无人机系统 理论仿真应用

本书以“理论-仿真-实践”为脉络，9大章节覆盖无人机全链路知识，从低空经济应用、导航飞控原理，到开源飞控、仿真技术、地面站开发，再到六旋翼组装试飞，构建完整体系。理论推导详实，融合PX4飞控、MAVLink协议等实操内容，例程源自真实项目，落地性强。聚焦多机型控制、编队技术等核心要点，贴合低空经济发展需求。适配高校研究生教材、爱好者及研发人员参考，兼顾知识深度与广度，提供标准化实操流程与避坑经验，助力快速实现理论到实操的转化。

本书对无人机系统的基本理论、仿真技术以及实践应用中的主要问题展开了详细阐述。首先，介绍在低空经济背景下，无人机的应用场景及发展趋势等；其次，从导航与飞行控制的角度出发，阐述导航、姿态和控制等方面的理论知识，并结合开源飞控软件，展示部分理论知识的实现方法；再次，探讨模拟飞行与数字仿真技术，作为理论知识向实践应用过渡的桥梁；最后，讲解数据链和通信协议、开发地面控制站、图像载荷数据处理等应用层面的重点研发技术，并以组装和试飞六旋翼无人机作为全书的总结。

全书内容紧凑，理论推导翔实，实践内容来自作者主导过的项目，例程的实用价值高、趣味性强。

本书可作为高校航空、自动控制和计算机等专业研究生的辅助教材，也可作为无人机爱好者和研发人员的参考书。

刘波

毕业于西北工业大学自动化学院，长期投身于无人机系统的研发工作。曾于顺丰、京东等行业头部企业负责多个物流无人机项目，具备丰富的一线研发经验。本书系作者理论素养与工程实践深度融合的成果。

第1章低空经济下的无人机

1.1无人机的部分低空应用场景

1.1.1测绘

1.1.2农林植保和环境监测

1.1.3线路巡检

1.2无人机的发展趋势

1.2.1无人化试飞

1.2.2混合编队

1.2.3无人机空战

1.3理解无人机系统

1.3.1无人机的主要子系统

1.3.2从理论到仿真再到应用

第2章无人机的导航

2.1导航的概念

2.1.1导航子系统常用的坐标系

2.1.2常见的导航设备

2.2常用的辅助导航技术

2.2.1天文导航

2.2.2GNSS

2.2.3地形匹配导航

2.2.4机器视觉

2.3惯性导航的原理

2.3.1递推姿态和位置

2.3.2描述载体姿态的数学工具

2.3.3万向锁问题

2.3.4四元数和欧拉角、旋转矩阵之间的转换

2.4载体的姿态变换

2.4.1四元数的定义和运算规则

2.4.2用四元数求解向量的旋转变换

2.4.3内旋和外旋

2.4.4旋转变换与绕转向量本身的变换

2.5惯导系统的姿态解算

2.5.1四元数微分方程

2.5.2毕卡解算

2.5.3龙格库塔解算

第3章无人机的飞行控制

3.1飞机的飞行和姿态控制原理

3.1.1常规布局的固定翼飞机

3.1.2飞翼布局的固定翼飞机

3.1.3直升机

3.1.4多旋翼飞行器

3.2飞行控制子系统

3.2.1飞控系统的功能

3.2.2基础概念和坐标系定义

3.2.3飞控系统的构成

3.3飞控系统的设计

3.3.1建立飞机的动力学模型

3.3.2设计姿态控制律

3.3.3设计制导控制律

3.3.4设计编队控制算法

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