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简介
《无人驾驶旋翼飞行器系统》旨在探索全功能小型无人旋翼飞行器的研究与开发,这类无人系统一般由一架装配必备机载配件的小型旋翼飞行器和一台地面站组成,是通信、计算和控制领域先进技术的综合体,也是测试与实现现代控制技术极好的实验平台,然而,其开发过程也是极具有挑战性。小型旋翼飞行器,如航模直升机,其飞行动力学特性与同类大型飞行器相似,但却拥有其自身独有的特性,如装配稳定杆、旋翼刚性大和内嵌偏航角速率反馈控制等。除此之外,有限的载荷量也增加了从小型旋翼飞行器升级成全功能无人飞行器的难度。根据其各种特性与限制,我们需要精心设计一套重量轻且有效的机载系统,配备相应的机载与地面站软件,以满足系统辨识和自动飞行的需求。《无人驾驶旋翼飞行器系统》将详细讨论这些问题。本专著还突出强调了基于视觉的地面目标跟踪、协同控制和多机编队飞行等技术的研究。
《无人驾驶旋翼飞行器系统》面向的读者包括旋翼飞行器工业领域的工程师和无人航空器系统开发相关领域的研究人员,需要的背景知识包括空气动力学、控制工程、电气工程和机械工程领域的一些大学高年级或研究生一年级水平的课程。
目录
《无人驾驶旋翼飞行器系统》
第1章绪论
1.1引言
1.2小型旋翼飞行器简史
1.3基本组成
1.3.1无线电操控旋翼飞行器
1.3.2航空电子系统
1.3.3手动操作备份
1.3.4地面控制站
1.4软件系统设计与集成
1.4.1实时机载软件系统
1.4.2地面站软件系统
1.5飞行动力学建模
1.5.1基理建模方法
1.5.2系统与参数辨识
1.6飞行控制系统
1.7应用举例
1.8各章总览
第2章坐标系统与变换
2.1引言
.2.2坐标系统
2.2.1大地坐标系统
2.2.2地心固定坐标系统
2.2.3本地ned坐标系统
2.2.4机载ned坐标系统
2.2.5机体轴坐标系统
2.3坐标转换
2.3.1基本知识
2.3.2坐标变换
第3章平台设计与构建
3.1引言
3.2虚拟设计环境的选择
3.3部件的选择
3.3.1无线电操控直升机
3,3.2飞行控制计算机
3.3.3导航传感器
3.3.4外围传感器
3.3.5失效保护舵机控制器
3.3.6无线调制解调器
3.3.7电池
3.3.8视觉信息处理计算机
3.3.9视觉传感器
3.3.10图像采集卡
3.3.11云台伺服机构
3.3.12视频发射与接收
3.3.13手动控制
3.3.14地面控制站
3.4航电系统设计与集成
3.4.1布局设计
3.4.2减振设计
3.4.3供电设计
3.4.4屏蔽设计
3.5性能评估
第4章软件系统设计与集成
4.1引言
4.2机载软件系统
4.2.1结构设计
4.2.2任务管理
4.2.3自动控制实现
4.2.4应急处理
4.2.5视觉处理软件
4.3地面站软件系统
4.3.1地面站软件层次结构
4.3.2三维视图开发
4.4软件系统评估
第5章测量信号增强
5.1引言
5.2扩展卡尔曼滤波器
5.3gps辅助ins动态模型
5.3.1航姿参考系统动态模型
5.3.2ins(或惯导系统动态模型)
5.4扩展卡尔曼滤波器设计
5.4.1基于加速度计的航资参考系统扩展卡尔曼滤波器
5.4.2基于磁力计的航姿参考系统扩展卡尔曼滤波
5.4.3gps/ins导航系统的扩展卡尔曼滤波器
5.5性能评估
第6章飞行动力学建模
6.1引言
6.2模型结构
6.2.1机体运动学特性
6.2.2机体动力学特性
6.2.3主旋翼挥舞动力学特性
6.2.4偏航角速率反馈控制器
6.3参数确定
6.3.1直接测量
6.3.2地面实验
6.3.3基于风洞数据估计参数
6.3.4飞行实验
6.3.5精细调整
6.4模型验证
6.5飞行包线确认
第7章内环飞行控制
7.1引言
7.2h∞控制技术
7.3内环控制系统设计
7.3.1模型线性化
7.3.2问题的描述
7.3.3设计指标的选择
7.3.4h∞控制律
7.4性能评估
第8章外环飞行控制
8.1引言
8.2鲁棒与完全跟踪控制
8.3外环控制系统设计
8.4性能评估
第9章飞行仿真与实验
9.1引言
9.2飞行规划
9.2.1前飞起/停
9.2.2悬停
9.2.3后飞起/停
9.2.4悬停旋转
9.2.5垂向机动
9.2.6侧向重定位
9.2.7旋转定标
9.2.8滑雪
9.2.9向心回转
9.2.10任务基元的衔接
9.3硬件在问路仿真设置
9.4仿真与飞行实验结果
