导语

  

    王强、沈自才、伍政华、丁义刚译的《小型无人机理论与应用》作者(兰德尔·W·比尔德、蒂莫西·W·麦克莱恩)探讨了理解UAV问题所必需的物理和传感器方面的关键知识，包括底层的自动驾驶仪稳定性和高层的路径规划功能。引导读者从刚体动力学入手，经过空气动力学、稳定性分析和用板载传感器进行状态估计，最后实现穿越障碍物的飞行。为了帮助理解，作者设计了丰富的利用MATLAB/Simulink环境的仿真项目。读者以刚体动力学建模开始，然后加入空气动力学和传感器模型，可以开发底层的自动驾驶仪程序，用于状态估计的扩展卡尔曼滤波器和轨迹跟踪路线，也可以设计高层的路径规划算法。本书的最后一章还集中讨论了基于视觉的UAV导航。

内容提要

  

    兰德尔·W·比尔德、蒂莫西·W·麦克莱恩著、王强、沈自才、伍政华、丁义刚译的《小型无人机理论与应用》探讨了理解无人机问题所必需的物理系统和传感器方面的关键知识，包括底层的自动驾驶仪稳定性和高层的路径规划功能，对理解固定翼无人机的动态特性、控制和导航的关键概念和技术进行了全面且精炼的介绍，使具有初步控制或机器人背景的读者能够很快进入到无人机研究领域。同时本书引导读者从刚体动力学人手，经过空气动力学、稳定性分析和用板载传感器进行状态估计，最后实现穿越障碍物的飞行。为了帮助理解，还设计了丰富的利用Matlab／Simulink环境的仿真项目。读者以刚体动力学建模开始，然后加入空气动力学和传感器模型，可以开发底层的自动驾驶仪程序、状态估计器和轨迹跟踪路线，也可以设计高层的路径规划算法。

