BỘ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ BỘ QUỐC PHÒNG
TRUNG TÂM KHOA HỌC KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
***

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống quan sát, quản lý mục tiêu
trên mặt đất sử dụng máy bay không người lái (UAV) điều khiển
quỹ đạo bay bằng hệ thống định vị toàn cầu (GPS)”

Mã số: ĐTĐL-2005/20G Chủ nhiệm đề tài: Thiếu tướng PGS.TS Đào Tuấn
BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC KỸ THUẬT

Mã số: ĐTĐL-2005/20G XÁC NHẬN CỦA ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Đại tá Phạm Trọng Hiền

Thiếu tướng PGS.TS Đào Tu
ấn PHÊ DUYỆT CỦA CẤP QUẢN LÝ
7 ThS Phạm Văn Hòa
8 ThS Trần Mạnh Hà
9 KS Phan Hồng Minh
10 KS Nguyễn Văn Hớn
11 KS Phạm Quang Thiều Th trng c quan ch trỡ ti
(Họ, tên, chữ ký và đóng dấu)
4
LỜI MỞ ĐẦU

Khí cụ bay không người lái là thuật ngữ chỉ các khí cụ bay theo một chương
trình lập sẵn hoặc theo tín hiệu điều khiển từ xa của trạm mặt đất, có thể thu hồi hoặc
tự huỷ sau khi hoàn thành nhiệm vụ. Từ khi ra đời đến nay khí cụ bay không người lái
đã được sử dụng phổ biến trong quân sự, lúc đầu chúng chủ yếu được sử dụng cho
huấn luyện, sau đó đượ
c phát triển để thực hiện cho các nhiệm vụ trinh sát, giám sát
chiến trường, tác chiến điện tử và rồi cả các nhiệm vụ trên bộ, trên biển. Còn trong các
lĩnh vực khác khí cụ bay không người lái có thể sử dụng để giám sát bờ biển, chống
buôn lậu, kiểm soát môi trường, hay đánh giá sản lượng nông sản.
Trong lĩnh vực quân sự hiện nay, hầu hết các khí cụ bay không người lái được
sử dụng cho các nhiệ
m vụ trinh sát giám sát chiến trường, chỉ thị mục tiêu. Nhờ được
trang bị các thiết bị hiện đại như Camera quang điện tử, Camera hồng ngoại vô tuyến,
các sensor và nhiều thiết bị điện tử khác thì khí cụ bay không người lái có thể chụp
ảnh, thu thập các vị trí bố trí của đối phương, về địa hình thời tiết, mức nhiễm độc

Phương tiện bay không người lái là khái niệm chỉ những phương tiện bay được
điều khiển tự động theo chương trình định trước hoặc được điều khiển từ xa bởi trạm
mặt đất hoặc máy bay có người lái, có thể thu hồi hoặc tự hủy sau khi thực hiện nhiệm
vụ. UAV thường được trang bị các thiết bị thông tin, Camera, các loại c
ảm biến, vũ
khí, nhằm thực hiện các chức năng khác nhau cho cả mục đích quân sự và các lĩnh
vực dân sự.
Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, phương tiện bay không người lái đầu tiên
gọi là Aerial Torpedoes đã được nghiên cứu xây dựng và sử dụng, sau này được xếp
vào loại tên lửa tầm thấp “Cruise Missiles”. Ngày 12/9/1916, máy bay tự động Hewitt-
Sperry, còn gọi là “Flying Bomb” đã được thử nghiệm thành công. Đến tháng 11/1917
thì các máy bay tự độ
ng đã được quân đội Mỹ xây dựng và sử dụng, mở ra những
hướng nghiên cứu phát triển các mô hình máy bay tự động.
Với khả năng về khoa học kỹ thuật, vào những năm 1930, quân đội Anh và Mỹ
đã chế tạo, sử dụng máy bay mục tiêu được điều khiển bằng vô tuyến (Radio
Controlled target aircraft) phục vụ huấn luyện và hiệu chỉnh súng pháo. Năm 1931,
Anh phát triển mục tiêu điều khi
ển bằng vô tuyến “Fairey Queen” trên cơ sở thủy phi
cơ “Fairey IIIF”. Đến 1935, một số lượng lớn các loại mục tiêu điều khiển vô tuyến đã
được nghiên cứu phát triển, điển hình là loại “DH.82B Queen Bee”.
Người đứng đầu trong lĩnh vực này được biết tới là Reginald Denny và đã từng
phục vụ cho không quân hoàng gia Anh suốt chiến tranh thế giới thứ I. Sau chiến
tranh, ông di cư sang Mỹ và tiếp tục phát triển nhiề
u thế hệ máy bay cho quân đội Mỹ
như: RP-1, RP-2, RP-3 và RP-4 vào 1938, 1939. Đến 1940, Denny và các đồng nghiệp
đã nhận được hợp đồng sản xuất gần 15000 máy bay điều khiển vô tuyến OQ-2 (trên
cơ sở RP-4) cho quân đội Mỹ sử dụng trong chiến tranh thế giới lần II.
Chiến tranh thế giới thứ II đã buộc quân đội Mỹ sử dụng các mục tiêu bay làm
các phương tiện tấn công “A-series” (attack) được gọi là PQ. Không quân Mỹ

