飞机电子新技术应用论文

现代战斗机的飞行试验摘要:根据近几年新机飞行试验的工程实践,结合国外飞行试验的经验,叙述了现代战斗机飞行试验的特点,包括飞行试验的架次和周期,机载测试和地面实时监控,地面支持设施,它机试飞和组织管理;由于电传操纵显得更为突出的飞行试验技术,包括飞控系统稳定裕度、颤振和气动伺服弹性(ASE)、人机闭环飞行品质和大迎角试飞技术,提出了国内飞行试验工作方面目前存在的若干问题.关键词:飞行试验;飞行控制;飞行力学;电传操纵;现代战斗机现代战斗机即所谓第三代战斗机,如:F16,F18,CY-27,Rafale,EF2000等,有如下特征:先进的气动布局,电传飞行控制系统,高度综合化的航空电子系统,高性能的动力装置,包括复合材料的优化结构.由于采用了这些新技术,使飞机具有宽阔的性能包线,优良的飞行品质,突出的机动性,多功能通讯、导航、武器火控和电子战的能力.这些特点给现代战斗机的飞行试验带来了许多不同于以往飞机的飞行试验要求、内容、规模和技术.本文主要根据自己的飞行试验实践,结合国外第三代飞机的试飞经验,概述了现代战斗机试飞的特点、组织管理和试飞技术以及存在的某些问题.1现代战斗机飞行试验的特点试飞架次和周期现代战斗机的试飞架次约1500~4000次,试飞时间约2000~5000h.试飞周期大约是整个飞机研制周期的1/4~1/2,自然时间3~8a.之所以规模如此之大,耗时如此之长,其主要原因是:1)飞机包线宽阔为安全起见,速度、高度、过载、迎角等包线扩展都要循序渐进,逐步扩展.全加力情况下,每分钟耗油达几百公斤,这样一个架次中做动作的时间只有几分钟.诸如此类的因素会增加很多试飞起落.2)飞机功能多、构型多、武器种类多现代飞机功能全,作战对象多,模式多,空/空、空/地、空/海;通讯、导航、识别;作战、巡航、侦察,电子战,空中加油等.任务和目的不同,带来许多不同试飞剖面和试飞构型.3)新技术应用多、系统余度多现代战斗机是先进技术的综合,否则不可能体现整体作战性能.这样就使得飞机需要验证的新技术多,需要考核的系统多.为了飞机的可靠性和生存力,绝大部分的系统都采用了余度的概念.多数情况下,正常系统和应急系统,系统重构和转换都要加以验证,这也是造成飞行架次多的重要原因.机载测试和地面实时监控现代战斗机试飞的参数采集量达几千,地面实时监控参数达一、两千个.机载测试参数多的原因1)系统复杂,需测试监控和验证的参数多一个四余度的数字电传操纵系统所需采集的参数约几百;航电系统主总线的数据量一千以上.如果要测试记录各个分系统的内部总线信息,其总信息量会成倍增加.2)加装测试传感器为了考核飞机及系统性能,了解飞机及系统的工作环境,试飞过程中往往需要测试大量的应变、振动、流量、压力、温度等,需要加装的传感器很多.这一部分的参数量达几百个.3)综合试飞的需要为了提高飞行试验的有效性,缩短试飞周期,减少试飞起落,尽可能采用综合试飞技术,要求飞机测试的参数尽可能覆盖各专业的需要,为此增加了测试参数数量.4)参试飞机互为备份的概念参试飞机出现故障甚至出现意外事故的可能性是存在的.为了不影响整个工程的进度,采取了参试飞机间互为备份的概念,这就要求两架飞机的测试参数要能够相互覆盖,增加了飞机参数的测试量.要求地面实时监控的原因1)保证飞行安全现代战斗机的座舱信息非常丰富,但仍然是总体性的.对于系统内部的细微变化不可能都显示出来.即使能调出详细信息,由于试飞员精力有限,必须靠地面专业人员协助监控飞机及其系统的状况.对于那些需要计算而且通过判据识别风险的特性参数,如颤振阻尼,系统稳定裕度等更需要地面实时解算和监控.2)提高试飞效率由于地面监控具有实时计算能力,试飞结果可以及时得知,这就可以决策下一个起落可否进行,如何进行,是否需要补充试验点或增加试飞动作等等,这样可以大大提高飞行效率.地面支持设施现代战斗机的飞行试验更大程度地依赖地面设施的支持.这里仅列举三项地面设施.1)飞行仿真飞行仿真对于飞控系统控制律开发、验证和优化起着至关重要的作用.对于试飞,它对试飞员的培训、试飞计划编排、任务单演练、试飞结果预测、安全措施拟订都具有重要的作用.特别是对那些风险科目,意义更加重大.