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第1章 绪论1

1.1引言1

1.2小型旋翼飞行器简史3

1.3基本组成5

1.3.1无线电操控旋翼飞行器5

1.3.2航空电子系统7

1.3.3手动操作备份8

1.3.4地面控制站8

1.4软件系统设计与集成9

1.4.1实时机载软件系统9

1.4.2地面站软件系统10

1.5飞行动力学建模10

1.5.1基理建模方法11

1.5.2系统与参数辨识11

1.6飞行控制系统12

1.7应用举例12

1.8各章总览14

第2章 坐标系统与变换16

2.1引言16

2.2坐标系统16

2.2.1大地坐标系统16

2.2.2地心固定坐标系统18

2.2.3本地NED坐标系统18

2.2.4机载NED坐标系统19

2.2.5机体轴坐标系统19

2.3坐标转换20

2.3.1基本知识20

2.3.2坐标变换22

第3章 平台设计与构建25

3.1引言25

3.2虚拟设计环境的选择25

3.3部件的选择26

3.3.1无线电操控直升机27

3.3.2飞行控制计算机28

3.3.3导航传感器29

3.3.4外围传感器30

3.3.5失效保护舵机控制器31

3.3.6无线调制解调器31

3.3.7电池32

3.3.8视觉信息处理计算机32

3.3.9视觉传感器33

3.3.10图像采集卡33

3.3.11云台伺服机构33

3.3.12视频发射与接收34

3.3.13手动控制34

3.3.14地面控制站34

3.4航电系统设计与集成35

3.4.1布局设计35

3.4.2减振设计36

3.4.3供电设计38

3.4.4屏蔽设计38

3.5性能评估39

第4章 软件系统设计与集成43

4.1引言43

4.2机载软件系统44

4.2.1结构设计44

4.2.2任务管理45

4.2.3自动控制实现48

4.2.4应急处理51

4.2.5视觉处理软件51

4.3地面站软件系统53

4.3.1地面站软件层次结构53

4.3.2三维视图开发55

4.4软件系统评估58

第5章测量信号增强60

5.1引言60

5.2扩展卡尔曼滤波器61

5.3 GPS辅助INS动态模型62

5.3.1航姿参考系统动态模型62

5.3.2 INS（或惯导系统动态模型）64

5.4扩展卡尔曼滤波器设计65

5.4.1基于加速度计的航姿参考系统扩展卡尔曼滤波器65

5.4.2基于磁力计的航姿参考系统扩展卡尔曼滤波器66

5.4.3 GPS/INS导航系统的扩展卡尔曼滤波器67

5.5性能评估67

第6章 飞行动力学建模70

6.1引言70

6.2模型结构71

6.2.1机体运动学特性72

6.2.2机体动力学特性72

6.2.3主旋翼挥舞动力学特性77

6.2.4偏航角速率反馈控制器79

6.3参数确定80

6.3.1直接测量80

6.3.2地面实验81

6.3.3基于风洞数据估计参数86

6.3.4飞行实验87

6.3.5精细调整93

6.4模型验证94

6.5飞行包线确认100

第7章内环飞行控制102

7.1引言102

7.2 H∞控制技术103

7.3内环控制系统设计107

7.3.1模型线性化107

7.3.2问题的描述108

7.3.3设计指标的选择109

7.3.4 H∞控制律110

7.4性能评估111

第8章 外环飞行控制119

8.1引言119

8.2鲁棒与完全跟踪控制119

8.3外环控制系统设计123

8.4性能评估128

第9章 飞行仿真与实验135

9.1引言135

9.2飞行规划135

9.2.1前飞起／停136

9.2.2悬停136

9.2.3后飞起／停137

9.2.4悬停旋转137

9.2.5垂向机动138

9.2.6侧向重定位138

9.2.7旋转定标139

9.2.8滑雪139

9.2.9向心回转140

9.2.10任务基元的衔接140

9.3硬件在回路仿真设置141

9.4仿真与飞行实验结果142

第10章 多无人机编队飞行155

10.1引言155

10.2长机-僚机编队156

10.2.1编队飞行坐标系统156

10.2.2运动学模型157

10.3碰撞回避159

10.4飞行实验结果161

第11章 基于视觉的目标跟踪169

11.1引言169

11.2视觉跟踪中的坐标系统169

11.3摄像机标定171

11.3.1摄像机模型171

11.3.2内参数估计172

11.3.3畸变补偿174

11.3.4简化的摄像机模型174

11.4基于视觉的地面目标跟踪175

11.4.1目标检测175

11.4.2图像跟踪179

11.4.3目标跟踪控制186

11.5实验结果191

参考文献194