hoạt động của quân
đội Mỹ và đồng minh.
1.2. Vai trò và khả năng của UAV
So với các phương tiện khác, UAV có một số ưu điểm cơ bản sau:
- Không cần phi công trực tiếp điều khiển, do đó giảm thiểu thương vong và chi
phí đào tạo, có thể bay nhiều giờ và trong các trường hợp khẩn cấp;
- Khó bị đánh chặn trên đường bay hơn các tên lửa hành trình là do UAV có thể
hoạt động ở nhữ
ng địa hình phức tạp, dễ thay đổi đường bay;
- Với ưu thế nhỏ, khó phát hiện, UAV có thể hoạt động ở những vùng nguy hiểm,
thâm nhập không phận để trinh sát và theo dõi đối phương, thậm chí trực tiếp tấn công
các mục tiêu khi cần thiết.
Trong quân sự, thời gian đầu UAV được sử dụng trong huấn luyện, truyền phát
thông tin, làm mồi bẫy và làm mục tiêu giả để hiệu chỉnh vũ khí. Sau đ
ó, yêu cầu đặt ra
với các phương tiện quân sự là giảm thiểu những rủi ro, thương vong cho binh sỹ, nhiều
loại UAV đã được giới quân sự các nước nghiên cứu phát triển và hoàn thiện. Ngày nay,
UAV đã thực sự trở thành phương tiện quan trọng trong tác chiến đường không.
Trang bị những thiết bị hiện đại như: Camera quang điện tử, hồng ngoại, rada,
các thiết bị vô tuyến, các sensor và phương tiệ
n điện tử khác, UAV được sử dụng để
trinh sát, giám sát chiến trường, chuyển tiếp thông tin, tác chiến điện tử, chỉ thị mục
tiêu. Sự liên kết dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, trong đó có dữ liệu từ UAV đã tạo
ra một lợi thế đáng kể để xác định thông tin về mục tiêu tấn công cho các loại vũ khí.
Gần đây UAV còn được sử dụng
để thực hiện các đòn tấn công và có thể thực hiện các
Chuyến bay thành công của UAV chiến đấu (UCAV - Unmanned Combat Aerial
Vehicle) loại X-45 vào tháng 5/2002, kết quả của sự hợp tác giữa Boeing, nhiệm vụ
tương đương với máy bay có người lái.
DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), U.S. Air Force và

- UAV tí hon (MAV - Micro Air Vehicles).
1.3.1. UAV bay lâu - độ cao lớn (HALE- Hight Altitude Long Endurance):
HALE UAV được miêu tả tương đương như một “vệ tinh bay thấp” cung cấp
ảnh độ phân giải cao cho mục đích tình báo. Một trong những phương tiện bay không
người lái loại này phải kể
đến đầu tiên là GLOBAL HAWK RQ4 do hãng Northop
Grumman (Mỹ) chế tạo, đây là loại phương tiện bay không người lái có khả năng
trinh sát từ cự ly an toàn, độ cao lớn và bay lâu. GLOBAL HAWK đang được coi như
lực lượng bổ sung hay thậm trí thay thế các máy bay tuần tiễu trên biển.
1.3.2. UAV bay lâu - độ cao trung bình (MALE - Medium Altitude Long
Endurance):
Một trong những phương tiện bay điển hình loại này phải nói tới là Predator
RQ1 của Mỹ, đây là phương tiện bay không người lái do hãng General Atomic chế
tạo. R
ẻ và nhỏ hơn nhiều (khoảng 4 triệu USD) so với Global Hawk RQ4, Predator
RQ-1 có thể cung cấp video thời gian thực cả ngày lẫn đêm trong mọi điều kiện địa
hình và thời tiết qua kênh vệ tinh. Predator được quân đội Mỹ sử dụng lần đầu tiên ở
chiến trường Bosnia năm 1995, để trinh sát, cảnh giới, giám sát chiến trường, thậm chí
chuyển thành máy bay tấn công khi cần thiết.
Tuy nhiên, chúng không được dùng trong chiến tranh Iraq 3/2003 vì tại
Afganistan đã có tớ
i 12% bị rơi do thời tiết xấu và các vấn đề kỹ thuật khác. Cùng với
các UAV loại MALE này thì hãng General Atomic đang phát triển hơn nữa model
MQ-9A Predator-B, loại này có thể mang các trang thiết bị nặng hơn với độ cao lớn
hơn và vận tốc lớn hơn.
8
Để thay thế cho Predator trong chiến tranh Iraq năm 2003 quân đội Mỹ đã sử
dụng phương tiện bay không người lái Shadow-200 có trị giá 300 ngàn USD mỗi
chiếc. Với chiều dài hơn 3 mét nhỏ hơn nhiều so với Predator, Shadow-200 không cần
đường băng để cất hạ cánh. Shadow-200 có thể gửi các hình ảnh rõ bằng camera thị