把飞行模拟器作为一个培训和交流平台,可收到多、快、好、省的效果.2)航空电子实验室这是系统综合、开发和验证设施,也是试飞过程中排故、试飞方案制定和预演的平台.从经验来看,一个综合性强、使用方便的试飞现场航空电子系统支持设施是非常必要的.3)机载测试系统地面支持设施现代战斗机试飞,要求有很复杂的机载测试系统.这个系统的规模和复杂性不亚于飞机上一个大型的子系统,其采集记录和遥测传输的信号类型几乎覆盖了全机系统所有的信号类型.为了保证这套系统配套合理、检校准确、集成可靠、操作方便、排故迅速,同样需要一套完备的地面支持实验室.它机试飞它机试飞,是型号试飞的重要组成部分,其主要目的是减少主机风险,缩短主机试飞周期,培训试飞员.这里主要提及两种试验机,一是空中飞行模拟试验机;二是空中航空电子试验机.空中飞行模拟试验机主要是验证本机飞行控制律是否满足飞行品质规范要求,从而优化设计;另外一个主要目的就是培训试飞员.美国空军所有新机必须经过空中飞行模拟这个环节.航空电子试验机在现代战斗机试飞中承担着非常重要的任务,这是因为现代航空电子系统的综合程度高,软件复杂,敏感单元多,天线既多又密,对环境非常敏感,地面环境很难代替空中.一般说来,包括雷达和电子战的航空电子系统在空中它机试飞的时间需要有几百飞行小时.总之,现代战斗机应用的新技术越多,它机试飞越需要.现代战斗机试飞的组织管理一流飞机的诞生需要有一流的设计、制造,也需要有一流的试飞.而从事一流试飞又必须有一个集研制、试飞和使用方于一体的联合试飞力量.基于这种理念,现代试飞的组织管理出现两个原则:即联合试飞和主场地原则.所谓联合试飞,即飞机及其系统的研制厂所,试飞鉴定单位和使用部队共同组织一个试飞队伍,从制定试飞方案和计划到处理和分析技术问题,分工负责,共同磋商,相互支持.对于一个重大型号来讲,参加这种试飞的人数多达数百人.为了开展联合试飞,在试飞地点的选择上采用主场地原则(principale site),即整个试飞尽可能集中于一地进行.力求避免重复,缩短周期,也便于集中优势力量让试飞顺利进行.2飞行试验技术任何一种航空新技术应用都要有相应的新的试飞手段来考核验证.或者是试飞新机动动作,或者是新采集记录方法,或者是新的数据处理软件.但是对现代战斗机来说,对飞行试验技术影响最大的莫过于电传飞机的飞行控制系统,这里仅就这方面的某些试飞科目做一简述.飞控系统稳定裕度试飞控制系统稳定裕度测试这是一般实验室利用通用设备进行的一项常规工作.但是要在飞行中测试飞行控制系统的稳定裕度就要解决许多特殊问题.1)系统输入系统的输入是驾驶杆力或位移,它是通过驾驶员手工扫频来实现的.频率为0·2~5Hz.要求驾驶员从低频到高频连续扫瞄,尽可能使各个频点有足够的谐波信息.扫频的幅值要适当大,以便克服非线性影响.不同频率下的幅值也尽可能保持相等.与此同时,还要尽可能保持飞行状态不变.要做到这一点主要靠试飞员平日训练,特别是飞行模拟器上的训练.2)系统输出系统输出点的选择要根据系统状态,因为飞控系统是一个多回路系统,多个操纵舵面,且舵面之间有交联.一般说来,将驾驶杆指令作为输入,而系统总反馈信号作为输出,计算出开环频率特性,即可得出系统的相位储备和增益储备.特殊情况下,需要测试某一特定控制环的稳定储备,只要这个特定控制环的输入和综合反馈信号是可测的,或是间接可测的.3)数据处理可以采用专用的频率特性处理软件得到系统频率特性,但是对信号的滤波处理非常重要,它直接影响处理结果的有效性.颤振激励颤振试飞历来是飞机试飞中最受关注的课题,因为它直接影响飞行安全.颤振激励的方式很多,其中火箭激振是传统的试飞方法,这种方法简单、作用时间短,特别在全加力或俯冲状态情况下,作用时间显得十分宝贵,但对于电传操纵的飞机来说,必须采用一种新型的颤振激励系统,即用一种机载信号发生单元将各种激励信号通过飞控舵机驱动舵面,从而激励飞机结构和系统响应.这种激励方法的优点是各谐波激励能量集中,效果好;更重要的是,这种方法能测取所需测量点的输入信号,从而进行频率特性分析,得出气动伺服弹性(ASE)稳定裕度.这种方法的最大问题是把飞控系统的动态特性带入整个系统动态特性中去.这就要求数据处理分析中把这些特性分辨出来,以便进行结构动特性分析.另一方面,由于舵机频带限制,使高达50~70Hz的结构模态很难激励出来,这就要求在激励幅值的选择上采取随频率变化,激励幅值也自动改变.