无人机新型操控方式分析及可行性研究

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摘要：近年来，无人机技术发展迅速，无人机的发展速度加快，但这种快速发展仅限于无人机侦察，无人机控制技术的发展并不迅速。本文提出了一种新的基于虚拟现实的无人机制导方法，分析了其可行性和应用方法，并预测了其未来可能的发展，以解决无人机在作战环境中因制导方法有限而无法发挥其优势的问题。

关键词：无人机;操控方式;虚拟现实

引言：无人机是无人驾驶、自主或遥控的飞机，可以在陆地、海上甚至空中执行侦察和作战任务，并且可以回收和重复使用。与有人驾驶飞机相比，无人机具有零损耗、高速和良好的机动性等优势，在现代战争中发挥着越来越重要的作用。尽管近年来无人机技术迅速发展，其任务也从侦察扩展到地面和空中作战，但武器装备薄弱和空中控制不力仍然是一个问题。由于飞行员丰富的战斗经验和他们的战斗专长，有人驾驶的飞机可以轻松摧毁无人机群。本文提出了一个解决这个问题的方案，取代了无人机控制，然后讨论了其可行性和进一步发展。

一、新的无人机控制系统概述

为了最大限度地提高无人机的速度和机动性，本文介绍了一种处理无人机的新方法：利用虚拟现实（VR）技术与无人机遥控系统相结合，创造一个真实的战斗场景，让飞行员利用VR技术与无人机遥控系统相结合，创造一个真实的战斗场景，让飞行员如临其境地参与战斗，提高无人机的战斗力。无人机飞行指挥与控制系统由无人机指挥与控制计算机、伺服驱动子系统、地面控制系统、传感器子系统和显示终端组成。根据无人机的任务，系统的配置和功能要求可能不同，导致不同子系统的设备组合不同。整个指挥和控制系统的各子系统相互通信，并以指挥和控制计算机为基础，该计算机收集和汇总无人机任务期间收集的信息，控制和导航定居，并执行其他任务。

二、无人机系统功能的体现

（一）飞行控制功能

飞行控制功能是无人机系统的主要功能之一，通常包括无人机飞行过程中俯仰和滚转姿态的控制和稳定，高度的控制和稳定，俯仰角的控制和稳定，空速的控制和稳定，以及无人机起飞或降落的控制和稳定。

由于无人机控制系统是具有一定自主能力的无人机飞行系统的一部分，并携带大量高性能的情报和侦察设备，因此无人机在飞行过程中需要一个相对稳定的平台，对无人机飞行路径的控制尤为重要。

（二）飞行控制功能

无人机的飞行控制功能主要涉及飞行任务的控制、远程遥测控制、机载设备故障评估和飞行操作控制。其中，任务控制主要涉及航线规划、起飞和返回，以及对飞越过程的整体控制;远程遥测主要用于接收和处理飞行控制过程中收集的各种指令信息;飞机设备故障评估是指在无人飞行过程中通过自测和模型监测来检测故障，其中故障的发生也可以实时监测;飞行运行管理是指在无人飞行过程中通过自测和模型监测来检测故障。飞行控制是指对无人机的速度、角度和爬升率的控制，使其达到最佳的飞行模式，从而获得尽可能准确的数据。

（三）任务设备控制管理。

目前，无人机任务设备主要包括高分辨率相机、合成孔径雷达、红外热成像相机和结合多种可见光的光电侦察平台。一旦无人机执行任务，上述任务设备必须被实时监控和管理，以确保其稳定的运行状态。然而，由于无人机的远程控制链路经常会出现一定程度的退化，因此有必要尽快升级和探索具有强大自主性的指挥和控制系统。

三、虚拟现实控制的实现方式

对该系统的需求分析主要从三个方面进行：对系统整体需求的分析、对地形环境需求的分析和对飞行信息显示系统的分析。

首先，随着无人机三维虚拟技术的发展，用户对无人机三维场景重建能力、控制的便捷性、飞行信息显示的准确性、视图显示的分辨率都提出了很高的要求，特别是通过无人机三维可视化进行建模时，需要无人机准确、高效的运行。该系统的设计是为了满足用户的需求，它提供了进入模拟系统的途径，精确的3D场景，通过键盘或移动电话的易用性和控制，通过移动电话屏幕的精确飞行值，以及通过快捷键的快速视图调整。

