本書為無人機(jī)專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材之一,主要講述無人機(jī)通信與導(dǎo)航方面的知識(shí)及應(yīng)用。全書分為三部分,包括序論、無人機(jī)通信和無人機(jī)導(dǎo)航。序論部分,介紹了無人機(jī)概念、無線電基本知識(shí)和通信導(dǎo)航基本概念;無人機(jī)通信部分,介紹了通信的基本原理、無人機(jī)通信的分類、無人機(jī)通信設(shè)備及工作模式、無人機(jī)通信的典型應(yīng)用及未來展望;無人機(jī)導(dǎo)航部分,介紹了導(dǎo)航的基本知識(shí)、衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、其他導(dǎo)航、導(dǎo)航系統(tǒng)的組合應(yīng)用、無人機(jī)導(dǎo)航設(shè)備及應(yīng)用模式、無人機(jī)導(dǎo)航的典型應(yīng)用及未來展望。本書既有概念理論知識(shí),又有無人機(jī)具體應(yīng)用介紹,內(nèi)容循序漸進(jìn),通俗易懂。
本書適用于無人機(jī)工程類、飛行制導(dǎo)控制類、航空飛行器類、電子信息類等專業(yè)的本科和高職高專教學(xué),亦可作為培訓(xùn)類學(xué)校無人機(jī)專業(yè)的教學(xué)及實(shí)踐教材,同時(shí)可供無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域、通信導(dǎo)航領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、無人機(jī)操控人員參考。
無人機(jī)技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了比較完備的理論體系和十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。無人機(jī)通信和無人機(jī)導(dǎo)航作為無人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，一直是人們研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。它們凝聚了多種理論，是多門學(xué)科和多項(xiàng)技術(shù)的綜合結(jié)晶，具有嚴(yán)格的科學(xué)體系結(jié)構(gòu)。
自20世紀(jì)80年代以來，通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)相互促進(jìn)，極大地推動(dòng)了通信技術(shù)的發(fā)展，通信已成為當(dāng)今世界生產(chǎn)力的領(lǐng)頭羊。越來越多的無人機(jī)使用通信技術(shù)為人們服務(wù)，無人機(jī)通信以一種特殊的姿態(tài)引起了人們的關(guān)注。一方面，研究人員通過地面站與無人機(jī)進(jìn)行信息交流，來滿足人們對(duì)遠(yuǎn)處環(huán)境信息的需求;另一方面，研究人員讓無人機(jī)各自分享對(duì)方的信息，使無人機(jī)協(xié)同工作以更好地為人們服務(wù)。研究人員對(duì)無人機(jī)通信的研究逐漸升溫，使得無 人機(jī)通信逐步完善并發(fā)展成為一門專業(yè)技術(shù)，應(yīng)用范圍越來越廣泛，在空天海地組網(wǎng)中占有一席之地。
導(dǎo)航來源于人類交通和軍事活動(dòng)對(duì)方位或位置識(shí)別的需求。從20世紀(jì)80年代開始，由于衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展及應(yīng)用，以及其他新型導(dǎo)航方式的出現(xiàn)，進(jìn)入了以衛(wèi)星導(dǎo)航為主要形式的精密導(dǎo)航時(shí)代，衛(wèi)星導(dǎo)航在無人機(jī)上的應(yīng)用也越來越廣泛。這期間隨著慣性導(dǎo)航技術(shù)的迅猛發(fā)展，慣性導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航組合運(yùn)用于無人機(jī)導(dǎo)航，為無人機(jī)導(dǎo)航提供了具有巨大應(yīng)用潛力的解決方案，推動(dòng)了無人機(jī)導(dǎo)航的迅速發(fā)展。隨著無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的逐步完善，無人機(jī)導(dǎo)航設(shè)備和系統(tǒng)逐步完善并發(fā)展成一門專業(yè)技術(shù)，這種技術(shù)逐步推廣于其他載體的導(dǎo)航，成為航空、航海和陸路交通可以依賴的導(dǎo)航啟明燈。
