简介
兰德尔·W·比尔德、蒂莫西·W·麦克莱恩编*、王强、沈自才、伍政华、丁义刚编译的《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，*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。
目录
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Fi2.2.2 飞机坐标系Fv2.2.3 飞机-1坐标系Fv12.2.4 飞机-2坐标系Fv22.2.5 机体坐标系Fb2.2.6 稳定坐标系Fs2.2.7 风轴坐标系Fw2.3 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
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