其次，对于可见环境，采用三维视觉建模来模拟无人机在飞行中观察到的环境，并用相关的文字信息来表示。用户的需求得到充分满足。

最后，飞行信息的显示涉及两个主要方面，即基本参数的显示和图形模块的显示。在这项研究中，该系统通过对飞行路径、飞行视野、仪表显示和三维地图显示等几个变量进行分类和优化，来提高导航和飞行状态信息的准确性和实时显示。

（一）虚拟现实头盔

一个虚拟现实无人机控制系统主要由三部分组成：无人机接收终端、地面模拟舱和飞行员的VR头盔。自21世纪虚拟现实技术在全球范围内流行以来，大多数科技公司都看到了虚拟现实的潜力，并很早就推出了相关产品，而在所有产品中，Oculus Rift、HTC Vive和谷歌Daydream View是最知名的虚拟现实头盔。尽管市场上的虚拟现实头盔的舒适度已大大改善，但用户在长时间佩戴VR头盔时仍可能出现头晕的情况，这可能导致颈部肌肉酸痛和疲劳。因此，它不适合飞行员在激烈的战斗中佩戴。

为了解决头盔的头颈劳损问题，本文件介绍了头盔支架的可能性。主动引导系统的头盔伺服系统主要通过数据采集处理并反馈给执行器，执行器通过对头部机构动力学和运动学的计算，控制电机监测头盔的运动[2]，从而大大减少飞行员的不适感和对其颈部的压力。同时，该系统与人机界面控制系统耦合后，可以根据飞机的飞行姿态对飞行员的头部施加一定的力，模仿飞机转弯或机动时的感觉，使模拟的战斗环境更加真实。

（二）地面模拟机舱

地面驾驶舱也是系统的一个重要组成部分。除了机载信号传输设备外，其他设备，包括控制面板和各种仪表，如姿态和速度表，都是按照有人驾驶飞机的方式设计的，以增加模拟设备与战场上的相似性。飞行员座椅还配备了一个装置，可以接收来自飞机的信号，将座椅与无人机连接起来，通过摇晃等方式创造一个更真实的战斗环境。图1显示了一个模拟的地面驾驶舱。

（三）无人机

这个系统中的无人机可能与通常对无人机的理解略有不同。通常情况下，无人机用于执行侦察任务，很少或没有武器。在这个系统中，无人机作为一个独立的战斗单位，执行通常由有人驾驶飞机执行的任务。这将需要有人驾驶的飞机，其武器装备与有人驾驶的飞机相当，并且能够携带大量的武器。除了改装无人机之外，还将有一个很好的机会来改装现有的战斗机。最初，退役战斗机（如歼-7）的驾驶舱和设备可以被拆除，并被高精度的传感器（如姿态传感器、速度计、惯性传感器等）以及外部飞行摄像机和强大的信号发射器取代，从而将旧飞机转化为无人机。在以后的阶段，可以开发专门的无人驾驶作战飞机，以充分利用无人驾驶飞机的优势，弥补常规作战飞机的劣势。图2说明了未来无人驾驶战斗机的概念。

四、结束语

如今，随着无人机技术的快速发展和雷达探测技术的逐步完善，作战环境不断恶化，越来越多的危险或深海任务逐渐被无人机取代。随着无人机性能的逐步提高和无人驾驶作战飞机的出现，无人机必将在战场上发挥更大的作用。本文解释了基于虚拟现实的新型无人机指挥和控制系统，并分析了其可行性和实施方法。鉴于对无人机的研究越来越多，人们相信无人机将在不久的将来主宰战场。

参考文献

[1]牛轶峰， 肖湘江， 柯冠岩.无人机集群作战概念及关键技术分析[J].国防科技， 2013， 34 （05） ：37～43.

[2]王林.面向虚拟座舱仿真的头盔伺服系统力控制技术研究[D].南京航空航天大学， 2017.

[3]石冰辉. 基于虚拟现实的景观仿真应用研究[D].长安大学，2011.