如果不这样做,从低频到高频采用同一幅值,要么低频响应过大,影响安全;要么高频响应激励不出来,无法分析.各种激励方法都有其优缺点,发展趋势是用多种激励方法进行关键状态的颤振试飞,以便得出合理和可靠的结果,所付出的代价是增加了飞行起落和时间.值得注意的是,利用飞行中大气紊流对飞机激励响应,进行颤振分析是极有前途的,既安全又节省.事实表明,许多情况下大气紊流的激励能量是相当可观的,甚至比人工激励的能量还要大.还应该指出,在新机试飞中采用的颤振激励系统(FES)不但用于颤振和ASE激励,还可以进行飞控稳定裕度试飞.尤其是航向系统稳定裕度试飞,必须依赖这种设备,因为驾驶员很难用脚蹬去进行人工扫频.FES还可以产生其它信号进行其它科目的试飞,如:阶跃、脉冲,“3211”等,这对操稳分析和系统辩识具有极重要的意义.总之,FES对于试飞工程师们来说具有无限的潜力.人机闭环飞行品质试飞只要是有人驾驶飞行器都有人机闭环飞行品质问题.由于电传操纵系统具有突出的高阶性、高增益性和时间延迟,加上系统内增加了各种信号交联,使得飞机和驾驶员行为之间的耦合关系更为复杂.在一般情况下,因为控制律不断的优化和迭代,使电传飞机具有优良的飞行品质;但在特殊情况下,如驾驶员执行高增益的任务,就有可能形成飞行品质的突降(cliff),产生人机闭环耦合振荡.因为这种情况不是经典的开环品质指标所能反映的,所以现代战斗机试飞强调人机闭环飞行品质试飞.这种试飞就是给飞行员一个高增益任务,如精确跟踪、空中加油、定点纠偏着陆等等,飞行结果和结论主要依赖驾驶员定性评述,参考一定的飞行参数,甚至整理出一定的闭环性能指标,如HQDT(跟踪操纵品质)等.应指出的是,这些试飞验证能说明一定问题,但不能说明全部问题.主要原因是所谓的驾驶员高增益与心理有关,很难形成和确定.截止目前为止,没有一套公认的、可用于工程判断的性能指标去辩识是否存在可能的驾驶员诱发振荡(PIO)问题.既要按常规品质规范检查各种开环指标要求,也要进行人机闭环飞行品质试飞.同时,还要用变稳飞机对试飞员进行飞行品质培训.应该特别指出的是,速率饱和非线性是造成人机闭环耦合振荡的主要因素之一.如果由于某种原因,如临近跑道的局部气流扰动引起驾驶杆修正过快过大,造成飞控系统速率饱和,从而使飞机响应对操纵指令的相位滞后达到180°,形成PIO,这是一种非常危险的情形.不少电传飞机失事都与此相关,对此应引起新机研制者和飞行试验工程师足够警惕,应从飞控系统研制、飞行员培训和飞行试验方案上做更多的工作,防止事故发生.大迎角试飞航空技术愈发展,大迎角试飞变得愈重要.过去的战斗机研究大迎角主要是研究飞机气动特性,防止飞机进入失速/尾旋,一旦进入如何改出,保证飞行安全.那时的飞机机动只把迎角使用到十几度的范围;今天的三代机除研究它的气动特性外,还要研究大迎角的控制律,把正常的飞机使用机动迎角扩展到限制器的范围,例如近30°,而且要验证控制律能否自动防止进入失速/尾旋,一旦进入也能自动改出到安全范围.随着矢量推力技术的应用,下一代战斗机把飞机更大范围的迎角作为正常使用迎角,即过失速机动,使用迎角达50°以上.所有这些都必须通过飞行试验来验证,迎角越大,地面风洞数据可靠性越需要飞行试验来验证.对现代战斗机的试飞,大迎角试飞分为可控区和非可控区两个阶段,在迎角限制范围内为可控区;在迎角限制器范围之外为非可控区.在可控区范围内,通过试飞来考核飞机在20°~30°迎角范围的操纵性和稳定性;确定最小机动速度和最小平飞速度;检查和验证迎角限制控制律的正确性和合理性.在试飞方法上,用常规的操纵动作,如阶跃、脉冲、扫频、纵横航向复合操纵来考核飞机的飞行品质.不过其操纵幅值较常规操纵要大,逐步达到极值,操纵速度也偏于急猛.因为在迎角限制器范围内,失速迎角尚未确定,但确定最小机动速度和最小平飞速度对部队使用又非常重要,为此用保持45°稳定盘旋所达到的表速确定为最小机动表速;用稳定平飞所达到的最小表速作为最小平飞表速;用收敛转弯和减速转弯来验证迎角限制器边界.应该指出,即使进行可控区内的大迎角试飞也应该采取适当的安全措施.