微型飞行器概述

　　微型飞行器(MAV)是于20世纪90年代发展起来的一种新型飞行器。其应用技术基本上已超出传统的飞机设计和空气动力技术的研究范畴，是对传统航空技术的一种挑战，同时它的出现也开拓了纳米技术和微机电系统技术在航空领域的应用。微型飞行器的发展和应用，必将推动国防科技工业的发展，并且具有广阔的民用前景。

　　微型飞行器(Micro Air Vehicle，简称MAV)是新技术发展的必然产物，是目前国内外研究的一个前沿和热点问题。微型飞行器的概念源于20世纪90年代。1995年，美国国防**研究计划局(DARPA)认为，微型飞行器是一种尺寸为15厘米大小并能靠其自身能力飞行和完成各种探测任务的飞行器。微型飞行器的特点是，其尺寸在15厘米以下，重量从10克到100克，有效载荷18克左右，外形有固定式机翼、旋翼式和扑翼式三种，有的很像各种昆虫，使用高度从几十米至几百米，飞行速度从10米/秒～20米/秒(35千米/小时～70千米/小时)，任务半径几千米(用炮弹发射可达20千米以上)，滞空时间为20～60分钟。

微型飞行器测控系统的构成和特点

　　总线的选择和设计离不开具体的应用背景。要选择系统的总线方式，必须首先了解微型飞行器测控系统的结构和特点。微型飞行器测控系统是用来接收、处理和发送微型飞行器中信号和数据的系统，测控系统一方面要完成特定状态下相关参数的测量，另一方面要对飞行器进行控制。从功能上可以将测控系统分为控制模块、传感器模块和执行器模块。其中，视频和GPS等系统可以归属于特殊功能的传感器，而数据发送则属于特殊功能的执行器。微型飞行器测控系统的功能结构如图1所示。

　　与常规的飞行器测控系统相比，微型飞行器测控系统在硬件结构上有以下特点：

　　① 于空间和重量的限制，控制模块通常采用单芯片微控制器，各功能模块均在IC芯片基础上进行开发;

　　② 型飞行器本身尺寸很小，所以各个模块和IC芯片之间的距离不能很远;

　　③ 测控系统是单主机结构;

　　④ 微型飞行器的重量小、响应快，数据传输要求实时和高速。从测控系统的信号上看，各种芯片所处理信号是不同的，例如，控制舵机的指令信号多是脉宽调制信号，而传感器的信号又有数字类和模拟类两种。

　　此外，还有视频系统的图像信号等。这些信号需要在芯片间传递，被主控制单元统一处理。此外，这些信号和数据的流向是单向的，传感器系统提供信号和数据，经过微控制器运行后，成为控制指令和测试数据，分别输出到不同的执行器。这些特点使得微型飞行器测控系统在器件和总线方式的选择上都具有其特殊性。在设计测控系统时，首先要根据测控系统在设计上的要求，分析其信号和数据的种类以及在处理和传输上的特点，规划信号流程，从而保证测控功能的完成。然后根据信号流程选择总线方式和芯片器件。作为信号和数据的载体和连接各个器件的桥梁，总线不仅要实现各个功能芯片之间信号和数据的共享，而且要保证数据和信号传输的高速性和可靠性。

微型飞行器总线的选择和应用

　　在测控系统中，使用何种总线方式是与系统的要求和芯片的选择紧密相连的。采用的总线不同，形成的测控系统也大相径庭。具体到微型飞行器测控系统中，还需要考虑实际的使用要求和被测对象的特点，包括：

　　·测控系统体积和重量的要求;

　　·微型飞行器测控系统本身的特点;

　　·测控系统的设计成本;

　　·与总线相匹配的外转帐功能器件的可获得性;

　　·微控制器和与之协作的微传感器和微执行器接口的统一性。

　　根据这些条件，可以选择不同的总线满足设计要求。总线可分为内部总线和外部总线。本文中内、外部总线是按照被连测控系统各个功能模块进行划分的。从这个意义上，基于单片机的测控系统采用的是外部总线方式，而测控芯片系统采用的内部总线方式

微型飞行器的应用

　　在**方面，MAV可以装备到排**士兵，进行低空**侦察、监视、战场损伤评估等;当作反辐射和微型攻击武器，摧毁敌方雷达等电子设施以及携带微型战斗部进行攻击;用于目标搜索和通信中继;进行生化探测，并标定危险区域等。在民用方面，MAV可以用于交通监控、边境巡逻、森林及野生动植物勘测、航空摄影、输电线路检查、环境监测、气象监测、森林防火监测等。正是由于微型飞行器在**和民用方面极其广阔的应用前景，使其得到了世界许多国家的极大关注，很快成为国际上新的研究热点。

