无人机系统导论PDF电子书下载

第1章 无人机系统发展简史 1

1.1 起源 1

1.2 有效控制的需求 2

1.3 无线电和自动驾驶仪 2

1.4 航空鱼雷：首架现代无人机（1918年3月6日） 3

1.5 无人靶机 4

1.6 第二次世界大战期间美国海军的无人攻击机 6

1.7 第二次世界大战期间德国的V-1“蜂鸣”飞弹（Buzz Bomb） 8

1.8 第二次世界大战期间德国的“槲寄生”（Mistletoe） 9

1.9 早期无人侦察机 9

1.10 雷达诱饵：20世纪50年代至70年代 10

1.11 远程侦察无人机系统：20世纪60年代至70年代 10

1.12 首架无人直升机系统：20世纪60年代至70年代 11

1.13 寻求自主操作 11

1.14 双尾桁推进式无人机的诞生 12

1.15 沙漠风暴：1991年 13

1.16 克服飞行员的偏见 14

1.17 无人机系统会取代有人机吗？ 15

思考题 15

参考文献 15

第2章 无人机系统的组成 16

2.1 无人机系统（UAS）的组成 16

2.2 遥控驾驶飞行器（RPA） 16

2.2.1 固定翼 17

2.2.2 垂直起降 17

2.3 指挥与控制单元 18

2.3.1 自动驾驶仪 18

2.3.2 地面控制站 19

2.4 通信数据链 21

2.4.1 视距内（LOS） 21

2.4.2 超视距（BLOS） 21

2.5 任务载荷 22

2.5.1 光电 22

2.5.2 红外 23

2.5.3 激光 24

2.6 发射与回收 24

2.7 人的因素 26

第3章 无人机航空监管体系——以美国为例 27

3.1 美国航空监管体系 27

3.1.1 引言 27

3.1.2 美国航空条例历史 27

3.1.3 美国联邦航空管理局 28

3.1.4 执法和制裁 30

3.2 国际航空条例 31

3.3 标准和条例 34

3.4 规则制定的过程 36

3.5 有关无人机的现行规定 38

3.6 FAA对无人机系统的执法权 42

3.7 前进之路：无人机系统管理条例的未来 45

3.8 结论 46

思考题 47

第4章 无人机授权认证的过程 48

4.1 引言 48

4.1.1 背景 48

4.1.2 常规国家空域系统 48

4.1.3 无人机系统分类 50

4.2 无人机系统空域准入历史 51

4.2.1 联邦航空管理局备忘录的指示 52

4.2.2 改变空域准入的新力量 53

4.3 授权认证（COA）或豁免的启用 54

4.4 联邦航空管理局的指南文件 55

4.5 无人机项目办公室的创建 56

4.5.1 授权认证的焦点 56

4.5.2 授权认证申请的数据和步骤 57

4.6 无人机准入国家空域系统的未来发展 59

4.7 结论 61

参考文献 62

第5章 无人机系统的空域运行 64

5.1 无人机系统空域运行障碍 64

5.2 无人机系统空域运行指南 65

5.3 空域定义 65

5.4 公共用户：授权证书 67

5.5 民间用户：专用适航性／试验性证书 67

5.6 飞行操作 68

5.7 人员资质 70

思考题 72

第6章 机载传感器与有效载荷 73

6.1 引言 73

6.2 无人机系统：“采集平台”抑或飞行器？ 73

6.3 监管的挑战 74

6.4 传感器和有效载荷：有区别吗？ 75

6.5 感知与规避的动力学和系统 76

6.6 目标驱动型传感器 78

6.7 技术和系统的限制 79

6.8 结论 80

思考题 81

第7章 无人机系统感知与规避 82

7.1 引言 82

7.1.1 检测、看见与规避：有人机 82

7.1.2 飞行员的看见与规避职责：有人机 82

7.1.3 检测、感知与规避：无人机系统 83

7.2 检测、看见与规避的信号检测方法 83

7.2.1 响应偏差与响应准则 84

7.2.2 可辨性 85

7.3 检测、感知与规避技术 86

7.3.1 协作式技术 86

7.3.2 非协作式技术 87

7.3.3 改造性技术 89