这种措施应包括两个方面:一是在控制律中设置临时限制边界,即在最大边界内按2°之差设置2个临时边界,即αmax-4°和αmax-2°,逐步达到αmax;另一个措施是加装反尾旋伞,一旦由于某种特殊原因使飞机进入失速/尾旋,通过正常方式又无法使飞机改出来时,可以通过反尾旋伞使飞机恢复到可控状态.有了这些措施,还可以进行一些较为激烈的战术机动动作来考核迎角限制器的可靠性.如果这些试飞表明,飞机还有放宽迎角限制器的潜力,还可以在αmax的基础上按2°的增量适当扩大飞机的迎角限制包线.可控区试飞结束后,应进行超出α限制值的非可控区的大迎角试飞.进入该区有两种方法:一是使用飞控系统的直链摸态,直接进入失速/尾旋试飞,前提是此时飞机应可控;另一种方法是人工切断迎角限制器,试飞员通过正常系统使飞机进入非可控的大迎角区,首先考核飞机失速和偏离特性以及反尾旋摸态的功能和可靠性;最后还要进行失速/尾旋试飞,确定飞机大迎角气动特性以及进入失速/尾旋后的改出方法.大迎角试飞是一项风险性极大的试飞科目,最大风险在于飞机的行为难以准确予测.为了减少风险,作好充分的技术准备是非常必要的,包括仔细研究风洞试验结果,特别是垂直风洞试验结果;进行模型试飞,摸清飞机的尾旋摸态和改尾旋方法;在此基础上,进行充分的地面模拟和试飞员培训.同时,还要研制和落实有效的反尾旋措施,一般反尾旋伞更为合适.飞机测试对于尾旋试飞也特别重要,尤其是迎角传感器,其范围选择和校准显得更为突出,必要时要专门研制能适应大范围测试的迎角传感器.3飞行试验存在的问题几年来,飞行试验事业有了质的飞跃.从试飞技术、设施建设、试飞员培训、软件开发、机务保障以及试飞组织管理等各方面都有长足的进步.但是我国的飞行试验仍然存在许多不足之处.1)对飞行试验的认识较为肤浅许多人简单认为,试飞是型号研制的最后阶段,没有从顶层上、从深度上把它作为一个系统的工程科学来认识.一种新型号,往往一到试飞就急功近利,急于求成.正确的做法是从工程总体方案中就应规划试飞,从飞机设计开始就要进行飞行试验设计,从投入和周期上都要给飞行试验留有充分的余地.应该认识到,所谓原型机不过是为了达到使用技术要求而研制出来的试验机.有了这个思想,许多飞行试验的问题在设计中均应考虑.试飞员和试飞工程师是飞机设计成员的一部分.只有这样才不至于使型号试飞过于吃力,捉襟见肘,甚至把许多重要问题留到部队使用中.2)预研和技术攻关不够试飞是一门实践性极强的科学,要与时俱进,许多技术发展要领先研究.由于基础工作开展得不够扎实,真正到了型号定型试飞,时间和人力都不允许做过细工作,这势必影响试飞的安全、质量和效率;有些最基础的科目都无法全面进行.3)它机预先验证不够型号试飞的一个基本原则是:能在地面解决的问题不要带到天上;能在它机上分担的风险,不要带到本机上.对这个基本原则贯彻不够.特别是航空电子系统.航空电子系统本机试飞周期最长,实际起落不多,大部分时间在排故和优化系统.有些功能和性能考验不充分.飞机到了部队还在不断改,不断飞,难以形成战斗力.不能不说是一种教训.美国F22的航电软件系统在地面综合试验达1~2万小时,在波音757飞机改装的电子试验机上综合飞行达4~5百小时.他们的做法值得借鉴.4)试飞员培训仍有较大差距与国际水平相比,试飞员理论和实践培训都不够,与国际交流也非常不够.在一些人的头脑里,似乎试飞员和飞行员没有多大差别,这是试飞科目进行得不够深入的重要原因之一.5)试飞与设计结合的不紧密当前飞机设计介入试飞的深度有了改观,但试飞介入设计的深度太浅,这种情况直接影响到试飞的质量.应该说这是两门学问,彼此不能相互代替,只能是互相结合,才有利于航空事业的发展.4结论1)现代战斗机飞行试验的特点是试飞起落多;机载采集记录和地面实时监控参数多;更大程度依赖地面设施支持;它机试飞是现代战斗机试飞工作的重要组成部分;在组织管理上贯彻联合试飞和主场地原则.2)在试飞技术上,电传操纵的应用使现代战斗机的试飞技术与以往飞机有很大区别,如飞控稳定裕度试飞;颤振/ASE试飞;人机闭环飞行品质试飞;大迎角试飞等等,都必须高度重视.3)虽然我国飞行试飞技术较以前有了很大的提高,但仍然存在许多问题有待于去思考和改进.这些问题主要是对飞行试验的认识肤浅,对试飞技术的予研和攻关不够,对它机试飞的作用重视不够,对试飞员的技术培训有待加强;试飞和设计彼此之间的融合仍需努力.

