本書為無人機專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材之一,主要講述無人機通信與導(dǎo)航方面的知識及應(yīng)用。全書分為三部分,包括序論、無人機通信和無人機導(dǎo)航。序論部分,介紹了無人機概念、無線電基本知識和通信導(dǎo)航基本概念;無人機通信部分,介紹了通信的基本原理、無人機通信的分類、無人機通信設(shè)備及工作模式、無人機通信的典型應(yīng)用及未來展望;無人機導(dǎo)航部分,介紹了導(dǎo)航的基本知識、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、無人機導(dǎo)航設(shè)備及應(yīng)用模式、無人機導(dǎo)航的典型應(yīng)用及未來展望。本書既有概念理論知識,又有無人機具體應(yīng)用介紹,內(nèi)容循序漸進,通俗易懂。
本書適用于無人機工程類、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)校無人機專業(yè)的教學(xué)及實踐教材,同時可供無人機應(yīng)用領(lǐng)域、通信導(dǎo)航領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、無人機操控人員參考。
北京航空航天大學(xué)資深教師編寫，配有教學(xué)課件
無人機技術(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。無人機通信和無人機導(dǎo)航作為無人機系統(tǒng)的重要組成部分，一直是人們研究和應(yīng)用的熱點。它們凝聚了多種理論，是多門學(xué)科和多項技術(shù)的綜合結(jié)晶，具有嚴格的科學(xué)體系結(jié)構(gòu)。
自20世紀80年代以來，通信技術(shù)、計算機技術(shù)和微電子技術(shù)相互促進，極大地推動了通信技術(shù)的發(fā)展，通信已成為當(dāng)今世界生產(chǎn)力的領(lǐng)頭羊。越來越多的無人機使用通信技術(shù)為人們服務(wù)，無人機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進行信息交流，來滿足人們對遠處環(huán)境信息的需求;另一方面，研究人員讓無人機各自分享對方的信息，使無人機協(xié)同工作以更好地為人們服務(wù)。研究人員對無人機通信的研究逐漸升溫，使得無 人機通信逐步完善并發(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對方位或位置識別的需求。從20世紀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)，進入了以衛(wèi)星導(dǎo)航為主要形式的精密導(dǎo)航時代，衛(wèi)星導(dǎo)航在無人機上的應(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)航組合運用于無人機導(dǎo)航，為無人機導(dǎo)航提供了具有巨大應(yīng)用潛力的解決方案，推動了無人機導(dǎo)航的迅速發(fā)展。隨著無人機導(dǎo)航技術(shù)的逐步完善，無人機導(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)展的無人機通信與導(dǎo)航技術(shù)為背景，重點介紹無人機通信與導(dǎo)航技術(shù)的基本原理及應(yīng)用，對通信方式和導(dǎo)航方式進行分類并介紹了通信設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備，給出了無人機通信與導(dǎo)航的未來展望，將無人機的兩個重要組成部分呈現(xiàn)到了讀者面前。
在對無人機通信設(shè)備與導(dǎo)航設(shè)備全面介紹的基礎(chǔ)上，本書對目前應(yīng)用較多的通信技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)做了側(cè)重介紹，增加了無人機通信和無人機導(dǎo)航的典型應(yīng)用，并從多方面對未來無人機通信技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢及特點進行了討論。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)的基本知識和導(dǎo)航技術(shù)基本知識，能夠讓讀者較快地進入到無人機通信與導(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)的以知識系統(tǒng)性編寫教材的方法，避免純理論敘述;在簡單介紹必備知識的基礎(chǔ)上，借助工程應(yīng)用，講解相關(guān)知識點，并結(jié)合具體的任務(wù)給出了相關(guān)的實現(xiàn)方法與實現(xiàn)過程，以及典型的應(yīng)用案例，力求使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中掌握無人機通信與導(dǎo)航的相關(guān)理論知識，并能學(xué)習(xí)應(yīng)用于工作實踐中，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。