7.3.4 能见度替代方案 91

7.4 结论 92

思考题 94

参考文献 94

第8章 无人机系统安全评估 97

8.1 引言 97

8.2 危险分析 97

8.2.1 目的 97

8.2.2 预先危险列表 97

8.2.3 预先危险分析 98

8.2.4 操作危险评估与分析 99

8.2.5 变更分析 100

8.3 风险评估 100

8.3.1 目的 102

8.3.2 开发 102

8.3.3 使用 103

8.4 安全性评价 104

8.4.1 风险评估 104

8.4.2 飞行测试卡 104

8.4.3 适航性认证 104

8.5 事故调查中的考虑因素 105

8.5.1 软件和硬件 106

8.5.2 人的因素 106

8.5.3 建议 107

8.6 结论和推荐 107

思考题 108

参考文献 108

第9章 无人机系统中人的因素 109

9.1 引言 109

9.2 无人机系统事故和意外分析 110

9.3 无人机系统中人的因素 116

9.3.1 操作环境 117

9.3.2 人－系统集成 117

9.3.3 系统自动化 118

9.3.4 机组规模、编成和训练 118

9.4 结论和未来研究方向 119

思考题 121

参考文献 121

第10章 无人机系统的自动化与自主性 125

10.1 自动与自主 125

10.2 工作负荷 126

10.2.1 主观负荷评估 126

10.2.2 客观负荷评估 127

10.3 态势感知 128

10.4 技能下降 128

10.5 信任度 129

10.5.1 可靠性 130

10.6 自动化类型与等级 131

10.6.1 自动化类型 131

10.6.2 自动化等级／以人为中心的分类 133

10.7 以技术为中心的分类 134

10.7.1 美国空军研究实验室 134

10.7.2 美国国家航空航天局 136

10.7.3 美国国家标准与技术研究所 139

10.7.4 其他机构 141

10.8 自主等级分析（ALFUS） 143

10.8.1 自主等级0 143

10.8.2 自主等级1～3（低级） 144

10.8.3 自主等级4～6（中级） 144

10.8.4 自主等级7～9（高级） 144

10.8.5 超越10级 144

10.9 自主系统参考框架 145

10.9.1 自主能力面临的挑战 145

10.9.2 自主系统参考框架 146

10.9.3 自主能力关键技术 149

10.10 结论 152

思考题 153

参考文献 153

第11章 面向地理空间数据采集的无人机系统 159

11.1 引言 159

11.1.1 遥感无人机系统 159

11.1.2 传感器 160

11.1.3 实时数据传输 162

11.1.4 静态影像的地理校正与拼接 162

11.2 应用 164

11.2.1 环境监测与管理 164

11.2.2 交通传感 167

11.2.3 灾害响应 168

11.3 结论 173

思考题 174

参考文献 174

第12章 无人机系统的未来 178

12.1 引言 178

12.2 预期市场增长 178

12.2.1 私有部分 179

12.2.2 公共部分 179

12.3 基础设施 180

12.3.1 地基基础设施 180

12.3.2 常规空域准入 181

12.3.3 培训与认证 181

12.4 就业机会 182

12.5 飞行器演化 182

12.5.1 小型化 182

12.5.2 动力解决方案 183

12.6 未来概念 185

12.6.1 无人作战飞机（UCAV） 185

12.6.2 无人机集群 186

12.6.3 “戈尔贡”凝视 186

12.6.4 通用性和可扩展性 187

12.7 五年后及更远的未来 187

思考题 188

参考文献 188

附录1 意外风险评估 189

附录2 原书编者简介 191

附录3 原书章节作者简介 194

附录4 术语表 197