机载目标视频跟踪与控制技术研究控制系统硬件设计(2)

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结论 39

致谢 40

参考文献 41

1 绪论

1.1 课题背景

一般将能在空中飞行的飞机称为航空模型（简称航模），无人机（Unmanned Aerial Vehicles，UAV）[1,2]就是一种典型的航空模型。所谓无人机，指的就是通过无线电遥控或者通过自身的程序控制的不载人的飞机，是一种由动力驱动、无线电遥控或自主程序控制、机上无人驾驶、可重复使用的航空器。无人机飞行的全过程都可以在电子设备的自动控制下完成,无需飞行员在机舱中操作驾驶。它的特点是成本低、便于使用、应用范围比较广、战场生存能力特别强，受到了世界各国军队的普遍关注。近30年来，随着微电子、通信、材料及推进系统等技术的迅猛发展[3]，无人机得到了长足的进步，于无人机还具有准确和高效的侦察、干扰和欺骗等特点，加上无人机在20世纪90年代以来几场局部战争中的成功战例，世界各国开始重视无人机的研究与发展。

由于无人机具有造价不高、可重复使用、应用范围广、可携带不同装备和执行多种任务等优点，因此无人机在民用方面也渐渐得到了广泛的应用。例如在地质探测、农业播撒、空中通讯、灾害调查、气象观测以及环境监测等领域[4]，无人机也发挥着越来越重要的作用。

与载人飞机相比,无人机具有许多优点[5]。

首先,设计自由度大。在设计上无人机没有驾驶舱及相关的救生设备,除降低了飞机的重量和成本外,还大大放宽了飞机设计的一些限制,如飞机发动机的位置可以更加合理。由于不考虑人的因素,飞机的机动载荷因数可以更高,可以采用更先进的气动布局、结构设计。论文网

其次是成本低。在设计制造上无需复杂的机体和种类繁多的各种机载设备,只需一些必要的传感器。而且使用和维护费用低,操纵人员培训相对简单。与常规飞机相比,使用维护成本可节约达50%之多。

第三,无人机可以执行一些对于有人驾驶飞机来说非常危险的任务。

第四,无人机的突防能力较强,生存力高。

发展至今,无人机技术已经比较成熟并且正朝着多元化路线发展,固定翼无人机和单桨直升机是最常见的无人机,占据绝大部分市场份额。固定翼飞机在可控性、最大有效载荷和机动性方面略具优势;直升机在固定飞行、慢速飞行、垂直起降和室内飞行方面有明显的优势。直升机是最复杂的飞行器之一,它的复杂性在于它的多功能性和灵活性以用来完成各种不同的任务"传统的直升机按照常理都装备有一个主桨和一个尾桨。另外,其他存在的直升机类型包括两侧成对旋翼或者一前一后两个旋翼直升机和共轴双旋翼直升机。

四旋翼飞行器并不是一种新式的结构,早在1922年它就问世了。1921年1月,美国空军与Dr.George de Bothezat和Ivan Jerome签定了一份发展垂直飞行的机器的合同。这个1678 kg X结构的庞然大物是由位于9m臂梁末端的直径8.1 m的六桨叶的旋翼支持的(见图1.1)。在每个侧臂的末端有两个可以任意倾斜的小推进器，用来控制前进和偏航。首飞于1922年10月成功举行，虽然只能达到5 m的高度，与当初设想的100 m的差距较大，但毕竟是飞行史上的一大跨越。De Bothezat论证道:他的设计能够非常稳定，而且如果应用到实际上去，理论上可行。

Bothezat的四旋翼飞行器