本書即以上述飛速發(fā)展的無人機(jī)通信與導(dǎo)航技術(shù)為背景，重點(diǎn)介紹無人機(jī)通信與導(dǎo)航技術(shù)的基本原理及應(yīng)用，對(duì)通信方式和導(dǎo)航方式進(jìn)行分類并介紹了通信設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備，給出了無人機(jī)通信與導(dǎo)航的未來展望，將無人機(jī)的兩個(gè)重要組成部分呈現(xiàn)到了讀者面前。
在對(duì)無人機(jī)通信設(shè)備與導(dǎo)航設(shè)備全面介紹的基礎(chǔ)上，本書對(duì)目前應(yīng)用較多的通信技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)做了側(cè)重介紹，增加了無人機(jī)通信和無人機(jī)導(dǎo)航的典型應(yīng)用，并從多方面對(duì)未來無人機(jī)通信技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及特點(diǎn)進(jìn)行了討論。部分內(nèi)容為作者首次公開發(fā)表的研究成果。
除上述基本內(nèi)容外，本書還包括了入門的無線電技術(shù)基礎(chǔ)、通信技術(shù)的基本知識(shí)和導(dǎo)航技術(shù)基本知識(shí)，能夠讓讀者較快地進(jìn)入到無人機(jī)通信與導(dǎo)航的學(xué)習(xí)中來。本書適用于電子信息類及相關(guān)專業(yè)的大專生和本科生使用，亦可供從事通信與導(dǎo)航領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員參考使用。
本書在編寫模式上力求避免傳統(tǒng)的以知識(shí)系統(tǒng)性編寫教材的方法，避免純理論敘述;在簡(jiǎn)單介紹必備知識(shí)的基礎(chǔ)上，借助工程應(yīng)用，講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并結(jié)合具體的任務(wù)給出了相關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法與實(shí)現(xiàn)過程，以及典型的應(yīng)用案例，力求使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中掌握無人機(jī)通信與導(dǎo)航的相關(guān)理論知識(shí)，并能學(xué)習(xí)應(yīng)用于工作實(shí)踐中，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
本書分三部分共15章，由北京航空航天大學(xué)的黃智剛和鄭帥勇對(duì)本書的內(nèi)容進(jìn)行編寫、編排與完善。宋丹、儀玉杰和殷彪?yún)⑴c了無人機(jī)通信與導(dǎo)航的基本知識(shí)、衛(wèi)星導(dǎo)航和組合導(dǎo)航及其應(yīng)用等資料的收集與整理工作，馮旭敏對(duì)本書文字與格式進(jìn)行了校對(duì)。李銳和趙昀為本書編寫工作提供了熱情幫助與具體指導(dǎo)，盛蔚對(duì)本書的框架結(jié)構(gòu)提出了很好的建議與意見。劉沛清和王祖林等對(duì)本書給予了大力支持和高度關(guān)注。
由于編者水平有限，加之多人編寫、時(shí)間倉(cāng)促，書中錯(cuò)誤與不妥之處在所難免，希望廣大讀者給予批評(píng)指正。
作者于北京航空航天大學(xué)
2019年11月
第一部分 序 論
第1章 無人機(jī)及通信導(dǎo)航基礎(chǔ)
1.1 無人機(jī)的基本知識(shí)
1.1.1 無人機(jī)的基本概念
1.1.2 無人機(jī)的分類及組成
1.1.3 無人機(jī)的功用與任務(wù)
1.2 無人機(jī)通信及特點(diǎn)
1.2.1 無人機(jī)的通信需求
1.2.2 無人機(jī)的通信特點(diǎn)
1.3 無人機(jī)導(dǎo)航及特點(diǎn)
1.3.1 無人機(jī)的導(dǎo)航需求
1.3.2 無人機(jī)的導(dǎo)航特點(diǎn)
1.4 習(xí) 題
第2章 無線電技術(shù)基礎(chǔ)
2.1 無線電波及傳播
2.1.1 無線電波的產(chǎn)生
2.1.2 無線電波的極化方式
2.1.3 無線電波的傳播特性
2.1.4 無線電波的傳播方式
2.2 天線與饋線
2.2.1 天線的作用
2.2.2 天線的分類
2.2.3 天線主要性能指標(biāo)
2.2.4 天線的饋線
2.3 無線電信號(hào)的調(diào)制與發(fā)射
2.3.1 發(fā)射機(jī)的基本組成
2.3.2 調(diào)制的作用與分類
2.3.3 發(fā)射機(jī)的主要性能指標(biāo)
2.4 無線電信號(hào)的接收與處理
2.4.1 超外差式接收機(jī)
2.4.2 接收機(jī)的主要性能指標(biāo)
2.5 習(xí) 題
第二部分 無人機(jī)通信
