导言
现代无人操作军用体系现已成为全世界武装部队不可或缺的组成部分，国防职业不断对这类体系进行密布的开发，以使其能够发挥大规模进犯、监督和作战支撑的效果。无人操作体系或许是现在的国防职业中最具生机的范畴，全球年开销超越 55 亿美元，到 2024 年，估计这一数字将挨近 100 亿美元[1].
无人驾驭航空器 (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) 范畴令人吃惊的一面是，体系品种极其丰富，从有些分量不到 20 克的纤巧纳米无人驾驭航空器 (Nano UAV，NUAV) 到中型 UAV，例如质量为 450 千克、有效载荷才能为 150 千克的守望者 (Watchkeeper)，直至起飞分量超越 5000 千克的 MQ-9 收割者 (MQ-9 Reaper) (曾经名为捕食者 B (Predator B))，跨度之大、品种之多令人拍案叫绝。
UAV 不管巨细，在平衡其功用和使命续航时刻时，尺度、分量和功率 (Size, Weight and Power，SWaP) 都是需求考虑的关键要素。有很多电子体系能够选用，可是在本文中，考虑电子体系时的重视点将落在以下几个方面：
· 空中运转安全性和自主运转
· 传感器和数据处理
· 通讯和信息安全
· 电源体系
前期无人操作体系简介
现代 UAV 的来源能够追溯到 100 多年前，不过人们或许将 1930 时代用作空中方针冲击操练的无线电操控无人驾驭飞机视作最闻名的 UAV 开山祖师。英国制作了 400 多架这种飞机，其时以“蜂王”这个姓名闻名于世，听说由于这种飞机而诞生了“无人驾驭飞机”这个术语。这种飞机要求，飞翔时一直处于遥控飞机的飞翔员的视野之内。不过没过多久，人们就开端测验超出视距规模的自主飞翔了。在 1940 年，爱德华·索伦森 (Edward M. Sorensen) 为他的地上站创造申请了专利，在这项创造中，运用频率调制技能操控飞机，并读回视距规模以外的飞翔信息。之所以有了这项专利，是由于人们认识到，需求一种主动避免毛病的形式，坚持飞机平飞，并一起树立一个备份操控体系。
跟着战时兵器有效载荷的开展，以及后来在 1950 时代和 1960 时代侦办渠道的开展，无人操作军用体系的杂乱性也进步了。1960 时代前期的瑞恩 (Ryan) 无人驾驭飞机选用了根本的制导体系，该体系由可编程定时器、反转罗盘和高度表组成，决议着离港飞翔高度层、航向和飞翔时刻，这种飞机还供给倒转和降落伞辅佐着陆功用。虽然这些都是适当根本的功用，可是用胶片相机取得印象的战略意义以及半自主体系的优势是很简略看到的，因而人们想愈加齐心协力地进行进一步的开发。
空中飞翔安全性和自主运转
明显，飞翔安全问题是至关重要的，人们现已就此问题展开了广泛的争辩，以承认怎样操控天空，才能使 UAV 的存在不会影响到现有空中交通的安全性，一起使军用和民用 UAV 的运用开发不受约束。
在视野规模内飞翔的小型 UAV 依托遥控飞机的飞翔员来判别是否会发生磕碰，而自主或半自主运转的较大型 UAV 要想逃避空中磕碰，则需求杂乱的检测和逃避体系。人们正在为此开发多种传感器，例如修正传统飞机应答器、可视和红外摄像机、激光勘探与测距 (Light Detection and Ranging，LiDAR) 体系以及惯例雷达体系。将来自这些传感器体系的数据转换成能够反映所在环境的图片，然后自主做出飞翔决议，这需求十分杂乱的软件和硬件资源，并且关于共享民用空域的 UAV 而言，还需求在满意现有协议要求的前提下运转。在友爱空域中飞翔时，运用地上雷达和交通绘图资源下降机载体系杂乱性、扩展监测规模，或许是一种挑选，不过选用这种办法时，在数据链路牢靠性、推迟等其他问题上要做出折中。ASTREA 计划显现，能够选用自主检测和逃避技能，可是这种技能是在 Jetstream 飞机上选用的，这种飞机没有 UAV 的功耗、尺度和分量约束。调整这种技能以使其能够用于大部分 UAV 是个很大的应战，不过选用先进的现场可编程门阵列 (FPGA)、数字信号处理 (DSP) 和高功用模仿电子器件，能够使这种技能完结微型化。给这类电子体系供电也不是个简略使命，FPGA 需求严厉的电源准确度以及低压和大电流，这就要求细心规划电源链，以最大极限下降功耗、削减发生的热量。一种办法是运用数字电源体系管理 (PSM) 技能，这种技能经过动态调理电压和频率，能够下降功耗，然后有助于延伸较小型 UAV 的使命续航时刻。PSM 还进步了牢靠性，并供给遥控和监督功用，以及能量运用记载和“黑匣子”毛病记载功用。
图 1：数字电源体系管理
传感器和数据处理
即便最小型的、手动发动的 NUAV 也能够带着多个摄像机和照相机完结监督使命，而多种版别的 MQ-9 收割者能够满意各种不同的猎杀及监督需求。带着兵器的版别或许载有摄像机、红外夜视摄像机以及在有云或烟雾时运用的组成孔径雷达 (SAR)，还有用于制导弹药的激光测距仪和方针照明体系。供给钓饵和搅扰功用的版别也已开发出来，一起战术数据链路体系能够直接向有人驾驭飞机发送方针信息及印象数据。在信号情报 (SIGINT) 范畴估计将进行更多开发作业，跟着信号情报体系的前进，航程更长的版别将供给超越 40 小时的使命续航时刻。由于机载传感器的敏捷添加以及使命续航时刻的延伸而发生了很多数据，这些数据有必要紧缩和存储或经过实时数据链路发送，这必然导致某些方面的折中，例如带宽、质量和或许的印象数据丢掉。
