일반적으로 무인 항공기라고 알려진 무인 항공기 (UAV)는 인간 조종사가 탑승하지 않은 항공기입니다. UAV는 무인 항공기 시스템 (UAS)의 구성 요소입니다. 여기에는 UAV, 지상 기반 컨트롤러 및이 둘 사이의 통신 시스템이 포함됩니다. UAV의 비행은 다양한 수준의 자율성과 함께 작동 할 수 있습니다. 즉, 사람 조작원에 의한 원격 제어 또는 내장 컴퓨터에 의한 자율적 인 조작입니다.
유인 항공기와 비교했을 때, UAV는 원래 임무에 “둔하고 더럽거나 위험한”사람에게 사용되었습니다. 그들은 군사용으로 주로 사용되었지만 경찰, 평화 유지 및 감시, 제품 인도, 항공 촬영, 농업, 밀수 및 무인 항공기와 같은 상업용, 과학 용, 레크리에이션 용, 농업용 및 기타 용도로 사용이 급속히 확대되고 있습니다. 민간인 무인 정찰기는 이제 2015 년까지 100 만 개가 넘는 견적과 함께 군용 UAV보다 훨씬 많아서 자율 차량 및 가정용 로봇이 뒤 따르는 초기 상업적 용도로 볼 수 있습니다.
분류
무인 항공기는 일반적으로 6 개의 기능 범주 중 하나에 속합니다 (다기관 기체 플랫폼이 더 널리 보급 됨).
목표 및 미끼 – 지상 및 공중 포격을 제공하는 적 항공기 또는 미사일을 시뮬레이트하는 표적
정찰 – 전장 정보 제공
전투 – 위험도가 높은 임무에 대한 공격 능력 제공 (무인 전투 공중 차량 (UCAV) 참조)
물류 -화물 운송
연구 개발 – UAV 기술 향상
민간 및 상업용 무인 항공기 – 농업, 항공 사진, 데이터 수집
미군 UAV 계층 시스템은 군사 계획자가 전체 사용 계획에서 다양한 개별 항공기 요소를 지정하는 데 사용됩니다.
경량 멀티 롤 미사일이 장착 된 Schiebel S-100
차량은 거리 / 고도 측면에서 분류 할 수 있습니다. 다음은 ParcAberporth Unmanned Systems 포럼과 같은 업계 이벤트와 관련하여 발전되었습니다.
2,000 피트 (600 m) 높이의 핸드 헬드, 약 2 km 범위
최대 5,000 km (1,500 m) 고도, 최대 10 km 범위
나토 유형 10,000 피트 (3,000 m) 고도, 최대 50km 범위
전술상 18,000 ft (5,500 m) 고도, 약 160 km 범위
최대 30,000 피트 (9,000 m)까지의 MALE (중간 고도, 긴 내구성) 및 200 km 이상의 범위
HALE (높은 고도, 긴 지구력) 30,000 ft (9,100 m) 이상 및 무한 범위
초음속 고속, 초음속 (마하 1-5) 또는 극 초음속 (마하 5+) 50,000 피트 (15,200m) 또는 해저 고도는 200km 이상
궤도 저 지구 궤도 (마하 25+)
CIS 음력 지구 – 달 전송
UAV 용 컴퓨터 지원 캐리어 유도 시스템 (CACGS)
다른 범주는 다음과 같습니다.
애호가 UAV – 더 나눌 수 있습니다
즉석 (RTF) / 상업용 (COTS)
Bind-and-Fly (BNF) – 플랫폼을 비행하기위한 최소한의 지식이 필요합니다.
거의 준비가되어있는 비행 (ARF) / DIY (Do-It-yourself) – 항공기에 들어가기 위해서는 상당한 지식이 필요합니다.
맨손으로 프레임 – 중요한 지식과 자신의 부품을 필요로합니다.
중형 군용 및 상업용 무인 항공기
대형 군용 UAV
스텔스 전투 UAV
무인 범용 항공기 (원래 2 인승 Pipistrel 부비동)
무인 항공기로 변형 된 유인 항공기 (선택적으로 UAV 또는 OpV)
항공기 중량에 따른 분류는 훨씬 간단합니다.