在信息社会中,航天技术的作用将变得更巨大,终将彻底改变地球上的面貌。下面是由我整理的航天技术论文2000字，谢谢你的阅读。

航天技术与信息现代化

摘要介绍了空间信息高速公路的概念、特征,及其对应用卫星的需求,并论述了空间信息高速公路对社会经济发展的巨大推动作用。

经由卫星实况转播这个 短语 是航天技术取得巨大成就的象征,随着卫星通信广播事业的快速发展,这个短语已逐渐被人们省略,而成为日常生活中普遍公认的传播方式。卫星通信用电波把整个世界既快又准确地联系在一起,这种联系一旦中断,经济发展的速度将会大大放慢。

人类社会正进入信息社会,信息已成为世界上最重要的战略资源。信息技术是当代最为活跃的生产力。应用信息技术可提高工农业和服务行业的效益及竞争能力,促进管理和决策的科学化, 推动国民经济各部门逐步转移到新的技术基础上来。大力发展信息产业,加速国民经济信息化,是建立和发展我国社会主义市场经济,保持国民经济持续、快速、健康发展的客观要求。

在信息社会中,航天技术的作用将变得更巨大,进一步丰富其内涵,扩展其外延,最终将彻底改变地球上的面貌。航天技术与计算机的融合,形成了在地球上跨越时间和空间的信息基础结构,它将逐步进入千家万户,从根本上改变人们的生产、生活和相互交往的方式,并加速人类文明和 文化 的传播,增进互相理解和全球意识。因此,加速发展航天技术,从多方面、高效率地利用航天技术, 特别是充分利用空间信息资源,以促进社会生产力的发展,提高人流、物流和能量流的利用率,增进文化交流和人民间的理解和信任,已成为当今世界各国的共识。

一、空间信息高速公路

世上本没有路,路是人走出来的。我国汉朝开辟了经西域通往西方的道路,沟通了我国同西方许多国家在经济和文化方面的联系,被后人称之为“丝绸之路”。1855年德国机械工程师卡尔·本茨发明了世界上第一辆实用的内燃机汽车。当他驾驶这辆木制的三轮汽车,在自己的院子里行走撞到墙上的时候,还没有想到路。7年之后,福特发明了汽车,并于10年后形成产业的时候,人们开始把目光盯在汽车的跑道上,于是1913年柏林西南部出现了世界上第一条高速公路。在此后的数年中,高速公路这种具有魔力的通道,使世界发生了神奇的变化。

信息高速公路作为信息革命的基础设施和通向21世纪的神奇通道,已成为世界各国争夺信息资源,确保竞争优势的筹码。1993年,在美国政府 报告 中,对信息高速公路给出了明确的概念:它是一个能够向用户提供大量信息,由通信网、计算机、数据库,以及日用电子产品组成的完备网络。具体地说,就是在全国范围内,铺设新型光缆作为信息流通的干线,通过光缆和多媒体向全国提供 教育 、科研、卫生、商务、金融、文化娱乐等颇为广泛的服务。

所谓空间信息高速公路,可形象地将它理解为以卫星——光纤为主体,再辅之以 其它 通信手段作为“公路”,并利用集电脑、电话、电报、传真等为一体的多媒体,使信息能够高速传递并可共享的通信网络。这种网络可遍布全国乃至全球。在中国,则将它称之为国家经济信息化基础设施, 其内涵包括4项要素:网络与通信、计算机与信息化设备、信息资源与服务、人与信息化环境。

空间信息高速公路有两个特征:第一个特征是利用通信卫星群和光导纤维网组成混合型全球通信网,实现计算机网络化和信息双向交流;另一个特征就是用多媒体技术普及计算机的使用。卫星通信和数字网络光缆就像高速公路一样,是促进社会经济发展的基础设施。它不仅指地面光缆数字通信网络系统,而且还包括通信卫星、卫星定位和导航、环境和灾害监测信息系统。此外,还应包含社会、经济统计数据库和自然资源数据库系列,以及宏观调控、规划决策和工程设计服务、知识库、逻辑推理人工专家系统。这样就能有效地实现以信息流代替人流、物流与能量流。