năm 2003 khi các phi đội bảo vệ lực lượng vi
ễn chinh của không quân Mỹ triển khai
phương tiện bay cảnh giới trên không bảo vệ lực lượng ở cả Afganistan và Iraq.
1.3.6. UAV tí hon (MAV - Micro Air Vehicles):
Các phương tiện bay tí hon có thể thực hiện được rất nhiều chức năng không
chỉ đơn thuần là trinh sát, ví dụ như để tiếp cận phân tích đầu đạn thì người ta có thể
sử dụng một phương tiện bay rất nhỏ gọi là FLY-BOT nó có kích thước rất nhỏ và hầu
như không thể bị phát hiện. Sự tiến bộ của công nghệ Nanô sẽ cho phép chế tạo một
con côn trùng cơ khí có kích thước chỉ 5cm có trang bị camera cùng máy Scaner thậm
chí cả thiết bị cảm ứng phân biệt mùi, một số FLY-BOT có thể mang theo cả mồi ga
nhỏ để trong trường hợp cần thiết có thể chuyển từ bị động sang chủ động tiến công.
Tính năng chi tiết của các loại UAV được
đề cập đến có thể tham khảo trong
phụ lục 1 báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật của đề tài.
9

CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG UAV

2.1. Sự phát triển của UAV trên thế giới:
Từ khi ra đời đến nay, đã có rất nhiều nước nghiên cứu phát triển UAV và chủ
yếu được sử dụng trong quân sự và sau đó là một số ứng dụng dân sự. Các nước đi đầu
trong lĩnh vực này là Mỹ, Israel, Anh, Nga, Trung Quốc, Iran, Australia,
2.1.1. Phát triển UAV ở Mỹ:
Công nghệ là vấn đề then chốt đối với con đường mà Mỹ dự kiến cho việc phát
tri
ển và sử dụng UAV. Mỹ đã đưa ra thuật ngữ “hệ thống phương tiện bay không
người lái” (UAS-Unmanned Aircraft System) như là một phương tiện để nhấn mạnh
rằng nó bao gồm cả máy bay lẫn trang thiết bị bảo đảm thiết yếu cho nó.
Trước những yêu cầu phải trang bị xuống cấp trung đội, Mỹ đã nghiên cứu theo
một hướng mới, công nghệ nano để chế tạo nh

2.1.2. UAV Israel:
Cùng với Mỹ, Israel là nước đi tiên phong và đứng đầu thế giới trong lĩnh vực
nghiên cứu UAV. Nhiều năm xung đột với người Palestin đã dẫn tới một quá trình mở
rộng đáng kể vai trò của UAV. Từ giữa những năm 1990 thì Israel đã đưa ra loại UAV
“bay lâu có độ cao trung bình” (MALE) là Hermes 450 (hình 2.2).

Hình 2.2: UAV Hermes 450 của Israel
Không quân Israel (IAF – Israel Aerial Forces) chịu trách nhiệm sử dụng toàn
bộ số UAV từ cấp chiến thuật cũng như trong toàn bộ Lực lượng quốc phòng Israel
(IDF - Israel Defence Forces), đồng thời đây cũng là nơi cung cấp các dịch vụ UAV
cho các lực lượng trên bộ và Hải quân nước.
Năm 2005 tại triển lãm Paris Air Show, Israel có đưa ra một số loại UAV như:
Bird Eye 400, Mahatz-1…
Bird Eye 400 là loại UAV mini, có đuôi hình chữ V, cánh nâng cụp về phía sau
với độ
chếch không đổi, có khả năng bay hoàn toàn tự động, với các thiết bị điều khiển
bay theo mốc lộ trình, nó có thể mang một Camera ban ngày zoom liên tục hoặc một
sensor quan sát đêm hồng ngoại không làm lạnh. Nó có thể được phóng bằng dây đàn
hồi hoặc bằng tay có thời gian bay 90 phút.