마이크로 항공 차량 (MAV) – 1g 미만의 무게를 지닐 수있는 가장 작은 UAV
미니어처 UAV (SUAS라고도 함) – 약 25kg 미만
더 무거운 UAV
UAV 부품
같은 유형의 유인 항공기와 무인 항공기는 일반적으로 유사한 물리적 구성 요소를 가지고 있습니다. 주요 예외는 조종실 및 환경 제어 시스템 또는 생명 유지 시스템입니다. 일부 UAV는 성인과 비교하여 무게가 현저히 적은 페이로드 (예 : 카메라)를 탑재하므로 결과적으로 상당히 작아 질 수 있습니다. 무거운 탑재 물을 운반하기는하지만, 무기화 된 군용 무인 정찰기는 유사한 군비를 가진 유인병보다 가볍습니다.
소형 민간용 무인 항공기는 생명이 중요한 시스템이 없으므로 더 가볍지 만 견고한 재료와 모양으로 제작할 수 있으며 덜 견고하게 테스트 된 전자 제어 시스템을 사용할 수 있습니다. 작은 UAV의 경우 쿼드 코프 디자인이 유행하게되었지만이 레이아웃은 유인 항공기에는 거의 사용되지 않습니다. 소형화 란 소형 전기 모터 및 배터리와 같이 유인 항공기에는 적합하지 않은 덜 강력한 추진 기술을 사용할 수 있음을 의미합니다.
UAV 용 제어 시스템은 종종 유인 항공기와 다릅니다. 원격의 사람 컨트롤의 경우 카메라와 비디오 링크가 거의 항상 조종석 창을 대체합니다. 무선 전송 디지털 명령은 실제 조종석 제어를 대체합니다. 자동 조종 소프트웨어는 유인 항공기와 무인 항공기에서 다양한 기능 세트를 사용합니다.
신체
비행기의 주된 차이점은 조종석 지역과 그 창문이 없다는 것입니다. Tailless 쿼드 코터는 로터리 윙 UAV의 공통 폼 팩터이며 테일 모노 및 비 – 코퍼는 유인 플랫폼에 공통적으로 사용됩니다.
전원 공급 장치 및 플랫폼
소형 UAV는 주로 리튬 폴리머 배터리 (Li-Po)를 사용하는 반면 대형 차량은 기존 비행기 엔진을 사용합니다. 항공기의 규모 나 크기는 UAV를위한 에너지 공급의 정의 또는 제한적 특성이 아닙니다. 현재, Li-Po의 에너지 밀도는 가솔린보다 훨씬 적습니다. 북대서양을 가로 지르는 UAV (balsa wood와 mylar skin으로 제작)의 여행 기록은 휘발유 모델 비행기 또는 UAV에 의해 유지됩니다. Manard Hill은 “2003 년에 그의 작품 중 하나가 대서양을 가로 질러 1,882 마일을 연료 1 갤런 미만으로 날아 갔을 때”이 기록을 보유하고 있습니다. 참조 : 비행에 필요한 작업량이 적고 전기 모터가 더 적기 때문에 전력이 사용됩니다. 또한 적절하게 설계된 프로펠러를 구동하는 전기 또는 가솔린 모터의 추력 비는 수직으로 움직이거나 수직으로 오를 수 있습니다. Botmite 비행기는 수직으로 오를 수있는 전기 UAV의 예입니다.
배터리 제거 회로 (BEC)는 전력 분배를 중앙 집중화하기 위해 사용되며 종종 MCU (microcontroller unit)를 보호합니다. 고비용의 스위칭 BEC는 플랫폼에서 가열을 줄입니다.
컴퓨팅
UAV 컴퓨팅 기능은 아날로그 제어 및 마이크로 컨트롤러, SOC (System-On-a-Chip) 및 단일 보드 컴퓨터 (SBC)로 발전한 컴퓨팅 기술의 발전에 따라 진행되었습니다.
소형 UAV 용 시스템 하드웨어는 종종 비행 컨트롤러 (FC), 비행 컨트롤러 보드 (FCB) 또는 자동 조종 장치라고합니다.
센서
위치 및 이동 센서는 항공기 상태에 대한 정보를 제공합니다. Exceptoceptive 센서는 거리 측정과 같은 외부 정보를 처리하지만, Exceptoceptive 센서는 내부 및 외부 상태를 연관시킵니다.
비 협력 센서는 목표를 자율적으로 탐지 할 수 있으므로 분리 보증 및 충돌 회피에 사용됩니다.
자유도 (DOF)는 탑재 된 센서의 양과 품질을 모두 나타냅니다. 6 DOF는 3 축 자이로 스코프 및 가속도계 (일반적인 관성 측정 단위 – IMU)를 의미하고, 9 DOF는 IMU와 나침반, 10 DOF 기압계를 추가하고 11 DOF는 대개 GPS 수신기를 추가합니다.