　　微型飞行器是单个士兵就可配置和使用的新式武器，通过它可以起到延长眼睛和耳朵的作用，以支持战术决策，因此成像任务是其*为优先的任务。根据美国陆军训练和基本原则，微型飞行器的任务大致有以下几项：

　　1、航路侦察 为了查明航路状况是否具有障碍物、埋伏以及其它敌情，小**易于部署MAV进行航路侦察，以供友军使用。这种任务可以在露天或城区的各种地形情况下完成。

　　2、点目标观察 小**部署MAV来观察点目标，例如在桥梁和建筑物上进行情报收集或目标支援。另外还可在目标后面进行预警/掩护**执行任务。被观察的位置距发射点可为5～10公里，因此当风险太大而不宜部署人或没有足够的时间来获得人所要求的位置时，则使用MAV。

　　3、城市作战 在城区的**作战中，MAV对掩护友军将是非常重要的。一般来说，MAV在城市作战中将沿着道路、小巷、城市水路以及建筑物之间、建筑物后面和建筑物顶部悬停侦察，并完成成像任务。

　　4、特殊任务 特殊任务包括信号侦察、电子干扰、通信中继、核、生化感应，或微型传感器的定位，MAV也可以执行异常任务，例如： ·在限定的机动环境中进行目标搜索，如在小巷里巡逻，在天篷或空的洞穴下搜索目标; ·**的机动目标监视，即可在窗户里监视; ·保持在某一站点上延长时间巡逻/监视; ·扩大作战距离，把MAV发射到靠近行60公里或更远一些的位置进行监视; · **投放，包括用指示器标记目标，例如红外(IR)反射涂料或一种无线电频率标记，以使射入的军火能够"看到"目标，或者投放小的地面传感器，例如用于远距离监视的声传感器。 总之，MAV可以在许多分散士兵的敏感任务环境中使用。

微型飞行器的发展趋势

　　从目前微型飞行器的研究现状和未来高新技术的发展来看，微型飞行器将会有以下的发展趋势：

　　微型固定翼飞行器技术将会完全成熟。按照目前的研究进度，可以预测十年内微型固定翼飞行器的性能将会显著改善。微型飞行器的留空时间将会由目前的几十分钟发展到几小时，作战半径将由几公里增加到上百公里，并且将可以实现完全的自主飞行。目前，美国航空环境公司研制和生产的微型固定翼飞行器“黄蜂”(WASP)采用锂电池已经创造了一项*长时间(1小时47分钟)的飞行记录。研制出飞行性能可以与鸟类、昆虫等相媲美的微型扑翼飞行器。在今后一、二十年中，随着非定常空气动力学和低雷诺数空气动力学研究的深入，仿生扑翼动力学基础理论研究将取得很大突破，从而使微型扑翼飞行器的工程化和实用化成为可能。加州大学的研究人员用4年时间研究苍蝇翅膀的工作机理，已经造出了只有10毫米长、3毫米宽、5微米厚的仿生翅膀。它能够以每秒钟150次的频率上下扑动，并且已经使*大尺寸不足3厘米，重量只有100毫克的MFI(Micromechanical Flying Insect)微型扑翼飞行器实现了绑附在一根细线上的半自主飞行。

　　微型飞行器用于“火蚁战争”。这是一种全新的战争形态，未来的战争将不再是以坦克、军舰和有人驾驶飞行器为特征的常规作战模式。大量灵巧微型传感器(微型飞行器或其变体)将综合成全球天基侦察系统，那时将会有成千上万可以飞行、爬行、盘旋的昆虫大小的武装微型飞行器被用来探测、跟踪、瞄准、攻击和着陆到任何大小的**目标。微型飞行器将使未来战争的战场空间急剧扩大，并*终可能演变成使用微型机器人的第六维战争。

　　微型飞行器是一个包含多种交叉学科的高、精、尖技术，其研究水平在一定程度上可以反映出一个国家的科技水平。微型飞行器的研制不仅是对其本身涉及问题的解决，更重要的是，微型飞行器涉及的关键技术问题的提出和解决将有力的带动、促进相关的技术领域的巨大发展。