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无人机安装专门的飞行导航仪有没有必要?

添加时间:2021-03-31 来源:斗室智库 作者:曹冲
  最近,在《GPS World》有篇文章,很有意思,它的题目是:“两个PNT比一个更好”。这个问题,在我们所讨论的GNSS多星座应用比单个星座要好,有异曲同工之妙。无人机上装有两个PNT设备的问题,提出来了,因为这是个非常现实的问题。有人提出,既然已经安装了非常好的PNT设备(意指专门的飞行导航仪)来驾驶飞机,为什么不使用这个PNT设备来直接装载成为有效载荷呢?那么,无人机安装专门的飞行导航仪有没有必要?这涉及到需要和可能。
  既然已经安装了非常好的PNT设备(意指专门的飞行导航仪)来驾驶飞机,为什么不直接使用这个PNT设备来直接装载成为有效载荷呢?出于多种原因,这可能不是一个好主意。其理由有若干:
  1. 重新认证。飞行导航仪与无人机有效载荷合体,似乎是个好主意,但是改装导航装置是飞行控制系统的一部分,存在风险,飞机的飞控系统必须重新认证,以确保飞行安全不存在风险。尽管无人机在安全方面的限制不如有人驾驶飞机严重,但如果坠毁在人口稠密的地区,它仍然可能造成财产损失,甚至造成人员伤亡与生命损失。美国联邦航空管理局拥有众多标准,如软件DO-178、硬件DO-254,和测试DO-160,确保航空电子设备的设计和测试能够安全运行实施。每次修改,无论大小如何,都必须遵循这些标准,并且可能需要对飞机的适航性进行昂贵的重新认证。
  2. 性能要求。这些因每个任务而异。飞行控制系统包括一个导航设备,该导航设备是根据飞机的特殊要求选择的。这些不一定符合有效载荷的需求。例如,考虑俯仰、横滚和偏航感知测量精度。确定相机指向角度所需的精度可能与水平飞行所需的精度不同。
  3. 可互换性。特定的无人机可以有多个有效载荷来执行不同的任务。相反,特定的任务有效载荷可以调整并安装在几种不同的无人机上。使第二个PNT设备与有效负载相匹配,可以使其在与有效负载一起移动到不同的UAV时与之保持在一起。这可以降低拥有和运营的总成本,因为与使单个PNT设备适用于所有情况所需的适配工作和设计更改相比,第二个设备的额外成本很小。
  4. 在PNT设备中可能缺少T(授时功能)。通常,用于飞机飞行的导航设备,不需要精准的内部振荡器来提供时间和/或频率。但是,大多数有效载荷都可以从时间/频率分量中受益,以增强任务性能。由GNSS接收机提供的精确时间控制,具有低g灵敏度的低相位噪声振荡器,可以大大提高任何雷达或通信系统的有效载荷性能。
  5. 技术升级。微机电系统(MEMS),惯性传感器,照相机,激光雷达,雷达和其他传感器都在飞速发展,并且每年都有更好的技术可用。飞行控制系统以不同的速度发展-主要是由于飞行认证过程,也是由于缺乏驾驶需求。无人机可以使用他们现在拥有的设备很好地导航。单独的有效载荷PNT设备使系统设计人员可以跟上技术发展的步伐,在不中断导航系统的情况下为任务选择最新和最佳的方法。
  总之,两个PNT设备同时应用不会对SWAP产生影响,也不会显著提升成本,因为GNSS接收机和惯性导航系统不再是大型的昂贵物品。第二个PNT设备通常很小,重量也不大,功耗也不高几瓦的。当可移动有效载荷不共享飞机飞行的PNT数据时,连接器和线束也更少,因此重量的增加几乎可能为零。PNT设备可以通过分离器在飞机上共享天线,因此无需另外放置天线。正如解决问题时常常说,“两个脑袋比一个脑袋好用”一样,在无人机中拥有两个PNT设备通常可能是个更好的解决方案。
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