액추에이터
UAV 액추에이터에는 모터 / 엔진과 프로펠러, 서보 모터 (주로 비행기 및 헬리콥터 용), 무기, 페이로드 액추에이터, LED 및 스피커에 연결된 디지털 전자 속도 컨트롤러 (모터의 RPM 제어)가 포함됩니다.
소프트웨어
비행 스택 또는 자동 조종 장치라고 불리는 UAV 소프트웨어. UAV는 변화하는 센서 데이터에 신속하게 응답해야하는 실시간 시스템입니다. Nuttx, Preemptive-RT Linux, Xenomai, Orocos-Robot Operating System 또는 DDS-ROS 2.0과 같이 Navio, PXFMini 등으로 차폐 된 라스베리 피스 (Raspberry Pis), 비글 보드 (Beagleboards) 등.
항공편 스택 개요
| 레이어 | 요구 사항 | 작업 | 예 | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 펌웨어 | 시간이 중요한 | 머신 코드에서 프로세서 실행, 메모리 접근 | ArduCopter-v1.px4 | ||||||||||||||||||||||||||||
| 미들웨어 | 시간이 중요한 | 비행 제어, 내비게이션, 라디오 관리 | Arfilot의 Cleanflight | ||||||||||||||||||||||||||||
| 운영체제 | 컴퓨터 사용량이 많은 | 시신경 흐름, 장애물 회피, SLAM, 의사 결정 | ROS, Nuttx, Linux 배포판, Microsoft IOT 민간용 오픈 소스 스택에는 다음이 포함됩니다. ArduCopter 루프 원칙 개방형 루프 – 센서 데이터에서 피드백을 통합하지 않고 포지티브 제어 신호 (더 빠름, 느림, 왼쪽, 오른쪽, 위, 아래)를 제공합니다. 비행 제어 UAV는 또한 평평한 수직면에 perching을 구현할 수 있습니다. 연락 가장 현대적인 UAV 응용 프로그램에서 비디오 전송이 필요합니다. 따라서 C & amp; C, 텔레 메 트리 및 비디오 트래픽에 대해 2 개의 개별 링크를 갖는 대신 광대역 링크를 사용하여 단일 무선 링크에서 모든 유형의 데이터를 전송합니다. 이러한 광대역 링크는 QoS (Quality of Service) 기술을 활용하여 낮은 지연 시간 동안 C & C 트래픽을 최적화 할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 광대역 링크는 인터넷을 통해 라우팅 할 수있는 TCP / IP 트래픽을 전달합니다. 운전자 측의 무선 신호는 다음 중 하나에서 발령 할 수 있습니다. 지면 제어 – 사람이 무선 송신기 / 수신기, 스마트 폰, 태블릿, 컴퓨터 또는 군사용 지상 제어 국 (GCS)의 원래 의미를 조작하는 사람. 최근 착용 할 수있는 장치, 인간의 움직임 인식, 인간의 뇌파에 대한 제어도 입증되었습니다. 자치 기본 자율성은 고유 감각 센서에서 비롯됩니다. 고급 자율성은 상황 인식, 외부 감지 센서로부터 항공기를 둘러싼 환경에 대한 지식을 요구합니다. 센서 융합은 여러 센서의 정보를 통합합니다. 기본 원리들 중간층 알고리즘의 예 : 경로 계획 : 장애물 또는 연료 요구 사항과 같은 임무 목표 및 제약 조건을 충족시키면서 차량이 따라야 할 최적 경로 결정 진화 된 UAV 계층 적 작업 계획자는 상태 트리 검색 또는 유전 알고리즘과 같은 방법을 사용합니다. 자율 기능 자체 레벨 : 피치 및 롤 축의 자세 안정화. 기능들 반동적 인 자율성과인지 적 자율성을 이용한 높은 수준의 자율성과 같은 중간 수준의 자발성은 이미 어느 정도 달성되어 매우 활발한 연구 분야입니다. 반응 적 자율성 대부분의 범위 센서는 전자기 복사를 분석하고 환경에서 반사되어 센서로 전달됩니다. 시각적 흐름을위한 카메라는 단순한 수신기 역할을합니다. 라이더, 레이더 및 소나 (음향 기계파가있는)는 왕복 교통 시간을 측정하여 파도를 방출합니다. UAV 카메라는 총 소비량을 줄여 발광 전력을 필요로하지 않습니다. 