在空间信息高速公路中,卫星无线电通信频带宽,极容易实现双向高速率的数据传输和可视电话业务,并且适用于单向多路的电视节目传输,也非常适合于大型跨国企业间的业务联系。由于地面信息高速公路的成本昂贵,需要10～15年甚至更长的时间才能建成,是一个无法在短期内普及服务的巨额投资项目。对于发展中国家来说,空间信息高速公路的建设,可弥补通信基础设施差, 以及区域性通信空缺的不足。

地面信息高速公路的全球化和用户的移动化都十分困难,而空间信息高速公路的全球网络却很容易实现,因此,用它进行全球移动通信,在数率不特别高的情况下,便能实现诸如可视电话之类的双向传输。

空间信息高速公路,更具有能适应现阶段经济发展中所出现的各地区差别悬殊的特点。在中国地广人稀的西部地区,加强卫星远距离教育和电视广播,对于提高西部地区的文化素质,普及科学技术知识,消灭贫困愚昧落后现象无疑有着重大的意义。

因此,空间信息高速公路,一方面利用了光导纤维传送信息量大、信号几乎不失真、速度快而且保密性强的特点;另一方面,又利用了通信卫星的通信方式极其方便、覆盖面十分宽广、特别适合于移动终端和全球个人通信的特点。这两者组合,形成了优势互补,可以认为是最佳的方案。

二、信息社会对应用卫星的需求

1?静止通信卫星网

美国休斯空间通信公司提出了建设全美卫星通信网络的计划。建设投资6?6亿美元,计划发射2颗静止通信卫星,从1998年开始以无线形式向美国用户提供高速双向数据传输和可视电话业务,在美国电信业务中,率先开发频率宽度可根据用户需要而变化的传输业务项目。最近又提出, 到2000年,将美国全国性的卫星通信网络,扩大成全球通信网络,最终发展成全球性空间信息高速公路,设计总投资约32亿美元,由9颗静止通信卫星组成可覆盖全球的通信网络。

2?低轨道卫星群移动通信系统

在通信方面除可利用静止通信卫星网以外,还可利用低轨道上位于不同轨道面的多颗卫星,来转发地面用户的信号。目前全世界已出现了十几种较为有名的方案,有些方案正在付诸实施。例如,美国摩托罗拉公司提出的“铱”卫星系统,由6个极地、近地、近圆轨道面上运行的66颗小型通信卫星组成,每个轨道面均匀分布着11颗卫星。由于这一卫星系统中的卫星轨道距地球表面较低,只有400～500公里,所以无线电信号很强,个人手持式无线电话机很容易获得清晰的信号和语音。“铱”卫星系统的地面设备则由系统控制中心,以及分布在世界各用户国家和地区的关口站和终端设备等组成。又如,美国呼叫公司与其它有关公司创建的全球无线通信网,也称之为全球通信系统。由于以宽带传送,因而能传送电视及高速数据。这一耗资90亿美元的庞大通信网络,将由 840颗低轨道(700公里高度)现代小型通信卫星来覆盖地球95%的地区,它可以双向传输包括电视图象在内的各种信号,以及个人语音通信,具有数据、传真、寻呼和定位功能。该系统的主要特征, 是利用通信卫星群和光纤网实现计算机网络化和信息双向交流,并将成为二次信息革命的主要物质基础与保障。

3?大容量激光卫星通信

激光与普通光源相比,具有很多特殊的性质,譬如激光辐射在“时间”上高度集中,很适合用于快速保密通信。激光辐射在“空间”上高度集中,方向性很强,而且具有高增益,因而用于通信可以传递得非常之远。激光辐射在“波长”上高度集中,因此波长分布范围很窄。激光的相干性、单色性和方向性,使它成为通信的理想载体。在理论上,光的频段宽度达到10?13～10?15赫,这样大的带宽,对每路仅4千赫的电话,可容纳100亿路之多;对带宽为10兆赫的彩色电视,也可同时传输1000万套电视节目而不相互干扰。由此可见,一旦激光卫星通信投入实际应用之后,由于其具有容量大和抗干扰性强等特点,不仅能扩大通信容量,缓和通信频段拥挤的局面,而且可避免洲际通信时的时延现象发生,是实现空间通信和准确快速、保密性强的军事卫星通信的重要途径。卫星激光通信技术无论是在静止轨道上的卫星,还是低轨道的卫星、飞船、航天飞机、空间站,以及深空探测器,都可以利用激光通信技术将它们连接在一起,形成一条无形的光学链路,使信息畅通无阻,因而空间信息高速公路成为名符其实的高速公路。

中国重视信息通信技术的发展,而且已经列入国家计划。面对世界高科技领域的挑战,为加快发展具有中国特色的信息高速公路,而不失时机地推动信息化,中国以“金字”工程为生长点,与卫星通信相结合,逐步形成信息产业。通过“金字”工程的实施,建立国家数据通信基干网和一系列专用网,为发展信息产业奠定基础。根据宏观分析预测,中国目前使用的卫星转发器不到50个,到 2000年中国大约需要145～150个卫星转发器,到2010年,将需要588～837个卫星转发器。

