无人机撞网回收技术研究.pdf
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2023-04-22
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无人机撞网回收技术研究
摘要 与国外相比，国内对无人机撞网回收技术的研究应用存在着相当大的差距，
其中精确制导和控制技术为主要瓶颈。随着无人机的推广，舰载无人机以及通用
无人机对撞网回收技术的需求迫切。无人机的撞网回收是指无人机以自主方式进
场，逐渐降低高度、减小速度，然后直接飞入拦阻网进行回收。无人机撞网回收
系统的工程研制是一项系统工程,一般由拦阻网装置、吸能缓冲装置和末端引导装
置等组成,在技术研究方面必须解决好诸如无人机吸能缓冲技术、无人机末端精确
导引技术、高精度控制技术和系统试验验证等相关关键技术，即如何引导无人机
准确地飞向拦阻网, 触网后如何柔和地吸收能量 ,从而平稳、准确地实现撞网回收。
关键词 无人机 回收 导引
第一章 应用背景与研究意义
无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是当今世界上航空发展的一个热点。
无人机通常指的是无人驾驶、自主推进，由无线电遥控或自身程序控制，利用空
气动力承载飞行并可回收重复使用的飞行器。无人机应用途径广泛，20 世纪 60
年代初，自从美国首先将无人机用于军事侦察，无人机先后参加了越南战争、中
东战争、海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争及伊拉克战争，均发挥了重要作用。
在民用领域，无人机也有很大用途，在电力、通信、气象、农林、海洋、勘探等
领域应用无人机的技术效果和经济效益都非常看好。此外，无人机在缉毒缉私、
边境巡逻、治安反恐等方面也有着良好的应用前景，目前世界各国都在积极拓展
民用无人机的应用范围。
无人机的一个重要课题是着陆回收。常见的无人机着陆回收方式主要有着陆滑跑、
伞降回收和气垫着陆回收等类型。撞网回收是一种适合小型固定翼无人机在狭窄
场地或舰船上实现精确定点回收的先进回收方式。可以认为它是一种零距离回收
方式。撞网回收系统一般由拦阻网装置、吸能缓冲装置和末端引导装置等组成，
其核心技术在于如何引导无人机准确地飞向拦阻网，从而平稳、准确地实现撞网
回收。
小型无人机以其造价便宜，体积小，维护方便，隐蔽性好等优点，越来越受
到警方、消防等部门的亲睐。但是，由于城市空旷区域狭小，常规的着陆滑跑方
式不再适用于小型无人机。为突破小型无人机发展的瓶颈，找到一种场地需求小、
操作相对方便的着陆方式就显得尤为重要，而高精度的撞网回收完全满足要求。
因此，撞网回收在民用无人机领域具有极高的应用价值。
第二章 理论分析
2.1 无人机数学模型
无人机的数学模型是无人机对象特性分析、飞行控制系统设计、飞行仿真的
基础。建模过程需要将无人机的运动抽象为六自由度刚体运动的 12 阶微分方程。
一般使用 Matlab 的 S-function 描述无人机的非线性数学模型，根据风洞实验或者
CFD 计算得到的气动数据，对无人机精确建模。
2.1.1 十二阶微分方程
无人机属于六自由度运动体，其通用的非线性数学模型可采用如下的微分方
程的形式描述：
其中，状态量 ，分别表示，是机体坐标系下前向速度、侧向速度、地向速度、滚转角速
率、俯仰角速率、偏航角速率、滚转角、俯仰角、偏航角、北向位置、东向位置、高度；控
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