레이더와 소나는 주로 군용으로 사용됩니다. 반동적 자율성은 이미 일부 형태로 소비자 시장에 도달 해 왔으며 10 년 이내에 널리 이용 될 수 있습니다. 동시 로컬라이제이션 및 매핑 관련 연구 분야로는 사진 고도계와 LIDAR, 특히 저고도 및 실내 3D 환경에서의 연구가 있습니다. 실내 사진 측량기 및 입체 사진 측량 SLAM은 쿼드 코터로 시연되었습니다. 폭음 미래의 군사력 인지 라디오 학습 기능 시장 일반 민간인 민간 UAV 시장은 군대에 비해 비교적 새로운 시장입니다. 기업들은 선진국과 개발 도상국에서 동시에 부상하고 있습니다. 많은 초기 단계 신생 기업은 미국과 같은 투자자와 인도의 경우 정부 기관으로부터 지원과 자금을 지원 받았습니다. 일부 대학에서는 연구 및 훈련 프로그램이나 학위를 제공합니다. 민간 단체는 레크리에이션 및 상업용 UAV 사용을위한 온라인 및 직접 교육 프로그램도 제공합니다. 소비자 무인기는 소비재의 비용 효율적인 특성으로 인해 전세계 군대에서 널리 사용되고 있습니다. 2018 년 이스라엘 군대는 민간 무인 항공기가 사용하기가 쉽고 신뢰성이 높기 때문에 DJI Mavic 및 Matrice UAV 시리즈를 경량 정찰 임무에 사용하기 시작했습니다. DJI drones는 미군이 고용 한 상업용 무인 항공 시스템 중 가장 널리 사용되는 시스템이기도합니다. 조명이 장착 된 무인 비행기는 예술적 목적이나 광고 목적을 위해 야간 전시에 사용되기 시작했습니다. 수송 개발 고려 사항 동물 모방 – 생태학 Nano Hummingbird는 상업적으로 이용 가능하며, 파워 테더를 사용 함에도 불구하고 파리에서 영감을 얻은 sub-1g microUAV는 수직면에 “착륙”할 수 있습니다. 다른 프로젝트에는 무인 “딱정벌레”와 다른 곤충이 포함됩니다. 연구는 ocellis 라 불리는 소형 광학 흐름 센서를 탐구하고 광학 패러미터뿐만 아니라 광 흐름을 처리 할 수있는 신경 미세 칩에 데이터를 전송할 수있는 다중 패싯으로 형성된 복합 곤충 눈을 모방합니다. 지구력 크기가 작고, 무게가 낮고, 진동이 적고 무게 대비 중량이 높기 때문에 Wankel 회전식 엔진이 많은 대형 UAV에 사용됩니다. 그들의 엔진 로터는 탈취 할 수 없습니다. 엔진은 강하 중 충격 냉각에 취약하지 않으며 고출력에서 냉각을 위해 농후 한 연료 혼합물을 필요로하지 않습니다. 이러한 속성은 연료 사용량을 줄이고 범위 또는 탑재량을 늘립니다. 적절한 무인 항공기 냉각은 장기 무인 항공기 내구성에 필수적입니다. 과열 및 후속 엔진 고장은 무인 항공기 고장의 가장 일반적인 원인입니다. 수소 연료를 사용하는 수소 연료 전지는 작은 UAV의 내구성을 최대 몇 시간까지 연장 할 수 있습니다. 마이크로 에어 차량 내구성은 레이놀즈 수의 감소로 인해 플 래핑 – 날개 UAV로 가장 잘 달성되고, 마지막으로는 비행기 및 멀티 로터가 뒤를 잇습니다. 1974 년 AstroFlight Sunrise에 의해 원래 옹호 된 개념 인 태양 전기 UAV는 몇 주간 비행 시간을 달성했습니다. 5 년 동안 20km (12 마일 또는 60,000 피트)를 초과하는 고도에서 작동하도록 설계된 태양열 대기 위성 ( “atmosats”)은 저궤도 인공위성보다 더 경제적으로 더 다양한 기능을 수행 할 수 있습니다. 가능성이있는 응용 프로그램으로는 기상 모니터링, 재해 복구, 지구 이미징 및 통신이 있습니다. 마이크로파 동력 전달 또는 레이저 동력 전달에 의해 구동되는 전기 UAV는 다른 잠재 내구성 솔루션입니다. 고 지구력 UAV에 대한 또 다른 응용 프로그램은 전장 활동을 추적하기 위해 거꾸로 재생할 수있는 이벤트를 기록하기 위해 긴 간격 (ARGUS-IS, Gorgon Stare, Integrated Sensor Is Structure) 동안 전장에서 “응시”하는 것입니다. 긴 내구성 비행
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