而与固定翼无人飞行器相比，旋翼无人飞行器优势更加的明显。由于旋翼式无人机凭借旋翼旋转所产生的空气升力飞行，可以垂直起降（VTOL）、自由悬停。所以可适应不同的速度、起飞场地、航行方向及航路 [4]。所以，实现对旋翼无人飞行器远程控制显得尤为重要。考虑到旋翼无人飞行器具有批量生产成本低，如果能够实现远程联动控制，将会大大降低战争成本，想比于昂贵的重型战斗机和防空反导系统具有明显的成本优势。更为重要的是，旋翼无人飞行器可在战争中避免己方空军人员伤亡。美军目前正在致力于实现无人化战场，旋翼无人机的远程控制和研究工作将发挥不可替代的作用。本课程设计旨在设计一种针对无人飞机的远程监视和控制技术，以进一步扩大无人机的应用范围。

1.2  旋翼无人机的发展史与国内外研究现状及前景

首先，我们先了解一下无人机的基本类型和目前国内外的相关技术的发展情况。微小型旋翼无人机根据旋翼数量的不同，可分为单旋翼式、共轴双旋翼式和多旋翼式。单旋翼式无人机由有人直升机基础上改进而来，拥有单个旋翼和尾桨，类似于美国的阿帕奇武装直升机和我国的武直10武装直升机。这种技术已经相对成熟，因为可以沿用有人直升机的一些控制技术。共轴双旋翼无人机飞行控制虽然简单，但由于缺少了尾部转子，运动和动力学耦合较小。但是可长时间悬停，体积小，可搭载多种类型的芯片。

目前常见的多旋翼式微型无人机按旋翼数量可分为双旋翼、四旋翼、八旋翼等形式：其中四旋翼无人飞行器是目前无人飞行器研究的重点，也是本文将要拓展研究的主要对象。事实上，四旋翼飞行器的研究已有近百年的历史了。

1.2.1旋翼无人机的发展史

在二十世纪初，法国科学家查尔斯发明了第一架无人驾驶的旋翼式直升机。尽管当时的实验并没有成功，但却为他的学生——航空学先驱Louis Breguet的创世纪发明奠定了基础。

1907年8月到9月之间，世界上第一架四旋翼直升机“旋翼机一号” 诞生在法国北方小镇杜埃，由Breguct兄弟Louis和Jacque设计制造。发动机马力为36.7千瓦，由一人操作，成功载人离地。但是这架四旋翼直升机稳定性差，因为没有采用控制算法和配备操作系统。其飞行高度1.5米，飞离地面时间很短只能以秒计算[5]。在当时的历史条件下能做出如此重大的突破实属不易，因而作为四旋翼发展史上的重要起点永远载入史册，被誉为先驱。因此我们可以看到，早期的四旋翼飞行器由于控制技术的缺乏，只能依靠人为调节，不能满足飞行器控制的要求，稳定性差[6-9]。

当时，由于技术所限，四旋翼飞行器无法实现自主稳定飞行，人们逐步淡忘了四旋翼飞行器。但是，随着压电式传感器、压力式传感器、应变式传感器等多类型传感技术的相继取得重大突破，以及多功能专业化处理器的应用、新能源的出现使得众多难题得以解决。随着世界各国对无人机研究的逐步深入，四旋翼无人飞行器的逐步成为了高校和研究机构的研究热点。已有不同研究人员提出了多种方法进行飞行器姿态检测和控制，例如视觉和GPS模块的应用[10-12]，因此新的控制方法也层出不穷。

美国卡曼公司在50年代就曾推出无人驾驶，并且有一些型号投入了实际运用阶段。在1961年就成功试飞了QH-50A反潜遥控直升机，并且将其改进型装备于海军使用。到了上个世纪九十年代，西科斯基公司在改进“Cypher”基础上开发出了“CypherⅡ”。Cypher 系列无人机的性能更加优越，其首次在圆环形机体内采用涵道式结构，并且创造性地将四片旋翼全部置于涵道之中，既可以起到保护和固定旋翼的作用，又可以产生部分升力。此外，多余的涵道空间还可以容纳大功率发动机、航电设备、航空燃油以及其他飞行相关控件。