三、空间信息高速公路将推动社会经济发展

随着空间信息高速公路的建成,将使工商企业和整个社会处于一场革命之中,而这场革命的规模和效果是难以预测的。对其发展前景,现初步分析如下:

1?巨大的商业利益

为了建设信息高速公路,美国政府和企业界计划共同投资400多亿美元。根据预测,2010年, 信息高速公路产业所创造的市*2?改变人类生产和生活方式伴随着社会信息化和信息高速公路的建设,人们便能充分利用信息,大大提高物质生产的效率,提高原材料和能源利用率,有可能改变人类的生活方式,并终将从传统的生产和生活中解放出来。将出现电视电话、可视电话会议、电视购物、电视教学、家庭影视室、家庭图书馆、家庭数据库、在家中办公等等一系列新生事物。随之而来的将会给教育、卫生,保健等部门带来一场革命,无论在何时何地,都可向所有图书馆要求检索所需资料,浏览有关图书;随时随地可通过联机方式,立即获得最好的医疗保健服务和其它社会需求服务,医院遇到疑难病症时,可以向远距离的医学专家请教,以求得正确的诊断和治疗。以美国为例,仅医疗支出这一项,每年可节省1000亿美元。此外,可为能源、交通、环境等问题提供一种新的缓解 方法 。

3?推动高新技术发展

建设空间信息高速公路和国家信息基础结构的计划,将成为发展各种高新技术的驱动力。美国认为,在执行“国家信息基础结构”行动计划中,应优先发展的技术包括:半导体与微电子学、计算机、通信、高速网络、多媒体技术、光电子、高清晰电视、应用软件等。比如计算机,必定要向功能更多、性能更优、速度更快、容量更大、体积更小的方向发展,这就对超高速集成电路,新的计算机体系结构与微电子系统集成技术提出了新的要求。而多媒体技术的发展,将采用大量的专用集成电路,对高速信号处理器、视听信号压缩与解压缩、调制解调器、数据存贮器、图象识别、语音识别等器件提出了新的要求。

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浅谈多旋翼无人机任务系统的优秀论文

前言： 随着无人机产品的不断增加，市场之间的竞争力，也逐渐的提升，对此本项目研究出了更适合于工业控制、自动化装备等领域产品的多旋翼无人机，产品不仅定位合理，同时与其他产品存在一定的差异，该任务系统，是指先进智能装备数据链的无人多旋翼任务，存在较高的能量利用效率、载荷运输性能，是其它无人机产品，在技术方面不能相比的;制定合理的市场规划，会给企业带来一定的经济效益。

1 多旋翼无人机定义概述

我们常称无人飞行载具，为无人飞机系统，主要是利用无线电智能遥控设备，以及自带的控制程序装置，对于不载人的飞机进行操控。其中广义的无人机，包括狭义无人机以及航模。

多旋翼飞行器，主要由动力系统、主体、控制系统组成，动力系统包括电机、动力、电子调速器、桨;主体部分包括机架、脚架、云台;控制系统包括由遥控接收器、遥控组成的手动控制;地面站，以及由主控、GPS、IMU、电子陀螺、LED显示屏组成的飞行控制器。其中四旋翼，是一种4输入6输出的欠驱动系统;通过PID、，鲁棒、模糊、非线性、自适应神经网络控制。近年来，对于系统的控制功能的研究趋势，为大荷载、自主飞行、智能传感器技术、自主控制技术、多机编队协同控制技术、微小型化等方向。其中一些关键技术为，数学模型的建立、能源供给系统、飞行控制算法、自主导航智能飞行。

2 控制系统改进发展阶段

多旋翼无人飞行器的控制系统，最初是由惯性导航系统，借助了微机电系统技术，形成了EMES惯性导航系统;经过对于EMES去噪声的研究，有效的降低了其传感器数据噪音的问题，最后经过等速度单片机、非线性系统结构的研究、应用，最终在2005年，制作出了性能相对稳定的多旋翼无人机自动控制飞行器。对其飞行器的评价，可从安全性、负载、灵活性、维护、扩展性、稳定性几方面要素进行分析。具有体积小、重量轻、噪音小、隐蔽性强、多空间平台使用、垂直起降，以及飞行高度不高、机动强、执行任务能力强的特点;在结构方面，不仅安全性高、易于拆卸维护、螺旋桨小、成本低、灵活控制的特点。

3 技术原理

系统组成

无人多旋翼任务系统，总体技术方案框图如图1所示;如图所示，无人多旋翼任务系统，由无人机、地面工作站构成。无人机，由多旋翼无人机、任务载荷组成;地面工作站，由数据链通信单元、工业控制电脑、飞行控制摇杆等组成。

