本书从系统的角度,介绍了新概念微型飞行器技术的发展和类型,重点阐述了微型飞行器系统的组成,不同类型的固定翼、扑翼和旋翼微型飞行器的布局与结构设计技术,微型飞行器的动力与能源技术,微型传感器技术,飞行控制与导航技术,信息传输技术,视觉系统与视觉导航技术,以及系统的地面装置和飞行试验技术.书中大部分内容是作者团队十几年来研究微型飞行器系统技术的总结、心得和经验.本书系统性强,具有较高的实用参考价值.
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目录
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第1章 微型飞行器系统的概念与用途 1
1.1 微型飞行器概念的提出 1
1.2 微型飞行器系统的概念 2
1.3 微型飞行器系统的用途 3
1.4 微型飞行器系统的发展 7
第2章 微型飞行器系统的组成与总体要求 11
2.1 微型飞行器系统的组成 11
2.1.1 微型飞行器系统的组成结构 11
2.1.2 微型飞行器平台内部系统组成 13
2.2 微型飞行器的分类 14
2.2.1 微型飞行器的分类定义与特点 14
2.2.2 现有微型飞行器的划分归类 15
2.3 微型飞行器系统的总体要求 16
2.3.1 微型飞行器的技术要求 16
2.3.2 微型飞行器系统的协调与优化 19
2.3.3 微型飞行器系统的研制过程 21
第3章 微型飞行器系统的空中平台 23
3.1 固定翼微型飞行器布局与结构 23
3.1.1 低雷诺数的机翼平面形状 23
3.1.2 固定翼微型飞行器布局设计 23
3.1.3 固定翼微型飞行器结构设计 26
3.2 扑翼微型飞行器布局与结构 29
3.2.1 扑翼微型飞行器的基本特点 29
3.2.2 单对扑翼微型飞行器布局与结构 31
3.2.3 双对扑翼微型飞行器布局与结构 32
3.2.4 变体扑翼微型飞行器布局与结构 36
3.3 旋翼微型飞行器布局与结构 40
3.3.1 旋翼微型飞行器的基本特点 40
3.3.2 单旋翼微型飞行器布局与结构 40
3.3.3 双旋翼微型飞行器布局与结构 42
3.3.4 多旋翼微型飞行器布局与结构 45
第4章 微型飞行器系统的动力与能源技术 48
4.1 微型飞行器对动力的要求 48
4.2 微型飞行器的动力装置 48
4.2.1 微型电动机 48
4.2.2 适于MAV的其他发动机 59
4.3 微型无刷电动机的控制 62
4.3.1 无刷电动机控制硬件设计 63
4.3.2 无刷电动机控制软件设计 67
4.4 微型飞行器的动力匹配 69
4.4.1 微型电动机与螺旋桨匹配的基本原则 69
4.4.2 微型电动机与螺旋桨匹配的试验技术 70
4.5 微型飞行器的能源装置 83
4.5.1 聚合物锂电池 84
4.5.2 微型低温电池 86
4.5.3 微型燃料电池 87
4.5.4 微型结构电池 89
第5章 微型传感器技术 96
5.1 微型传感器与MEMS技术 96
5.1.1 微型传感器类型 96
5.1.2 MEMS技术的特点 97
5.1.3 MEMS加工技术 97
5.2 适于微型飞行器的微机电传感器 100
5.2.1 MEMS陀螺 100
5.2.2 MEMS加速度计 108
5.2.3 微型磁强计 112
5.2.4 微型气压高度计 114
5.2.5 微型气压速度计 116
5.2.6 微型卫星导航接收机 117
5.3 微型传感器误差的分析与建模 120
5.3.1 微型传感器误差的一般分析方法 120
5.3.2 MEMS陀螺非随机误差分析与建模 121
5.3.3 MEMS惯性传感器测量单元的随机误差特性分析与试验 131
5.4 多传感器的信号处理 138
5.4.1 微型惯性传感器信号滤波处理 138
5.4.2 MEMS惯性传感器组合测量单元的减震设计 139
5.4.3 微型飞行器传感器信号的系统级卡尔曼滤波 141
5.4.4 微型飞行器传感器系统仿真技术 144