第10章多无人机编队飞行
10.1引言
10.2长机僚机编队
10.2.1编队飞行坐标系统
10.2.2运动学模型
10.3碰撞回避
10.4飞行实验结果
第11章基于视觉的目标跟踪
11.1引言
11.2视觉跟踪中的坐标系统
11.3摄像机标定
11.3.1摄像机模型
11.3.2内参数估计
11.3.3畸变补偿
11.3.4简化的镊像机模型
11.4基于视觉的地面目标跟踪
11.4.1目标检测
11.4.2图像跟踪
11.4.3目标跟踪控制
11.5实验结果
参考文献
第1章绪论
1.1引言
1.2小型旋翼飞行器简史
1.3基本组成
1.3.1无线电操控旋翼飞行器
1.3.2航空电子系统
1.3.3手动操作备份
1.3.4地面控制站
1.4软件系统设计与集成
1.4.1实时机载软件系统
1.4.2地面站软件系统
1.5飞行动力学建模
1.5.1基理建模方法
1.5.2系统与参数辨识
1.6飞行控制系统
1.7应用举例
1.8各章总览
第2章坐标系统与变换
2.1引言
.2.2坐标系统
2.2.1大地坐标系统
2.2.2地心固定坐标系统
2.2.3本地ned坐标系统
2.2.4机载ned坐标系统
2.2.5机体轴坐标系统
2.3坐标转换
2.3.1基本知识
2.3.2坐标变换
第3章平台设计与构建
3.1引言
3.2虚拟设计环境的选择
3.3部件的选择
3.3.1无线电操控直升机
3,3.2飞行控制计算机
3.3.3导航传感器
3.3.4外围传感器
3.3.5失效保护舵机控制器
3.3.6无线调制解调器
3.3.7电池
3.3.8视觉信息处理计算机
3.3.9视觉传感器
3.3.10图像采集卡
3.3.11云台伺服机构
3.3.12视频发射与接收
3.3.13手动控制
3.3.14地面控制站
3.4航电系统设计与集成
3.4.1布局设计
3.4.2减振设计
3.4.3供电设计
3.4.4屏蔽设计
3.5性能评估
第4章软件系统设计与集成
4.1引言
4.2机载软件系统
4.2.1结构设计
4.2.2任务管理
4.2.3自动控制实现
4.2.4应急处理
4.2.5视觉处理软件
4.3地面站软件系统
4.3.1地面站软件层次结构
4.3.2三维视图开发
4.4软件系统评估
第5章测量信号增强
5.1引言
5.2扩展卡尔曼滤波器
5.3gps辅助ins动态模型
5.3.1航姿参考系统动态模型
5.3.2ins(或惯导系统动态模型)
5.4扩展卡尔曼滤波器设计
5.4.1基于加速度计的航资参考系统扩展卡尔曼滤波器
5.4.2基于磁力计的航姿参考系统扩展卡尔曼滤波
5.4.3gps/ins导航系统的扩展卡尔曼滤波器
5.5性能评估
第6章飞行动力学建模
6.1引言
6.2模型结构
6.2.1机体运动学特性
6.2.2机体动力学特性
6.2.3主旋翼挥舞动力学特性
6.2.4偏航角速率反馈控制器
6.3参数确定
6.3.1直接测量
6.3.2地面实验
6.3.3基于风洞数据估计参数
6.3.4飞行实验
6.3.5精细调整
6.4模型验证
6.5飞行包线确认
第7章内环飞行控制
7.1引言
7.2h∞控制技术
7.3内环控制系统设计
7.3.1模型线性化
7.3.2问题的描述
7.3.3设计指标的选择
7.3.4h∞控制律
7.4性能评估
第8章外环飞行控制
8.1引言
8.2鲁棒与完全跟踪控制
8.3外环控制系统设计
8.4性能评估
第9章飞行仿真与实验
9.1引言
9.2飞行规划
9.2.1前飞起/停
9.2.2悬停
9.2.3后飞起/停
9.2.4悬停旋转
9.2.5垂向机动
9.2.6侧向重定位
9.2.7旋转定标
9.2.8滑雪
9.2.9向心回转
9.2.10任务基元的衔接
9.3硬件在问路仿真设置
9.4仿真与飞行实验结果
第10章多无人机编队飞行
10.1引言
10.2长机僚机编队
10.2.1编队飞行坐标系统
10.2.2运动学模型
10.3碰撞回避
10.4飞行实验结果
第11章基于视觉的目标跟踪
11.1引言
11.2视觉跟踪中的坐标系统
11.3摄像机标定
11.3.1摄像机模型
11.3.2内参数估计
11.3.3畸变补偿
11.3.4简化的镊像机模型
11.4基于视觉的地面目标跟踪
11.4.1目标检测
11.4.2图像跟踪
11.4.3目标跟踪控制
11.5实验结果
参考文献
著者还有:陈本美、李崇兴、王彪
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