系统技术原理

多旋翼无人机，通过对于螺旋桨微调的推力，实现稳定的飞行姿态控制、维持。经过上述，对于多旋翼无人机、常规直升机、固定翼飞机的对比，可以明显的看出，多旋翼无人机，在任务飞行方面，具有多能量的优势，从而更好的执行完成飞行任务，改善了飞行姿态维持，消耗大量能量的缺陷，从而更好的保证了其能量利用率，直接产生续航时间、载荷运输性能的提升;在结构方面，做了大量的简化，省去了传动机构，使其运行噪音、故障概率、维护成本大大的降低。

无人机，与地面工作站之间的通信，通过设备数据链实现连接，起到通信中介的作用，同好也是无人机、地面工作站之间，实现地空信息交换的重要桥梁环节。以往无人机，对于地空信息的转换连接，只是普通的点对点通信，收到信号传输距离的影响，性能发挥受到严重的影响，只能实现一些简单遥控数据信号的传输。

但是本项目，对于无人多旋翼任务系统的研究，是通过数据链协议MAVLink的研究后，将其合理的嵌入到控制核心、地面数据链的ARM平台中，有效的改善了以往低空信息传输环节存在的问题，将其遥测、遥信、遥控、遥调、遥视这五遥很好的进行了统一，保证了通信之间的无障碍，从根本上解决了无人机和地面工作站的数据通信问题。其中涉及到的.五遥;其中遥测，是指对于远方的电压、电流、功率、压力、温度等模拟量进行测量;其中遥信，是指对于远方的电气开关、设备，以及机械设备的工作、运行等状态进行监视;遥控，是指对于远方电气设备、电气机械化装置工作状态的控制、保护;遥调，是指对于远方所控设备的工作参数、标准流程等进行设定、调整;遥视，是指对于远方设备的安全运行状态的监视、记录。

传统的无人机，在飞行时需要通过人工对于遥控器的操作，对其飞行姿态进行的控制，体现出其自动程序的不完善，功能单调等缺陷。但是本项目对于无人机的研究，在地面工作站，通过飞行任务规划软件的配套，有效的改善了以往功能单一的缺点，直接增加了其功能性。其中飞行任务规划软件，具备GoogleMap高速API接口，实现对于无人机飞行航线，在三维地图上的简易规划，同时也能对其航线进行启动，使其实现自动巡航、执行飞行任务、返航等操作。

4 技术关键点及创新点

技术关键点：

地空信息的的数据通信。

先进智能装备数据链协议MAVLink的应用，能够对其所有数据进行有效的整合，并全部归纳在数据链路中，整合五遥操作，有效的降低了多种通信制式、通信模块存在等方面的问题，提高了通信效率，保证了通讯功能得以有效发挥。

解决飞行姿态操控问题

嵌入式操作系统，在ARM处理器平台上的应用，加上陀螺仪等传感器、卡尔曼滤波等先进算法，从而更好的保证了控制系统的功能增加，除此之外，不仅实现了无人操作飞行，在飞行操纵方面，也有效的降低了能耗，增加了能量利用率。

在工业控制领域应用的扩展

本项目以同一载具+多种载荷的建设、研究思路，针对于型号相同的多旋翼飞行器，设计一样的数据、电气、机械接口的任务载荷，实现快速更换载荷，使其飞行任务之间，能够良好、稳定的切换、衔接，保证该系统的实用性，同时也减少了任务执行的成本。

增强地面工作站功能

通过C/S架构、C#语言、.net平台、三维GoogleMap、SQL数据库，以及地面任务规划软件、分析数据分析软件，从而更好的增强地面工作站的功能，以及自动化、智能化的程度,更好的为用户操作，带来更多的便利。

项目的技术创新性

在无人机、地面站，在植入数据链MAVLink的同时，加强整体系统功能的改进，有效的实现了五遥的综合统一。

卡尔曼滤波、四元数算法，加上嵌入式ARM平台，对其飞行姿态实现有效控制。

同一载具+多种载荷思路的研究，实现了无人机，对任务执行模式的有效转换。

同时地面任务规划软件、分析数据分析软件的应用，提高了系统的控制功能，以及系统智能化程度。

5 总结

综上所述，通过对于无人多旋翼任务系统的分析，发现我国针对于此方面的研究，仍存在很多不完善的地方，该项目通过C/S架构、C#语言、先进智能装备数据链、分析数据分析软件等，照比以往的无人机飞行器，在系统功能改进方面，实现了遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的统一;在任务执行模式方面，实现了灵活转换;在飞行姿态方面，实现了智能操控;是在已有多旋翼飞控技术的基础上，有效的规避了其以往的缺陷，同时自主飞行控制软件编程，这种飞控任务的提供，有效的实现了飞行中，自主导航智能飞行。