第3章 通信的基本原理
3.1 通信的基本知識(shí)
3.1.1 通信的來源及定義
3.1.2 通信的基本手段、方式及分類
3.1.3 現(xiàn)代通信的現(xiàn)狀
3.2 通信過程及構(gòu)成要素
3.2.1 通信過程
3.2.2 信 源
3.2.3 發(fā)送設(shè)備
3.2.4 信道傳遞
3.2.5 外界干擾
3.2.6 接收設(shè)備
3.2.7 收信者
3.3 無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈
3.3.1 傳輸通道
3.3.2 消息標(biāo)準(zhǔn)
3.3.3 通信協(xié)議
3.4 通信性能指標(biāo)
3.5 習(xí) 題
第4章 無人機(jī)通信的分類
4.1 按傳輸手段劃分
4.1.1 電臺(tái)移動(dòng)通信
4.1.2 蜂窩移動(dòng)通信
4.1.3 WiFi通信
4.1.4 衛(wèi)星中繼通信
4.1.5 電纜通信
4.2 按通信頻段劃分
4.2.1 短波頻段
4.2.2 超短波頻段
4.2.3 微波頻段
4.2.4 衛(wèi)星通信頻段
4.3 按通信距離劃分
4.4 按參量取值方式劃分
4.5 按消息物理特征劃分
4.6 按傳輸媒介劃分
4.6.1 電媒介通信
4.6.2 光媒介通信
4.6.3 聲媒介通信
4.7 習(xí) 題
第5章 無人機(jī)通信設(shè)備及工作模式
5.1 通信設(shè)備
5.1.1 移動(dòng)電臺(tái)通信設(shè)備
5.1.2 蜂窩移動(dòng)通信設(shè)備
5.1.3 Wi Fi通信設(shè)備
5.1.4 衛(wèi)星通信設(shè)備
5.1.5 有線通信設(shè)備
5.2 工作模式
5.2.1 任務(wù)管理通信模式
5.2.2 飛控管理通信模式
5.3 習(xí) 題
第6章 無人機(jī)通信的典型應(yīng)用
6.1 自組網(wǎng)通信
6.1.1 組網(wǎng)方案
6.1.2 通信方式
6.1.3 無人機(jī)自組網(wǎng)通信實(shí)例
6.2 中繼網(wǎng)絡(luò)通信
6.2.1 問題描述
6.2.2 方案實(shí)現(xiàn)
6.2.3 無人機(jī)中繼網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)例
6.3 習(xí) 題
第7章 無人機(jī)通信的未來展望
7.1 無人機(jī)通信新技術(shù)
7.1.1 遠(yuǎn)距離通信傳輸技術(shù)
7.1.2 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
7.1.3 抗干擾技術(shù)
7.1.4 激光通信技術(shù)
7.1.5 一站多機(jī)技術(shù)
7.1.6 信道綜合技術(shù)
7.2 無人機(jī)通信發(fā)展趨勢(shì)
7.2.1 安全化趨勢(shì)
7.2.2 小型化趨勢(shì)
7.2.3 高速化趨勢(shì)
7.2.4 網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)
7.2.5 通用化趨勢(shì)
7.3 無人機(jī)通信的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
7.3.1 機(jī) 遇
7.3.2 挑 戰(zhàn)
7.4 習(xí) 題
第三部分 無人機(jī)導(dǎo)航
第8章 導(dǎo)航的基本知識(shí)
8.1 導(dǎo)航的起源及定義
8.2 導(dǎo)航的基本手段及分類
8.2.1 導(dǎo)航的基本手段
8.2.2 導(dǎo)航的分類
8.3 導(dǎo)航的時(shí)空基準(zhǔn)
8.3.1 時(shí)間基準(zhǔn)
8.3.2 空間基準(zhǔn)
8.4 地理信息與地圖
8.4.1 地理信息
8.4.2 地 圖
8.5 導(dǎo)航的性能指標(biāo)
8.6 現(xiàn)代導(dǎo)航的現(xiàn)狀
8.7 習(xí) 題
第9章 衛(wèi)星導(dǎo)航
9.1 概 述
9.2 衛(wèi)星導(dǎo)航原理
9.2.1 測(cè)量參數(shù)
9.2.2 衛(wèi)星定位原理
9.3 全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
9.3.1 GPS
9.3.2 GLONASS
9.3.3 Galileo
9.3.4 BDS
9.4 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差分析
9.5 衛(wèi)星導(dǎo)航的增強(qiáng)系統(tǒng)
9.5.1 地基增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS)
9.5.2 星基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS)
