪以来，无人机受到越来越多国家的重视，发展迅猛。目前从事研究和生产无人机的有中国、美国、俄罗斯、以色列、法国、英国和南非等近3O个国家，无人机基本型数量已增加到多种。鉴于其独有的低成本、低损耗、零伤亡、可重复使用和高机动等诸多优势，其使用范围已拓宽到军事、民用和科学研究三大领域。在军事上可用于照相侦察、信号情报搜集、布撒雷达干扰箔条、防空火力诱饵、防空阵地位置标识、直升机航路侦察，为武器系统提供目标定位、目标指示、目标动态监视和目标毁伤评估的实时情报等；在民用上，可用于农作物种植和施播、救护定位、桥梁大坝检测、输油管、天然气管道、悬挂电缆、铁路、高压线的监视，公路交通及危险品的运输监视等；在科学研究上，可用于大气研究、对核生化污染区的取样与监控、新技术新设备与新飞行器的试验验证等。随着航空技术的发展以及对无人机越来越广泛的需求，无人机飞控系统向着高精度、小型化、数字化方向发展。高精度要求无人机的导航控制精度高、稳定性好、并且实时性要求高，能够适应复杂的外界环境，因此控制和信号处理算法比较复杂、计算速度快、精度高。小型化则对驾驶仪系统的重量和体积提出了更高的要求，要求处理和控制计算机的性能越高越好，体积越小越好。这些条件在设计系统时都要综合考虑以达到最优化的性能设计。
无人机导航系统综述 摘要：本文首先简要介绍几种适用于无人机的导航系统及其实现原理，然后根据各种导航系统的优缺点，阐述近年来已成功应用或正在广泛研究的组合导航方法，最后对无人机导航技术的发展趋势进行分析与预测。 关键词：无人机；导航系统；组合导航；综述 Abstract: Firstly this paper briefly describes some of the navigation systems applicable for UA Vs and their principles of realization. Then some approaches of integrated navigation that has been applied or under research these years are listed based on the advantages and disadvantages of different navigation systems. In the end we analyze and anticipate the development trend of the navigation technology for UA Vs. Key words: UA V, navigation system, integrated navigation, survey 中图分类号: V279+.2 文献标识码: A文章编号: 引言 无人机导航是指无人机在飞行过程中确定其位置和方向的方法或过程，涉及数学、力学、光学、电子学、自动控制及计算机等多个学科[1]。 导航系统的性能直接关系到航行任务的完成[2]，因为无人机只能依靠飞行控制系统来实现自动飞行，而飞行控制系统的反馈输入来自于导航信号，即机载计算机对于当前位置和（或）速度的估计，如图1所示。 图1 无人机航迹跟踪工作方式示意图 虽然时至今日已有多种类型的无人机导航技术被研发和使用，但是在应用中需要根据实际需要选择最适合的导航技术。有时单一的导航技术不能满足性能指标的要求，此时需要借助于组合导航技术，将两种或两种以上的导航技术结合起来实现优势互补以提高导航系统的综合性能。 本文将首先简要介绍可应用于无人机的几种导航技术：惯性导航、卫星导航、多普勒导航、天文导航、地磁导航；然后列举出已被应用或理论上可行的组合导航方法；最后根据近年来对导航技术的研究成果分析和预测未来无人机导航技术的发展趋势。 2无人机导航技术的实现原理