中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)

曹沖:無(wú)人機(jī)安裝專門(mén)的飛行導(dǎo)航儀有沒(méi)有必要?
斗室智庫(kù)
2021/04/02 08:50
最近,在《GPS World》有篇文章,很有意思,它的題目是:“兩個(gè)PNT比一個(gè)更好”。這個(gè)問(wèn)題,在我們所討論的GNSS多星座應(yīng)用比單個(gè)星座要好,有異曲同工之妙。無(wú)人機(jī)上裝有兩個(gè)PNT設(shè)備的問(wèn)題,提出來(lái)了,因?yàn)檫@是個(gè)非?,F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。有人提出,既然已經(jīng)安裝了非常好的PNT設(shè)備(意指專門(mén)的飛行導(dǎo)航儀)來(lái)駕駛飛機(jī),為什么不使用這個(gè)PNT設(shè)備來(lái)直接裝載成為有效載荷呢?那么,無(wú)人機(jī)安裝專門(mén)的飛行導(dǎo)航儀有沒(méi)有必要?這涉及到需要和可能。

  既然已經(jīng)安裝了非常好的PNT設(shè)備(意指專門(mén)的飛行導(dǎo)航儀)來(lái)駕駛飛機(jī),為什么不直接使用這個(gè)PNT設(shè)備來(lái)直接裝載成為有效載荷呢?出于多種原因,這可能不是一個(gè)好主意。其理由有若干:
1. 重新認(rèn)證。飛行導(dǎo)航儀與無(wú)人機(jī)有效載荷合體,似乎是個(gè)好主意,但是改裝導(dǎo)航裝置是飛行控制系統(tǒng)的一部分,存在風(fēng)險(xiǎn),飛機(jī)的飛控系統(tǒng)必須重新認(rèn)證,以確保飛行安全不存在風(fēng)險(xiǎn)。盡管無(wú)人機(jī)在安全方面的限制不如有人駕駛飛機(jī)嚴(yán)重,但如果墜毀在人口稠密的地區(qū),它仍然可能造成財(cái)產(chǎn)損失,甚至造成人員傷亡與生命損失。美國(guó)聯(lián)邦航空管理局擁有眾多標(biāo)準(zhǔn),如軟件DO-178、硬件DO-254,和測(cè)試DO-160,確保航空電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和測(cè)試能夠安全運(yùn)行實(shí)施。每次修改,無(wú)論大小如何,都必須遵循這些標(biāo)準(zhǔn),并且可能需要對(duì)飛機(jī)的適航性進(jìn)行昂貴的重新認(rèn)證。
2. 性能要求。這些因每個(gè)任務(wù)而異。飛行控制系統(tǒng)包括一個(gè)導(dǎo)航設(shè)備,該導(dǎo)航設(shè)備是根據(jù)飛機(jī)的特殊要求選擇的。這些不一定符合有效載荷的需求。例如,考慮俯仰、橫滾和偏航感知測(cè)量精度。確定相機(jī)指向角度所需的精度可能與水平飛行所需的精度不同。
3. 可互換性。特定的無(wú)人機(jī)可以有多個(gè)有效載荷來(lái)執(zhí)行不同的任務(wù)。相反,特定的任務(wù)有效載荷可以調(diào)整并安裝在幾種不同的無(wú)人機(jī)上。使第二個(gè)PNT設(shè)備與有效負(fù)載相匹配,可以使其在與有效負(fù)載一起移動(dòng)到不同的UAV時(shí)與之保持在一起。這可以降低擁有和運(yùn)營(yíng)的總成本,因?yàn)榕c使單個(gè)PNT設(shè)備適用于所有情況所需的適配工作和設(shè)計(jì)更改相比,第二個(gè)設(shè)備的額外成本很小。
4. 在PNT設(shè)備中可能缺少T(授時(shí)功能)。通常,用于飛機(jī)飛行的導(dǎo)航設(shè)備,不需要精準(zhǔn)的內(nèi)部振蕩器來(lái)提供時(shí)間和/或頻率。但是,大多數(shù)有效載荷都可以從時(shí)間/頻率分量中受益,以增強(qiáng)任務(wù)性能。由GNSS接收機(jī)提供的精確時(shí)間控制,具有低g靈敏度的低相位噪聲振蕩器,可以大大提高任何雷達(dá)或通信系統(tǒng)的有效載荷性能。
5. 技術(shù)升級(jí)。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),慣性傳感器,照相機(jī),激光雷達(dá),雷達(dá)和其他傳感器都在飛速發(fā)展,并且每年都有更好的技術(shù)可用。飛行控制系統(tǒng)以不同的速度發(fā)展-主要是由于飛行認(rèn)證過(guò)程,也是由于缺乏駕駛需求。無(wú)人機(jī)可以使用他們現(xiàn)在擁有的設(shè)備很好地導(dǎo)航。單獨(dú)的有效載荷PNT設(shè)備使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以跟上技術(shù)發(fā)展的步伐,在不中斷導(dǎo)航系統(tǒng)的情況下為任務(wù)選擇最新和最佳的方法。
總之,兩個(gè)PNT設(shè)備同時(shí)應(yīng)用不會(huì)對(duì)SWAP產(chǎn)生影響,也不會(huì)顯著提升成本,因?yàn)镚NSS接收機(jī)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不再是大型的昂貴物品。第二個(gè)PNT設(shè)備通常很小,重量也不大,功耗也不高幾瓦的。當(dāng)可移動(dòng)有效載荷不共享飛機(jī)飛行的PNT數(shù)據(jù)時(shí),連接器和線束也更少,因此重量的增加幾乎可能為零。PNT設(shè)備可以通過(guò)分離器在飛機(jī)上共享天線,因此無(wú)需另外放置天線。正如解決問(wèn)題時(shí)常常說(shuō),“兩個(gè)腦袋比一個(gè)腦袋好用”一樣,在無(wú)人機(jī)中擁有兩個(gè)PNT設(shè)備通??赡苁莻€(gè)更好的解決方案。