Hình 2.3: UAV Bird Eye 400 của Israel
Mahatz-1 được xem là MALE UAV thế hệ 4, có khả năng mang tới 250 kg tải
trọng và đã trình diễn khả năng bay liên tục 52 giờ. Nó có thể mang một lúc nhiều
sensor, như radar mặt mở tổng hợp (SAR), radar quét Hải quân và các tải trọng tình
báo truyền tin hoặc điện tử.
Từ 2005, IAF bắt đầu thực hiện các chương trình hiện đại hóa toàn bộ số UAV,
trang bị thêm một số UAV loại MALE Mahatz 1 do chính hãng IAI phát triển, dầ
n
thay thế cho các mẫu cũ Searcher Mk I và Mk II với tư cách là phương tiện không
người lái trinh sát chủ lực của IAF. Đồng thời, công ty IAI cũng được chọn làm hãng

viên khả dĩ nhất đáp ứng các nhu cầu sử dụng hiện nay, có thể bay lâu, tuần tiễu bảo
vệ biên giới và trên biển.
Bên cạnh đó, Alenia Aeronautica Italia đang có những k
ế hoạch phát triển
UCAV với Sky-X được bay thử thành công vào tháng 5/2005. Galileo Avionics cũng
đã gặt hái được những thành công nhất định trong việc thương mại hai biến thể của
mẫu Camcopter, trong đó có thương vụ bán 80 chiếc S-100 cho các Tiểu Vương quốc
ả rập Thống nhất. Một biến thể khác của mẫu Camcopter cũng đã được quân đội Áo,
Ai Cập, Đức, Anh mua sắm.
Ngoài ra, Sperwer UAV của Sagem đã từng là một trong những chươ
ng trình
UAV khá thành công ở Châu Âu về thương mại, và hiện đang được trang bị trong lục
quân Đan Mạch, Hy Lạp. Hai công ty Rheinmetall và EMT của Đức cũng đã thiết kế
và phát triển các UAV với khách hàng chính là lục quân Đức, trong đó máy bay chiến
trường tầm gần Luna của EMT đã tham gia chiến trường Coxovo và Afganixtan.
2.1.4. Nghiên cứu UAV ở Nga:
Là nước có sự lớn mạnh về công nghiệp hàng không với nhiều công trình
nghiên cứu UAV từ rất sớm. Song những nghiên cứ
u mang tính thực tế đã thụt lùi so
với nhiều nước, nhất là trong thập kỷ 90. Tuy nhiên, cuộc xung đột tại Chechnya đã
thúc đẩy việc nghiên cứu và sử dụng UAV ở Nga.
Vào những năm 1960, UAV của Nga chủ yếu do hãng Tupolev phát triển,
những UAV hạng nặng như: TU-123, TU-143, TU243… là lực lượng nòng cốt của lực
lượng UAV ở Nga cho tới tận những năm 1990. Vào đầu thập kỷ 80, phòng thiết kế
Yakovlev – Viện nghiên c
ứu Kulon đã bắt đầu công trình phát triển các máy bay điều
khiển từ xa cấp chiến thuật Pchela. DPLA-60 Pchela-1 (ong mật) là bước xuất phát
quan trọng trong chế tạo UAV, và được thiết kế để sử dụng ở cấp đại đội. Vào cuối
12
những năm 80, hệ thống được bổ sung một phiên bản tiên tiến hơn, DPLA-61 Shmel-1

cách bố trí dáng ngoài với cánh quạt đẩy, cánh nâng và cánh đuôi như Predator B, nó
cũng mang một anten truyền tin lớn ở phần trên mũi.
2.1.5. UAV Trung Quốc:
Hoạt động nghiên cứu UAV ở Trung Quốc m
ặc dù phát triển muộn, nhưng lại
được đánh giá là khá mạnh mẽ cả về chiều rộng lẫn chiều sâu. Ngành công nghiệp
hàng không, các viện nghiên cứu hàng không vụ trụ và nhiều trường đại học ở Trung
Quốc đang đồng loạt tiến hành nghiên cứu và thực hiện nhiều chương trình, dự án chế
tạo UAV trong nhiều năm.
Những UAV đầu tiên được triển khai tại Trung Quốc là những mẫu thiế
t kế sao
chép từ Mỹ và Liên Xô (cũ). Tuy nhiên, Trung Quốc đã nhanh chóng thấy được tiềm
13
năng to lớn của UAV trong quân sự, và đã tiến hành nhiều công trình tạo ra một loạt
UAV chiến thuật, siêu nhỏ và vi hình, thậm chí còn xây dựng chức năng mô phỏng các
động tác bay của loài chim.