9.5.3 空基增強(qiáng)系統(tǒng)(ABAS)
9.6 無人機(jī)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用
9.6.1 軍用無人機(jī)
9.6.2 快遞無人機(jī)
9.6.3 航拍測(cè)繪無人機(jī)
9.7 習(xí) 題
第10章 慣性導(dǎo)航
10.1 概 述
10.1.1 慣性導(dǎo)航的發(fā)展歷程
10.1.2 中國(guó)慣性導(dǎo)航的發(fā)展現(xiàn)狀
10.2 慣性導(dǎo)航原理
10.2.1 加速度計(jì)原理
10.2.2 陀螺儀原理
10.3 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
10.3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
10.3.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)分類
10.3.3 常見慣導(dǎo)產(chǎn)品
10.4 無人機(jī)慣性導(dǎo)航應(yīng)用
10.5 習(xí) 題
第11章 其他導(dǎo)航
11.1 無線電導(dǎo)航
11.1.1 概 述
11.1.2 基本原理
11.1.3 多普勒導(dǎo)航
11.2 圖形匹配導(dǎo)航
11.2.1 地形匹配導(dǎo)航
11.2.2 景像匹配導(dǎo)航
11.2.3 桑地亞慣性地形輔助導(dǎo)航
11.2.4 圖形匹配導(dǎo)航的特性
11.3 地磁導(dǎo)航
11.3.1 基本原理
11.3.2 導(dǎo)航特性
11.4 視覺導(dǎo)航
11.4.1 概 述
11.4.2 基本原理
11.4.3 無人機(jī)應(yīng)用
11.5 天文導(dǎo)航
11.5.1 概 述
11.5.2 基本原理
11.5.3 基本特點(diǎn)
11.6 超寬帶導(dǎo)航
11.6.1 概 述
11.6.2 基本原理
11.6.3 系統(tǒng)特點(diǎn)
11.6.4 無人機(jī)應(yīng)用
11.7 Wi Fi導(dǎo)航
11.7.1 WLAN 與WiFi
11.7.2 定位基本原理
11.7.3 基本特點(diǎn)
11.7.4 無人機(jī)應(yīng)用
11.8 習(xí) 題
第12章 導(dǎo)航系統(tǒng)的組合應(yīng)用
12.1 概 述
12.2 組合導(dǎo)航原理
12.2.1 信息融合技術(shù)
12.2.2 卡爾曼濾波算法
12.3 典型組合導(dǎo)航方式
12.3.1 GPS/INS組合導(dǎo)航
12.3.2 慣導(dǎo)/地形匹配組合導(dǎo)航
12.3.3 慣導(dǎo)/多普勒組合導(dǎo)航
12.3.4 慣導(dǎo)/地磁組合導(dǎo)航
12.4 習(xí) 題
第13章 導(dǎo)航設(shè)備及應(yīng)用模式
13.1 無人機(jī)導(dǎo)航需求分析
13.1.1 位置需求
13.1.2 高度需求
13.1.3 速度需求
13.1.4 加速度需求
13.1.5 姿態(tài)需求
13.1.6 時(shí)間需求
13.2 導(dǎo)航設(shè)備及應(yīng)用模式
13.2.1 定位設(shè)備
13.2.2 測(cè)高設(shè)備
13.2.3 測(cè)速設(shè)備
13.2.4 測(cè)加速度設(shè)備
13.2.5 測(cè)姿設(shè)備
13.2.6 授時(shí)設(shè)備
13.3 習(xí) 題
第14章 無人機(jī)導(dǎo)航的典型應(yīng)用
14.1 單機(jī)導(dǎo)航
14.1.1 微小型無人機(jī)導(dǎo)航
14.1.2 作戰(zhàn)無人機(jī)導(dǎo)航
14.1.3 高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)導(dǎo)航
14.2 多機(jī)導(dǎo)航
14.2.1 編隊(duì)飛行導(dǎo)航
14.2.2 空中加油導(dǎo)航
14.3 導(dǎo)航服務(wù)
14.3.1 聯(lián)合作戰(zhàn)領(lǐng)域的應(yīng)用
14.3.2 船舶引航領(lǐng)域的應(yīng)用
14.4 習(xí) 題
第15章 無人機(jī)導(dǎo)航的未來展望
15.1 新需求展望
15.2 新技術(shù)展望
15.2.1 單一導(dǎo)航新技術(shù)
15.2.2 組合導(dǎo)航新技術(shù)
15.3 發(fā)展趨勢(shì)
15.3.1 高精度
15.3.2 組合化
15.3.3 小型化
15.3.4 高可靠
15.3.5 智能化
15.4 機(jī)遇與挑戰(zhàn)
15.4.1 機(jī) 遇
15.4.2 挑 戰(zhàn)
15.5 習(xí) 題
附錄 縮略語(yǔ)參考表
參考文獻(xiàn)
書單推薦
