无人机的应用与控制管理方式探讨

摘  要：无人驾驶飞机可以在军用以及民用领域逐渐扩大其使用范围，无人机的应用为各行各业的发展带来了一定程度的便利，国家也在不断下达鼓励政策扩大对无人机的应用。相比于发达国家，我国对于无人机的应用还处于起步阶段，在发展的过程不断提升对其飞行控制与管理的探究以求加深其应用程度显得尤为重要。本文首先对无人机系统进行简要概述;其次，对无人机系统功能进行了综合分析;最后，针对无人机控制管理方式进行具体分析。

关键词：无人机;飞行控制;飞行管理

Abstract：Unmanned aircraft can gradually expand its use in military and civilian applications. The application of drones has brought a certain degree of convenience to the development of all walks of life. The state is also continually issuing incentive policies to expand the use of UAVs. Compared with developed countries，Chinas application of drones is still in its infancy，and in the process of development，it is particularly important to explore its flight control and management in order to deepen its application. This paper first gives a brief overview of the UAV system. Secondly，it comprehensively analyzes the functions of the UAV system. Finally，the control and management mode of UAV is analyzed in detail.

Keywords：UAV;flight control;flight management

0  引  言

科學技术的飞速发展，为无人机的应用带来广阔的前景，无人机的应用范围逐渐扩展到各行各业，除去军用的侦察机和靶机之外，无人机在电力、农业、航拍、灾难救援、新闻报道等多个领域得到了越来越广泛的应用。无人机的应用目前来说还处于探索、开发的过程之中，加深对其飞行控制与管理的科研力度，是未来发展的重要趋势，本文就针对此进行深入的探究与分析，完善无人机的理论研究体系。

1  无人机应用概述

无人机的发展在近年来逐渐被广泛应用于各个领域之中，导航、拍摄、智能控制技术是无人机应用的最主要的技术，无人机在2018年被世界海关组织协调制度委员会定义为“会飞的照相机”。在应用的过程中与载人飞机相比具有应用方便、时效性强、成本投入低等特点，对未来的无人驾驶飞机以及空军领域的发展具有重要的意义。无人机系统在应用的过程中涉及的因素较多，主要有高度、速度、稳定度、遥感指令控制、发动机的运行故障检测等多项任务，且需要对其进行系统管理。在无人机系统的应用中，需要进行严密的检查与流程规划，其工作流程如图1所示。由开始界面进入任务监控系统，实现航拍任务的快速分档，在这一部分要检查无人机的GPS系统、罗盘、空速以及俯仰翻滚的状态是否良好;同时进行飞行任务的规划，规定无人机的飞行区域、导航以及拍摄任务等具体任务;投入飞行的过程中要对飞机的方位、速度、电池电压等多种形式进行监控，保障任务完成的完整性与无人机应用的安全性;最后，将无人机内的航拍影像导出并对所需要的影像进行拼接。

2  无人机系统功能

2.1  无人机飞行控制功能

无人机飞行控制与管理系统的组成如图2所示。其中“传感器子系统”中有无人机的GPS配置以及导航设备，“伺服作动子系统”主要是对飞行的机翼、升降、方向和发动机等进行运行控制，“地面操控与显示终端”是对其进行遥控感知的最主要的系统，通过测控数据链路与无人机的核心系统控制与管理计算机相连，承担无人机的所有信息数据的收集和处理工作[1]。

无人机的飞行控制的功能主要是对其运动状态进行综合控制，即对无人机的飞行高度、飞行速度、飞行角度进行综合的飞行控制。无人机属于遥感操控，与载人飞机相比其可控性较为不稳定，因此，在其飞行控制的过程中更需要注重度遥感与空间轨道预设的保障，以保障其运行的安全性与准确性。

2.2  无人机飞行管理功能

无人机飞行管理功能主要有：飞行的任务规划管理、无人机的设备故障管理、遥感控制管理以及飞行性能管理。“飞行的任务规划管理”属于应用的基础管理，对飞行的线路进行综合监控，对起飞点、降落点、航线进行重点控制，这一步的应用在飞行之前必须经过严密的线路考察与设计，才能保障飞行计划的有序开展。“无人机的设备故障管理”是对应用的各零件系统进行检查，在航飞前应进行人工检查，确保无人机的安全性能后才能正常投入飞行。“飞行性能管理”是对其能耗以及运行状态进行管理，保障飞机运行的最佳状态，节省能源的消耗，提升无人机的运行环保节能性。

2.3  无人机设备管理功能

无人机的设备管理功能的主要任务是运用电子信息系统进行设备的有效管理，将其飞行控制与管理功能进行综合化统一协调管控，加强无人机设备的正常运转功能，提升其运行的工作效率与安全性。自动监控系统，在飞行的过程中可以进行故障检测，能够保障其安全运行。设备管理功能是以人为主导，充分运用计算机网络技术，对无人机进行数据的收集、传输、加工、储存、更新以及维护等工作，加强人机交互的应用程度。目前来说，无人机设备管理功能最主要的是对测控数据链路进行遥感控制，加深遥控与无人机自主控制的协调程度，提升应用的智能化程度，推进无人机系统应用与AI智能系统加速创新融合[2]。