Hình 2.5: UAV ASN-207 của Trung Quốc
Trung Quốc đã sản xuất được hàng loạt UAV giám sát chiến thuật, là mẫu thu
nhỏ của máy bay Tây An (Xian) ASN-206 vào giữa những năm 1990. Mẫu mới hơn là
ASN-207 vào năm 2002 (hình 2.5), cho phép lắp đặt một anten truyền tin vệ tinh trên
lưng, cho phép truyền dữ liệu tức thời (hoặc cận tức thời) trên những cự ly mở rộng.
Một số mẫu UAV lên thẳng cỡ nhỏ như: Tườ
ng Điểu (Soar Bird) của Đại học
Nam Kinh, M-22 của Đại học Bắc Kinh, hay Z-2 và Z-3 của Viện NRIST. Công ty
“Beijing Strong Science and Technology Development Company” đã phát triển một loạt
UAV siêu nhỏ và vi hình như Observer, Sun Ying (Thái Âm) và Shark (Kình Ngư)… Tại
triển lãm hàng không Trung Quốc 2004, công ty CASC (China Aerospace Science and
Technology Corporation) chuyên về vũ trụ và tên lửa đạn đạo, cũng trưng bày một loạt dự
án UAV, có cả UAV chiến thuật mới.

lượng phòng không của các mục tiêu kinh tế-quân sự then chốt, hai là sát thương có
lựa chọn các mục tiêu này tuỳ theo tầm quan trọng của chúng, với nhiệm vụ này thì
UAV sẽ bay vào khu vực đã định, tìm mục tiêu, truyền hình ảnh về sở chỉ huy để phân
biệt mục tiêu, sát thương chúng theo lệnh từ mặt đất sau đó quay về điểm đặt căn cứ.
Đặc biệt với các mục tiêu cơ sở hạ tầng kích thước nhỏ như cầu cống, bến v
ượt sông,
sở chỉ huy thì dùng UAV sát thương là rất có tác dụng.
2.2.3. UAV thực hiện tác chiến điện tử.
Trong nhịp độ của chiến tranh thông tin, khi mỗi bên đều muốn nhanh hơn bên
kia và gây tổn thất tối đa cho đối phương, thì phương tiện bay không người lái sẽ tham
gia chế áp vô tuyến điện tử ồ ạt lên mục tiêu của đối phương và bằng cách đó làm cho
tình hình càng trở nên bất định đối vớ
i địch. Ngoài ra UAV còn phát hiện được các
mục tiêu bức xạ vô tuyến rồi xác định chủ nhân và toạ độ của chúng và lập tức đưa
vào hệ thống tự dẫn của tên lửa có điều khiển, sau đó sát thương các mục tiêu vừa phát
hiện được hoặc dùng nhiễu để chế áp chúng.
2.2.4. UAV trong đối phó với hệ thống phòng không.
Đối với những trận địa mà hệ thống phòng không của đố
i phương bố trí theo
nhiều tầng, nhiều lớp mà máy bay có người lái không thể vượt qua thì có thể dùng
UAV để tiếp cận mục tiêu sẽ có hiệu quả hơn. Yếu tố quyết định khả năng không bị
tiêu diệt của UAV tại các khu vực phòng không là giữ bí mật đường bay bằng khả
năng khó bị phát hiện trong phổ quang, hồng ngoại và các phổ điện từ khác có được
nhờ công nghệ “tàng hình”. Khả
năng khó bị tiêu diệt của UAV được đảm bảo do
chúng hoạt động trên những độ cao bay lớn, có khả năng gây nhiễu các phương tiện
phòng không.
Như vậy với các ưu điểm nỗi trội như thể tích nhỏ, trọng lượng nhẹ, kết cấu đơn
giản, giá thành nghiên cứu chế tạo và chi phí cho công tác sẵn sàng chiến đấu, duy tu bảo
dưỡng thấp và nhất là tránh được nguy hiểm cho phi công thì phươ

i học Bách
khoa Hà Nội, tập trung nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vật liệu tổng hợp
Composite vào lĩnh vực chế tạo thân vỏ.

Hình 2.8: Mục tiêu bay M96-A

Sau 2 năm nghiên cứu thử nghiệm, năm 1996 mục tiêu M96-A được đưa vào sử
dụng, phục vụ cho huấn luyện và bắn kiểm tra của Quân chủng.

16
Bảng 2.2: Tính năng kỹ chiến thuật của M96-A
Sải cánh 2.2 m
Chiều dài 1.55 m
Trọng lượng mang tải 8 kg
Tốc độ bay 90 km/h
Trần bay 500-700 m
Cự ly hoạt động 2000 m

