四旋翼飞行器机载目标视频跟踪与控制技术研究(7)

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2 )未来的微型四旋翼飞行器将完全能够达到美国国防预研局对MAV基本技术指标的要求。随着低雷诺数空气动力学研究的深入，以及纳米和MEMS技术的发展，四旋翼MAV必然取得理论和工程上的突破。它将是一种有4个旋翼的可飞行传感器芯片，是一个集成多个子系统 ( 导航与控制、动力与能源、任务与通信等子系统)的高度复杂MEMS系统；不但能够在空中悬停和向任意方向机动飞行，还能飞临、绕过甚至是穿过目标物体。此外，它还将拥有良好的隐身功能和信息传输能力。

3 )微小型四旋翼飞行器的编队飞行与作战应用。在未来的战争中，微小型四旋翼飞行器的任务之一将是对敌方进行电子干扰并攻击其核心目标。单个微小型飞行器的有效载荷量毕竟有限，难以有效地完成任务，而编队飞行与作战不仅可以极大地提高有效载荷量，还能够增强其突防能力。

飞行控制是四旋翼飞行器研制的关键。首先，很难对四旋翼飞行器进行精确的建模分析。飞行过程中，四旋翼飞行器不但同时受到多种物理效应的作用，比如：空气动力、空气密度和陀螺效应等，还容易受到气流等外部环境的干扰。因此，很难获得准确的气动性能参数，难以建立有效、准确的动力学模型。其次，

设计采用现代控制理论的控制器，虽然现代控制理论设计的控制器理论上性能非常好，甚至可以设计数学上最优的控制器。但是所有的现代控制理论都要基于对被控对象的精确建模上，模型本身如果非常不准确，那么以此设计的控制器的性能将很难做到最优。再次，利用惯性测量单元获得四旋翼飞行器的姿态等信息，通过状态估计方法获得必要的状态反馈是实现自主飞行控制的难点。这四个问题解决成功与否，是实现四旋翼飞行器自主飞行控制的关键，具有非常重要的研究价值。四旋翼飞行器具备垂直起降飞行器的所有优点，军事上可应用于情报获取、

地面战场侦察和监视、近距离空中支持和禁飞巡逻、电子战、通信中继等方面；在民用领域，如重大自然灾害之后的搜索与救援，巡逻监视和目标跟踪，缉毒和反走私，高压线、大桥、水坝和地震后路段的检查，航拍和成图等。总之，四旋翼飞行器飞行控制技术的研究，从理论和工程的角度都具有重要意义。

根据四旋翼飞行器发展现状和相关高新技术发展趋势，预计它将有以下发展前景。1.随着相关研究进一步深入，四旋翼飞行器技术会逐步走向成熟与实用，任务规划、飞行控制、GPS 导航、视觉和通信等子系统将进一步健全和完善，使其具有自主起降和全天候抗干扰稳定飞行能力。

2.随着低雷诺数空气动力学研究的深入和MEMS 技术的发展[15]，四旋翼飞行器必然取得理论和工程上的突破。它将是一种有四个旋翼的可飞行传感器芯片，是一个集成多个子系统（导航与控制、动力与能源、任务与通信等子系统）的高度复杂MEMS 系统；不但能够在空中悬停和向任意方向机动飞行，还能飞临、绕过甚至是穿过目标物体。此外，它还将拥有良好的隐身功能和信息传输能力。

3.四旋翼飞行器的编队飞行与作战应用。在战争中，四旋翼飞行器可以对敌方进行电子干扰或攻击其核心目标。单个飞行器的有效载荷量有限，难以有效地完成任务，而编队飞行与作战不仅可以极大地提高有效载荷量，还能够增强其突防能力。

飞行器总是有着巨大的吸引力，鼓舞着科研人员不懈地进行各种研究和开发。近年来，传感器、驱动、处理器以及能源供给等在技术方面有了实质性的发展，为四旋翼飞行器出现的各种新应用提供了实现的可能。与固定翼飞行器相比，VTOL AFCS(垂直起降自动飞行控制系统)具有独特的功能，从而允许其在困难或不可能的场合下工作，例如进行定点的侦查和监视。由于四旋翼飞行器是具有四个输入力和六个坐标输出的欠驱动旋翼式飞行器，从而可知四旋翼飞行器是能够准静态飞行(如盘旋飞行)的飞行器。