第6章 微型飞行器飞行控制与导航技术 148
6.1 微型飞行器的飞行力学 148
6.1.1 微型飞行器的飞行力学特点 148
6.1.2 常用坐标系定义及转换 149
6.1.3 微型飞行器飞行动力学方程 151
6.1.4 微型飞行器飞行运动学方程 153
6.1.5 微型飞行器飞行力学的非线性问题 155
6.2 微型飞行器的飞行稳定性和导航控制 169
6.2.1 微型飞行器的增稳控制 169
6.2.2 微型飞行器的姿态控制 172
6.2.3 微型飞行器的轨迹控制 177
6.2.4 MEMS微捷联惯性导航系统 190
6.2.5 微型飞行器组合导航系统研究 192
6.2.6 微型飞行器的航迹规划 195
6.3 微型飞行控制系统硬件设计 199
6.3.1 微型自主飞行控制硬件系统 199
6.3.2 微型自主飞行控制器的接口驱动 212
6.3.3 微型自主飞行控制器硬件系统的电磁兼容设计 215
6.4 微型飞行器智能控制技术 217
6.4.1 微型飞行器控制的特点 218
6.4.2 微型飞行器的模糊控制技术 218
6.4.3 微型飞行器的神经网络动态逆控制技术 230
6.4.4 微型飞行器阵风减缓控制技术 233
6.5 不同类型微型飞行器的控制技术 237
6.5.1 固定翼微型飞行器的控制技术 237
6.5.2 扑翼微型飞行器的控制技术 240
6.5.3 旋翼微型飞行器的控制技术 242
第7章 微型飞行器信息传输系统 246
7.1 信息传输系统的组成与功能 246
7.1.1 机载信息传输模块功能 246
7.1.2 地面测控装置功能 247
7.2 机载信息传输分系统设计 248
7.2.1 测控与信息传输系统 248
7.2.2 视频采集与图像压缩 249
7.2.3 压缩视频与遥测数据的复合 250
7.3 微型飞行器系统地面测控装置硬件设计 251
7.3.1 地面测控系统组成 251
7.3.2 地面测控装置硬件设计 252
7.4 微型飞行器系统地面测控装置软件设计 255
7.4.1 地面测控装置的设备驱动 255
7.4.2 地面测控装置软件流程 260
第8章 微型飞行器的视觉系统与自主避障导航技术 261
8.1 视觉图像采集与转台控制 261
8.1.1 微型摄像机技术 261
8.1.2 微型摄像机转台控制技术 262
8.2 微型飞行器系统的视频图像的传输与处理 265
8.2.1 微型飞行器系统的视频图像的数据压缩 265
8.2.2 微型飞行器系统的视频图像的传输 266
8.2.3 视频图像的稳像预处理技术 268
8.3 微型飞行器的目标特征跟踪 269
8.3.1 序列图像中特征的提取和追踪 269
8.3.2 序列图像中边缘的提取与追踪 272
8.3.2 微型飞行器的目标特征跟踪技术 277
8.4 微型飞行器系统的视觉导航技术 282
8.4.1 微型飞行器视觉导航概念 282
8.4.2 微型飞行器运动参数估算 282
8.4.3 基于INS/Vision技术的微型飞行器组合导航方法 292
8.5 全自主识别环境避障控制飞行技术 298
8.5.1 自主识别环境和避障飞行控制模式 298
8.5.2 自主识别环境和避障飞行控制方法 299
8.6 微型飞行器系统的其他任务装置 304
第9章 微型飞行器的飞行试验技术 306
9.1 微型飞行器飞行试验的要求与程序 306
9.1.1 微型飞行器飞行试验的要求 306
9.1.2 微型飞行器飞行试验的程序 307
9.2 微型飞行器飞行试验的仿真 308
9.2.1 微型飞行器飞行试验的仿真系统结构 309
9.2.2 微型飞行器飞行试验非线性模型的仿真 309
9.3 微型飞行器飞行试验的测试方法和测试内容 316
9.3.1 微型飞行器飞行试验的测试方法 316
9.3.2 微型飞行器飞行试验的测试内容 316
参考文献 322
结束语 327
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