Để đáp ứng khả năng xạ kích khác nhau của các loại vũ khí được trang bị, một
loạt các mục tiêu loại M96 được tạo ra với các tính năng khác nhau bao gồm:
- M96-A72: là mục tiêu được sử dụng ban ngày, mang nguồn tiết sáng hồng
ngoại, phục vụ cho huấn luyện và bắn tên lửa tầm thấp A72, A87, A89.
- M96-V01: là mục tiêu sử dụng phục vụ huấn luyện cho tổ hợp vũ khí ZCY-23
và các loại pháo phòng không có trang b
ị khí tài radar và máy chỉ huy.
Ngoài ra, nhu cầu đánh đêm của các lực lượng phòng không đã đặt ra nhiệm vụ
nghiên cứu, thử nghiệm và đưa vào sử dụng các loại mục tiêu bay đêm. Một số mục
tiêu bay đêm trong tầm quan sát của phi công điều khiển mặt đất đã được chế tạo như:
M96-D, M96-2D và M96-A72D…
Để phục vụ huấn luyện và bắn đạn thật cho các loại tên lửa tầm trung, từ

¾ Chưa sử dụng hệ thống định vị nên không có khả năng quản lý trạng thái, vị trí và
các tham s
ố của máy bay… Do đó rủi ro trong khi bay là khó kiểm soát và thường
xuyên xảy ra.
2.3.2. Nghiên cứu và phát triển máy bay không người lái
Để khắc phục những nhược điểm của các loại máy bay điều khiển vô tuyến nói
trên và có thể phát triển ứng dụng trong các lĩnh vực khác, vào đầu những năm 90,
những ý tưởng ban đầu về việc xây dựng các chương trình nghiên cứu UAV được
nhiều cơ quan Nhà nước, nhất là Bộ Quốc phòng ấ
p ủ. Khi đó, những khái niệm về
UAV vẫn còn ở mức độ hạn chế nên việc nghiên cứu gặp vô vàn khó khăn.
Trước những yêu cầu ngày càng cao của công tác huấn luyện và chiến đấu của
bộ đội phòng không, cũng như để có những định hướng nghiên cứu, phát triển mới
trong lĩnh vực này, Quân chủng PK-KQ đã đầu tư mua một số tổ hợp UAV mang tên
DF-16 (Dragon Fly – rồng bay) do Israel chế tạ
o. Từ năm 1993, việc nghiên cứu UAV
mới thực sự được bắt đầu. Nhiệm vụ trước mắt là khai thác và tiếp thu công nghệ từ tổ
hợp DF-16, từng bước tiến hành nghiên cứu, thử nghiệm các loại mục tiêu có thể bay
theo chương trình đặt trước.
Từ năm 1999, một nhóm nghiên cứu thuộc Ban nghiên cứu mục tiêu (khi đó
thuộc Bộ Tham mưu - Quân chủng PKKQ) đã phối hợp chặt chẽ
với nhiều cơ sở
nghiên cứu khác, bắt tay vào nghiên cứu, thử nghiệm. Đến năm 2001, dự án “Nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo máy bay không người lái điều khiển theo chương trình” bắt đầu
được triển khai, Viện Kỹ thuật PK-KQ được giao trách nhiệm thiết kế thân vỏ và hệ
thống điều khiển cho máy bay.
Qua nhiều năm nghiên cứu, đúc kết kinh nghiệm từ quá trình chế tạo, th
ử
nghiệm các mục tiêu bay trước đây, cùng với sự cộng tác chặt chẽ với các cơ sở
nghiên cứu khác, Ban nghiên cứu mục tiêu (lúc đó được chuyển về Viện Kỹ thuật

Chiều dài 2.3 m
Trọng lượng mang tải 32 kg
Tốc độ bay 180 km/h
Trần bay 2000 m
Cự ly hoạt động 30 km
Sau đó, do nhu cầu huấn luyện của không quân, một loại mục tiêu không người lái
có trần bay cao hơn, tốc độ nhanh hơn, thời gian bay lâu hơn đã đặt ra. Cuối năm 2005,
M400-CT đã thực hiện những chuyến bay đầu tiên thành công, thời gian bay tối đa
khoảng 90 phút, các tính năng không thua kém loại DF-16 đã mua của Israel trước đây.
Đây là một bước tiến hết sức quan trọng trong quá trình nghiên cứu chế tạo
UAV, vì những giải pháp k
ỹ thuật của một hệ thống điều khiển cho M400-CT cao hơn
rất nhiều so M100-CT và các UAV nhỏ hơn. 19
Bảng 2.5: Tính năng kỹ chiến thuật của M400-CT
Sải cánh 3.2 m
Chiều dài 2.8 m
Trọng lượng mang tải 90 kg
Tốc độ bay 320 km/h
Trần bay 3000 m
Cự ly hoạt động 90 km
Thành công với M400-CT đã báo hiệu những bước đi vững chắc của nhóm
nghiên cứu thuộc Ban nghiên cứu mục tiêu – Viện KT PKKQ, khẳng định được năng
lực và trình độ của các cán bộ nghiên cứu trong nước, đồng thời mở ra một tương lai
phát triển đầy hứa hẹn trong nghiên cứu UAV ở Việt Nam. Hiện nay, nhiều loại máy
bay theo chương trình khác nhau đã và đang được nghiên cứu, hoàn thiện. Mục tiêu
trước mắ
t là đáp ứng ngày càng tốt hơn các yêu cầu của công tác huấn luyện chiến đấu,