每添加一种新的有效载荷才能，都会增大电源体系的担负。不过走运的是，印刷电路板级电源解决计划的开发也取得了前进，最近几年功率密度得到了明显改善，凌力尔特公司的 µModule® (微型模块) 稳压器解决计划便是一种前进的技能。每个小型模块都含有一个完好的高功率电源，其外形尺度合适对尺度要求很严厉的运用，并且牢靠性十分高。图 2 显现了一个比如。
图 2：LTM4644 µModule 稳压器
通讯与信息安全
UAV 的通讯链路能够分为两部分：
· 飞翔操控数据链路 – 用于长途指令 (上行链路) 和遥测 (下行链路) 信息，以在 UAV 呼应操作人员指令或依照 GPS 坐标自主飞翔执行使命计划时，对 UAV 进行监控。一般情况下，选用扩展频谱技能的 56kbps 链路能够满意飞翔操控数据链路的需求，上行链路能够用 128 位加密算法和前向纠错加以维护。
· 传送有效载荷传感器信息的通讯链路 – 被看作是独自的通讯链路，高清视频或许要求高达 10Mbps 的带宽，一起运转 COFDM、MPEG-4 或相似调制计划。比如收割者等大型 UAV 一般会结合运用租借的专用卫星中继线路 (Ku 频段) 和地上 (C 频段) 通讯线路，有足够的空间放置大型天线，而其他类型的无人机或许在工业、科研和医疗 (ISM) 频段运转，例如 2.4GHz (WLAN) 和 5.8GHz 频段。
与空中交通操控体系及协议的集成是完结 UAV 彻底自主运转的另一个妨碍，由于 UAV 需求呼应语音指令，供给航向和飞翔高度层信息，并经过 VHF 无线电频道及组成语音承认体系，承认已接受指令。
信息安全危险包含成心或偶尔的搅扰;冒充或阻拦指令及操控信号;通讯通道衰减。在惯例的有人驾驭飞翔中，为了避开任何十分接近的空中飞翔物，飞翔员能够当即着手操控飞机，明显在运用 UAV 的情况下，飞翔员一直要依托通讯链路以及机载传感器的安稳运转。
危险总是能够减轻的，即便是十分小和依照一套设定 GPS 坐标飞翔的 UAV，也能够升高飞翔高度，以康复丢掉的 GPS 信号，在到达离港续航时刻约束时主动回来基站。作为应变措施，防诈骗 GPS 体系结合运用 GPS 接收器和惯性丈量单元，对接收到的 GPS 信号进行统计分析也有助于承认是否有人测验诈骗体系。
当然，所有这些通讯体系都需求电源，并且灵敏的无线电接收器需求一些噪声十分低的电源，这样无线电灵敏度才不会因电源而下降。新的芯片工艺技能和新颖的 IC 规划办法现已导致呈现了一系列开创性产品，这些产品既能供给史无前例的高功率，噪声又十分低，例如 LT8640 Silent Switcher® 和 LT3042 超低噪声、超高 PSRR RF 线性稳压器。
图 3：LT8640 Silent Switcher 稳压器
电源体系
本文之前现已强调过，一些 IC 级电源技能前进支撑了 UAV 及传感器有效载荷的持续改变，不过，机载动力源的挑选也是影响整体功用的中心要素。跟着人们日益专心于开发本钱更低、尺度更小、分量更轻的 UAV，内燃型动力源的吸引力下降了，燃料电池技能成为或许的挑选，特别是对续航时刻长、平均功率需求低的使命而言。
美洲狮 (Puma) 系列小型 UAV 正在实验的一种燃料电池将飞翔时刻从 150 分钟 (运用 LiSO2 电池时) 延伸到将近 5 小时，整个燃料电池体系重约 2 千克，功率与分量之比约为 1kW/千克。
图 4：UAV 动力源的功率与分量之比
燃料电池的方位在电池和内燃机解决计划之间，具有环保优势，但的确面对一些燃料处理和存储问题，不过经过在可替换燃料盒中存储颗粒状氢，能够战胜这类问题。
小型 UAV 和 NUAV 最有或许持续运用锂离子电池，视装备不同而不同，用单节电池就能使 NUAV 飞翔大约 30 分钟。较长续航时刻和较大型的类型将需求多节电池规划，这类规划可获益于用 LTC3300 等 IC 完结的电池容量平衡技能，这种技能可最大极限延伸体系运转时刻。飞翔高度很高、充任伪卫星的 UAV，例如谷歌以及其他公司正在开发、将来拟用于供给互联网服务的 UAV，也能够用太阳能动力替代电池。这类体系需求在因辐射效果增强或许导致单粒子翻转的环境中坚持牢靠运转，因而杂乱性会进步，并且或许需求专门规则所运用 IC 的特性，并对这些 IC 进行专门测验。
定论
现在，无人操作体系在武装部队中起着不可或缺的效果，军方供给的很多资金促进了这类体系的快速开发，开发焦点特别会集在较小型、价格较低的 UAV 体系上。
跟着传感器有效载荷和 UAV 渠道电子体系变得越来越杂乱，电源链和机载动力源的功率关于供给足够高的运转功用变得至关重要了，新式 IC 电源解决计划正在协助完结 SWaP 方针。
飞翔高度很高的 UAV 和续航时刻十分长的使命正在推动对太阳能、燃料电池等新式电源的需求，而运用新式电源又意味着需求新式 IC。
参考资料
[1] http://www.tealgroup.com/index.php/about-teal-group-corporation/press-releases/118-2014-uav-press-release