第1章  引言
  1.1  系统架构
  1.2  设计模型
  1.3  设计项目
第2章  坐标系
  2.1  旋转矩阵
  2.2  MAV坐标系
    2.2.1  惯性坐标系Fi
    2.2.2  飞机坐标系Fv
    2.2.3  飞机-1坐标系Fv1
    2.2.4  飞机-2坐标系Fv2
    2.2.5  机体坐标系Fb
    2.2.6  稳定坐标系Fs
    2.2.7  风轴坐标系Fw
  2.3  空速、风速和地速
  2.4  风速三角
  2.5  矢量的微分
  2.6  本章小结
    注释和参考文献
  2.7  设计项目
第3章  运动学与动力学
  3.1  状态变量
  3.2  运动学
  3.3  刚体动力学
    3.3.1  平移运动
    3.3.2  旋转运动
  3.4  本章小结
    注释和参考文献
  3.5  设计项目
第4章  力与力矩
  4.1  重力
  4.2  空气动力与力矩
    4.2.1  控制面
    4.2.2  纵轴空气动力学
    4.2.3  横向空气动力学
    4.2.4  空气动力学系数
  4.3  推进力与力矩
    4.3.1  推进器推力
    4.3.2  推进器扭矩
  4.4  空气干扰
  4.5  本章小结
    注释和参考文献
  4.6  设计项目
第5章  线性设计模型
  5.1  非线性运动方程的总结
  5.2  协调转弯
  5.3  平衡条件
  5.4  传递函数模型
    5.4.1  横向传递函数
    5.4.2  纵向传递函数
  5.5  线性状态空间模型
    5.5.1  线性化
    5.5.2  横向状态空间方程
    5.5.3  纵向状态空间方程
    5.5.4  降阶模式
  5.6  本章小结
    注释和参考文献
  5.7  设计项目
第6章  基于连续闭环的自动驾驶仪设计
  6.1  连续闭环
  6.2  饱和约束和性能
  6.3  横向自动驾驶仪
    6.3.1  滚转姿态环设计
    6.3.2  航迹保持
    6.3.3  侧滑保持
  6.4  纵向自动驾驶仪
    6.4.1  俯仰姿态控制
    6.4.2  利用俯仰指令的高度控制
    6.4.3  利用俯仰指令的空速控制
    6.4.4  利用油门的空速控制
    6.4.5  高度控制状态机
  6.5  PID环的数字实现
  6.6  本章小结
    6.6.1  横向自动驾驶仪设计过程总结
    6.6.2  纵向自动驾驶仪设计过程摘要
    注释和参考文献
  6.7  设计项目
第7章  MAV的传感器
  7.1  加速度计
  7.2  速率陀螺
  7.3  压强传感器
    7.3.1  高度测量
    7.3.2  空速传感器
  7.4  数字指南针
  7.5  全球定位系统
    7.5.1  GPS测量误差
    7.5.2  GPS定位误差的瞬时特性
    7.5.3  GPS速率测量
  7.6  本章小结
    注释和参考文献
  7.7  设计项目
第8章  状态估计
  8.1  基准机动飞行
  8.2  低通滤波器
  8.3  逆推传感器模型状态估计
    8.3.1  角速率  
    8.3.2  高度
    8.3.3  空速
    8.3.4  转动和倾斜角度
    8.3.5  位置、航线和对地速率
  8.4  动态观测器理论
  8.5  连续一离散卡尔曼滤波器推导
  8.6  姿态估计
  8.7  GPS平滑
  8.8  本章小结
    注释和参考文献
  8.9  设计项目
第9章  制导系统的设计模型
  9.1  自动驾驶仪模型
  9.2  受控飞行的运动模型
    9.2.1  协调转弯  
    9.2.2  加速爬升  
  9.3  运动制导模型
  9.4  动态制导模型
  9.5  本章小结
    注释和参考文献
  9.6  设计项目
第10章  直线和轨道跟踪
  10.1  直线路径跟随
    10.1.1  直线跟随的纵向制导策略
    10.1.2  直线跟随的侧向制导策略
  10.2  轨道跟随
  10.3  本章小结
  注释和参考文献
  10.4  设计项目
第11章  路径管理器
  11.1  位置点间的转换
  11.2  Dubins路径
    11.2.1  Dubins路径定义
    11.2.2  路径长度计算
    11.2.3  Dubins路径追踪算法
  11.3  本章小结
    注释和参考文献
  11.4  设计项目
第12章  路径规划
  12.1  点到点算法
    12.1.1  维诺图
    12.1.2  快速探测随机树
  12.2  覆盖算法
  12.3  本章小结
    注释与参考文献
  12.4  设计项目
第13章  基于视觉的导航
  13.1  框架、相机坐标系与投影几何
    13.1.1  相机模型
  13.2  框架指向
  13.3  地理定位
    13.3.1  使用平地模型确定到目标的距离  
    13.3.2  使用扩展卡尔曼滤波进行地球定位  
  13.4  图像平面内目标运动预估
    13.4.1  数字低通滤波器和差分
    13.4.2  旋转导致的视运动
  13.5  碰撞时间
    13.5.1  由目标尺寸计算碰撞时间  
    13.5.2  由平面地球模型计算碰撞时间  
  13.6  精确着陆
  13.7  本章小结
    注释和参考文献
  13.8  设计项目
附录A  术语和符号
  术语
  符号
附录B  四元数
  B.1  四元数的旋转
  B.2  飞机的运动学和动力学方程
    B.2.1  用单位四元数姿态表征的12状态-6自由度动力学模型
  B.3  欧拉角和四元数之间的转换
附录C  动画仿真
  C.1  利用Matlah进行图形处理
  C.2  动画举例：倒立摆
  C.3  动画举例：线绘航天器
  C.4  动画举例：使用顶点和面的航天器
附录D  基于S-函数的Simulink建模
  D.1  举例：二阶微分方程
    D.1.1  1级m文件S一函数
    D.1.2  C文件S一函数
附录E  机身参数
  E.1  Zagi飞翼
  E.2  无人机
附录F  在Simulink中修正和线性化
  F.1  使用Simulink中的trim命令
  F.2  trim的数值计算
    F.2.1  修正算法
    F.2.2  梯度下降法的数值实现
  F.3  利用Simulink的linmond命令生成状态空间模型
  F.4  状态空间模型的数值计算
附录G  概率论要点
附录H  传感器参数
  H.1  速率陀螺
  H.2  加速度计
  H.3  压力传感器
  H.4  数字罗盘／磁力计
  H.5  GPS
参考文献