có những đầu tư nghiên c
ứu theo cả hướng chế tạo và ứng dụng UAV. Đi đầu phải kể
đến là Viện Kỹ thuật PKKQ, Trung tâm KHKT&CNQS, Quân chủng Hải quân, hay
một số nhà trường như: Học viện Kỹ thuật Quân sự, Đại học Bách khoa, Đại học Công
nghệ TPHCM… cũng đã bắt đầu đưa ra các hướng nghiên cứu cơ bản, dần hướng tới
đưa vào giảng dạy trong trường đại học.
2.4. H
ệ thống UAV sử dụng cho mục đích quan sát, quản lý mục tiêu trên mặt
đất.
Hiện tại, có nhiều cơ sở nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu sử dụng UAV vào
mục đích quan sát, quản lý mục tiêu trên mặt đất nhằm giám sát các hoạt động giao
thông, chống khủng bố, cảnh báo cháy rừng như Viện nghiên cứu robot và tự động hóa
(Đại học Arlington - Hoa kỳ); Phòng thí nghiệm UAV (Công ty Mechatronics – Hoa
kỳ), Công ty Astech (Anh) Tham khảo mô hình của các cơ s
ở này cho thấy mô
hình chung của hệ thống thông thường bao gồm hai phần:
- Thiết bị UAV và hệ thống các thiết bị hỗ trợ trên UAV như camera, GPS, bộ
vi xử lý điều khiển giám sát trạng thái UAV, điều khiển lái tự động/ bằng tay, điều
khiển truyền dữ liệu, điều khiển bay theo chương trình, điều khiển cất hạ cánh, các
sensor giám sát trạng thái UAV
- Trạm mặt đấ
t hỗ trợ UAV: dùng để nhận dữ liệu truyền về từ UAV, điều
khiển UAV, giám sát trạng thái UAV, điều khiển camera trên UAV
2.4.1. Mô hình phần cứng hệ thống quan sát quản lý mục tiêu mặt đất sử
dụng UAV.
Mô hình phần cứng hệ thống quan sát quản lý mục tiêu mặt đất sử dụng UAV
như biểu diễn trên hình 2.12.
Hệ thống bao gồm 2 phần:
- Phần lắp trên UAV:
• Thiế

UAV.
• Máy thu phát vô tuyến: tạo kênh liên lạc giữa trạm mặt đất và UAV.
• DGPS: Máy thu HGPS, dùng để xác định tọa độ hiện thời của trạm mặt đất, là
mốc để xác định vị trí của UAV trên nền bản đồ số trong trường hợp trạm mặt đất di
chuyển.
• Bộ điều khiển tay: Có gắn máy thu phát vô tuyến để điều khiển trực tiếp UAV
trong chế
độ điều khiển tay.

22PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
ĐO ĐẠC VÀ TRUYỀN TRẠNG THÁI UAV

Bài toán thiết kế chế tạo hệ thống quan sát, quản lý mục tiêu trên mặt đất sử
dụng máy bay không người lái (UAV – Unmaned Aerial Vehicle), điều khiển quỹ đạo
bay bằng hệ thống định vị toàn cầu (GPS – Global Position System) đặt ra vấn đề quản
lý thời gian thực trạng thái của UAV. Mặc dù có r
ất nhiều các tham số trạng thái khác
nhau của UAV như các tham số nội tại (tọa độ, góc hướng, nhiên liệu,…) hay các
tham số về môi trường (nhiệt độ, áp suất không khí, tốc độ gió,…), chỉ các tham số
quan trọng nhất liên quan tới bài toán xử lý ảnh để nhận dạng mục tiêu dưới mặt đất
được quan tâm. Điều này giúp cho hệ thống quản lý trạng thái bao gồm các khối điều
khiển, đo đạ
c và truyền số liệu được thiết kế gọn nhẹ và đáp ứng được yêu cầu về thời
gian thực của toàn bộ hệ thống. Các tham số trạng thái quan trọng nhất của hệ thống

