《无人机控制与导航技术》共有四个模块,15个任务。模块一介绍了无人机控制与导航系统的发展、基本概念、组成及功能;模块二从数学上分析了无人机及其运动,并分别分析了固定翼无人机和旋翼无人机的建模过程;模块三介绍了无人机的导航系统以及相关导航传感器;模块四介绍了无人机飞行控制与管理系统。
飞行是人类的梦想,人类探索未知、向往飞行的脚步也从未停歇。
20世纪初,飞机完全由人工操纵。后来为了提升飞机的性能以及缓解驾驶员的疲劳,飞机上采用了自动控制技术,而后又发展出自动驾驶仪。自动驾驶仪无需人工持续手动控制飞机,可自动保持飞机姿态、速度和高度。
20世纪40年代,导弹的出现引领了控制与导航技术的发展。由于对稳定弹体、精确制导目标的高要求,相应的双自由度陀螺和积分陀螺加速度计构成的原始惯性导航平台用于V2导弹,控制与导航技术也随之得到了极大发展。20世纪50年代,苏联人发射了第一颗人造地球卫星和世界上第一枚洲际导弹,表明其控制和导航技术已达万里可控的水平。20世纪60年代以来,现代控制理论的发展和电子技术、计算机技术的极大进步使得控制与导航技术迎来了新的飞跃。飞行器的辅助控制技术向主动控制技术发展,传统平台式惯性导航技术向GPS/INS捷联式组合导航技术发展;控制理论由传统PID控制向多变量控制、最优控制、随机控制等发展;机械操控系统由电传操控系统转为光传操控系统;各种新兴技术的发展使飞行器的性能提高到了传统设计无法企及的高度。
随着国际形势的变化,我国面临着日益加剧的国际竞争。无人机也是国防和国民经济未来发展的重点之一。随着技术的不断发展,无人机性能的不断提高,需要完成的任务越来越复杂,各种高新技术应用于无人机的研制中。作为新时代新时期的航空人,如果说了解无人机的结构外形是从硬件层面去学习无人机,那么了解无人机的控制与导航技术则是从软件层面去分析无人机,因此学习无人机的控制与导航技术十分有必要。
本书共有四个模块,15个任务。模块一介绍了无人机控制与导航系统的发展、基本概念、组成及功能;模块二从数学上分析了无人机及其运动,并分别分析了固定翼无人机和旋翼无人机的建模过程;模块三介绍了无人机的导航系统以及相关导航传感器;模块四介绍了无人机飞行控制与管理系统。
本书由成都航空职业技术学院王强、杨芳和中国民用航空飞行学院王文敬编写。第一模块由王文敬编写,第三模块由杨芳、杨少艳、李艳、刘明鑫、魏春晓编写,第二、第四模块由王强、王文敬、王思源编写。全书由王强负责整理、统稿和定稿。
本书第一主编王强为成都航空职业技术学院无人机应用技术专业教师,有十余年无人机专业的科研和教学经验,主要从事多传感器数据融合、无人机航电系统的可靠性和无人机智能控制算法的教学和研究工作。第二主编王文敬任职于中国民用航空飞行学院,主要从事电子线路、通信理论、导航技术的教学工作和多智能体控制、多智能体通信算法的研究工作。第三主编杨芳系成都航空职业技术学院无人机应用技术专业教师,有多年无人机航电相关工程经验。
本书在编写过程中得到了许多无人机行业专家和中航(成都)无人机系统股份有限公司的大力支持和帮助,引用并参照了部分经典著作和文献资料,在此对这些专家和作者一并表示衷心感谢。
由于水平有限,书中不足以及疏漏之处在所难免,恳请读者批评指正。
模块一 无人机控制与导航的认识
任务1 无人机控制系统的认识
任务2 无人机导航系统的认识
任务3 自动驾驶仪的认识
摸块二 无人机动态模型
任务4 如何对无人机进行数学建模
任务5 如何描述无人机运动
任务6 固定翼无人机动态建模
任务7 四旋翼无人机动态建模
模块三 无人机导航系统
任务8 如何测量空气动力学参量
任务9 如何测量惯性量
任务10 如何测量方位角
任务11 如何确定无人机位置
任务12 什么是组合导航系统
模块四 无人机飞机管理与控制系统
任务13 什么是飞机管理系统
任务14 什么是自动飞行控制系统
任务15 典型无人机控制律
参考文献