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本書的內(nèi)容進行編寫、編排與完善。宋丹、儀玉杰和殷彪?yún)⑴c了無人機通信與導(dǎo)航的基本知識、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，馮旭敏對本書文字與格式進行了校對。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、時間倉促，書中錯誤與不妥之處在所難免，希望廣大讀者給予批評指正。
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 無人機及通信導(dǎo)航基礎(chǔ)
1.1 無人機的基本知識
1.1.1 無人機的基本概念
1.1.2 無人機的分類及組成
1.1.3 無人機的功用與任務(wù)
1.2 無人機通信及特點
1.2.1 無人機的通信需求
1.2.2 無人機的通信特點
1.3 無人機導(dǎo)航及特點
1.3.1 無人機的導(dǎo)航需求
1.3.2 無人機的導(dǎo)航特點
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 無線電信號的調(diào)制與發(fā)射
2.3.1 發(fā)射機的基本組成
2.3.2 調(diào)制的作用與分類
2.3.3 發(fā)射機的主要性能指標(biāo)
2.4 無線電信號的接收與處理
2.4.1 超外差式接收機
2.4.2 接收機的主要性能指標(biāo)
2.5 習(xí) 題
第二部分 無人機通信
第3章 通信的基本原理
3.1 通信的基本知識
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 無人機通信的分類
4.1 按傳輸手段劃分
4.1.1 電臺移動通信
4.1.2 蜂窩移動通信
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 無人機通信設(shè)備及工作模式
5.1 通信設(shè)備
5.1.1 移動電臺通信設(shè)備
5.1.2 蜂窩移動通信設(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 無人機自組網(wǎng)通信實例
6.2 中繼網(wǎng)絡(luò)通信
6.2.1 問題描述
6.2.2 方案實現(xiàn)
6.2.3 無人機中繼網(wǎng)絡(luò)通信實例
6.3 習(xí) 題
第7章 無人機通信的未來展望
7.1 無人機通信新技術(shù)
7.1.1 遠距離通信傳輸技術(shù)
7.1.2 移動自組織網(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 一站多機技術(shù)
7.1.6 信道綜合技術(shù)
7.2 無人機通信發(fā)展趨勢
7.2.1 安全化趨勢
7.2.2 小型化趨勢
7.2.3 高速化趨勢
7.2.4 網(wǎng)絡(luò)化趨勢
7.2.5 通用化趨勢
7.3 無人機通信的機遇與挑戰(zhàn)
7.3.1 機 遇
7.3.2 挑 戰(zhàn)
7.4 習(xí) 題
第三部分 無人機導(dǎo)航
第8章 導(dǎo)航的基本知識
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)航的時空基準(zhǔn)
8.3.1 時間基準(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)航的增強系統(tǒng)
9.5.1 地基增強系統(tǒng)(GBAS)
9.5.2 星基增強系統(tǒng)(SBAS)
9.5.3 空基增強系統(tǒng)(ABAS)
9.6 無人機衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用
9.6.1 軍用無人機
9.6.2 快遞無人機
9.6.3 航拍測繪無人機
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
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
11.6.4 無人機應(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
11.7.4 無人機應(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 測高設(shè)備
13.2.3 測速設(shè)備
13.2.4 測加速度設(shè)備
13.2.5 測姿設(shè)備
13.2.6 授時設(shè)備
13.3 習(xí) 題
第14章 無人機導(dǎo)航的典型應(yīng)用
14.1 單機導(dǎo)航
14.1.1 微小型無人機導(dǎo)航
14.1.2 作戰(zhàn)無人機導(dǎo)航
14.1.3 高空長航時無人機導(dǎo)航
14.2 多機導(dǎo)航
14.2.1 編隊飛行導(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
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 機遇與挑戰(zhàn)
15.4.1 機 遇
15.4.2 挑 戰(zhàn)
15.5 習(xí) 題
附錄 縮略語參考表
參考文獻
書單推薦