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN UAV

3.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển được trình bày ở hình 3.1. Hình 3.1. Sơ đồ chức năng thiết bị trên UAV
Kế hoạch bay (các điểm lần lượt phải bay qua theo bản đồ theo một trật tự nhất
định) được nạp vào chương trình bay của máy tính dẫn đường dưới dạng kinh độ, vĩ độ
của từng điểm. Nhờ thông tin đưa từ máy thu GPS GEKO sang máy tính dẫn đường
89C51RD2 mà xác định được vị trí, hướng bay, độ cao bay và t
ốc độ của máy bay vào
thời điểm hiện tại, phần mềm dẫn đường có nhiệm vụ tính toán căn cứ vào kế hoạch
bay đã được nạp vào từ trước để đưa ra các chỉ lệnh điều khiển cần thiết để điều khiển
máy bay thông qua máy tính lái 89C52 để điều khiển máy bay bay theo đường bay
theo đúng kế họach bay trong không gian 3 chiều (bay qua các điểm trong kế hoạ
ch).
Các lệnh này được máy tính lái điều khiển máy bay hay không còn phụ thuộc
vào lệnh điều khiển từ mặt đất. Trong chế độ bay theo chương trình, máy tính lái tạo ra
các lệnh theo thời gian thực với độ phản ứng nhanh chính xác đến µs cho từng lệnh
điều khiển nên nó cần được tổ chức điều khiển ngắt (interrupt) hợp lý. Lệnh điều khiển

y
4.8v
FUTABA
R-149
Nguồn
acquy 4.8v
Autopilot
BTA-AS06

Servos
Máy phát
Maxstream
24
điểm i+1 cho đến khi i=N (N là số điểm có trong kế hoạch bay) thì chương trình sẽ
điều khiển máy bay bay về điểm 1 và sau đó lại bắt đầu bay theo chương trình từ đầu.
Để chương trình bay được mềm dẻo, độ cao bay của máy bay không người lái
không cần nhập vào ngay từ đầu (trước khi bay) mà được chọn trực tiếp trong khi bay.
Độ cao bay lúc bắt đầu được xem là độ cao cần bay của kế hoạch bay. Muố
n đổi độ
cao bay chỉ cần chuyển từ bay theo chương trình về bay bằng tay, lấy độ cao cần thiết,
chuyển lại sang bay theo chương trình.
Số các điểm bay theo chương trình hiện đang là 65535 và hoàn toàn thỏa mãn
các nhiệm vụ bay thực tế.
3.1.2. Bay bằng tay
Khi cất cánh, hạ cánh và những khi cần thiết khác, qua hệ thống máy phát điều
khiển và máy thu FUTABA lắp đặt trên UAV truyền lệnh cho máy tính lái để chuyển
chế độ sang ch
ế độ điều khiển máy bay bằng tay. Khi đó máy tính lái bỏ qua lệnh của
máy tính dẫn đường để thực hiện các lệnh bằng tay của người điều khiển.
Điều khiển bằng tay không chỉ cần lúc cất, hạ cánh mà có thể dùng ngay trong

Công suất phát của máy phát có thể lựa chọn được theo từng nấc 10 lần từ 10 mW-
1000 mW. Với độ cao bay lớn hơn 1000 m, cự ly liên lạc có thể đạt được 30 - 40 Km.
25
3.2.2. Servo
Là thiết bị chấp hành của hệ thống tự động điều khiển UAV để điều khiển các
bánh lái aileron, elevator, rudder, throtl và những cơ quan cần thiết khác.
Servo là các motor được điều khiển bằng tín hiệu xung điều chế theo độ rộng,
Vị trí trung gian tương ứng 1,5ms. Góc quay ±60
0
, công suất của các servo được chọn
phù hợp với loại máy bay và tốc độ bay.
3.2.3. Máy tính lái
Máy tính lái cần làm việc theo thời gian thực trong phạm vi 1 lệnh điều khiển.
Độ trễ trong thời gian thực được hạn chế tùy theo bài toán điều khiển nằm trong giới
hạn
±∆, trong đó ∆ ≤2µs.
Máy tính lái cần bị cấm ngắt (interrupt) trong chế độ lái để đạt được độ chính xác
của các lệnh theo thời gian thực. Máy tính lái gây nhiễu khoảng 3 db trên dải làm việc
của FUTABA. Bằng việc chọn tần số clock của máy tính này thích hợp (vừa đảm bảo
tốc độ lại tránh được nhiễu) nhiễu trong dải FUTABA có thể giảm xuống còn 1-2db.
Bộ vi điều khiển được chọn là Microcontrole 89C52. Microcontrole này có khả
nă
ng làm việc trong dải điện áp rộng và rất tin cậy. Microcontrole 89C52 được chọn
cơ bản dựa trên kinh nghiệm khai thác các IC của hãng ATMEL nhiều năm trước đây.
3.3. Phương pháp điều khiển
3.3.1. Đối tượng điều khiển:
Nghiên cứu đối tượng điều khiển nhằm mục đích thiết lập được một hệ phương
trình mô tả sự phụ thuộc của các đại lượng vật lý đặc trưng cho chuyển động của máy
bay trong không gian ba chiều với các cơ quan điều khiển máy bay như tay ga, bánh
lái hướng, bánh liệng, bánh lái độ cao, cánh tà cũng như các tác động khác của môi