3  无人机控制管理模式

3.1  遥控管理模式

遥感控制管理是无人机设备所应用的最基本的控制管理方式，随着科学技术的创新融合发展，无人机控制的自主飞行模式逐渐得到了广泛应用，但就目前来说，其遥控管理模式仍然占据较为重要的地位。遥控管理模式目前主要被应用于两个方面，一方面是对无人机进行飞行检测，如刚刚投入使用的无人机需要运用遥控管理的模式，来对其运动的状态、设备性能等多方面进行遥控检测，为其之后的运行打好基础，对其可运行程度进行初步检测，遥控管理模式的检测应用需要在多地点进行多次检测，保障其应用的数据的丰富性;另一方面，对自主管理飞行模式进行降级管理，无人机在飞行的过程中可能会出现部分不可控因素，在实际飞行超出自主控制管理应用的能力之时，就需要对其进行遥感操控。遥感操控具有更高的精密性，对操作人员的专业技术以及心理素质都有更高的要求。

3.2  自主管理模式

无人机自主控制管理模式是现如今最主要的应用模式，自主管理模式是在地面进行飞行规划操作之后，无人机控制与管理计算机系统根据所设置的需求进行自主起飞、智能升高，达到一定高度之后，对预定的区域进行巡航拍摄，以满足所设置的拍摄需求。无人机的自主飞行管理控制模式可以极大地降低无人机的操作复杂程度，对民用无人机的广泛运用具有较大的推动性，例如：在电力巡航以及农业农药播撒的无人机系统应用之中，对其智能化的应用可以极大地减少操作人员的工作负担。在应用控制的过程中运用控制律和与神经网络相适应的非线性设计方法进行设计优化，在应用的过程中可以提升自主管理控制的安全性，提升其应用的便捷程度，但是减少了无人机应用的精准程度，无法加强对其飞行的精密控制。因此，自主管理模式还需要不断地升级优化，才能进一步扩展其应用的智能化程度[3]。

3.3  人工干预下的自主管理模式

人工干预下的自主管理模式是将遥感控制与自动控制结合起来的无人机飞行控制管理应用方式，两者可以在运行的过程中起到互相弥补的作用，主要是运用遥感技术提升自主控制的精确程度。在进行自主管理控制的过程中，针对特点问题的拍摄，无人机无法满足感应器所需要的全面性，这可能导致最终拍摄出的影像缺少全面性，在遥感控制的干预之下，可以根据录摄的画面进行无人机运行的及时调整，既充分发挥遥感控制的精密性又有效发挥自主控制的便捷性。人工干预的自主管理模式的工作负荷远低于完全的自主管理飞行模式，对于测控数据链路的实时性连接也没有遥感控制那么精细，在一定程度上将会减轻无人机程序设置的复杂程度。

3.4  未來无人机控制管理发展趋势

无人机现如今的控制与管理中存在的主要问题是测控数据链路的延迟以及操控的智能化升级。在无人机的未来发展之中，其飞行控制与管理将会朝着通用化、系列化、综合化、自动化以及智能化的方向发展，加强无人机控制的一体化程度，减少系统运行的数据传输壁垒，提升整体的应用性能，在进行无人机控制与管理的过程中加强对其自动化与人工遥感技术的融合创新应用，才能有效提升无人机飞行录制的高效全面化程度。在无人机的应用扩展之中，逐渐加强对多架无人机的协同编队飞行控制的应用，在我国多地都应用过多架无人机表演形式，无人机的应用不仅局限于实用性，更要不断加强其娱乐性，在多架无人机的协同操作的过程中，单一的遥感控制对操作人员的要求过高，完全的自主飞行控制，将会严重影响无人机的工作精准性，将会造成无人机之间的碰撞现象的产生，人工干预下的自主飞行控制将在未来的发展中不断提升其应用程度[4]。

4  结  论

综上所述，无人机的未来应用具有无限的潜力等待挖掘，智能化、综合化、系统化的发展趋势已经在开拓的道路之中，在进行无人机的发展应用之中，对网络通信环境的要求会逐渐升高，在复杂的通信环境之中进行无人机的控制与管理创新是未来的研究趋势，对无人机的应用有利于我国的行业创新融合发展，有助于农业、电力、军事等部分系统的转型优化，提升我国的现代化国家建设程度，为人们的生活带来更大的便利。

参考文献：

[1] 王雅超.无人机飞行控制与管理 [J].设备管理与维修，2018（24）：31-33.

[2] 李妍，陈欣，李春涛.无人机飞行控制计算机4通道FlexRay总线通信与余度管理设计 [J].信息与控制，2017，46（3）：318-327.

[3] 易文，雷斌.基于一致性的无人机编队飞行几何构型控制 [J].武汉科技大学学报，2019，42（2）：150-154.

[4] 王市辉，代冀阳，蒋沅，等.多无人机协同编队飞行目标跟踪控制仿真 [J].计算机仿真，2019，36（2）：40-44+94.

作者简介：冯佳文（1962.05-），男，汉族，广东梅州人，通信工程师，毕业于华南理工大学，本科，研究方向：无人机飞行控制系统。