无人飞行器系统的感知与规避 研究与应用PDF电子书下载

第一部分 导论 2

第1章 引言 2

1.1 无人空中飞行器与无人飞行器系统比较 2

1.2 无人空中交通工具的发展历史 4

1.3 UAV分类 8

1.4 UAV应用 13

1.5 UAV市场综述 16

1.6 UAS未来挑战 20

1.7 UAS故障容错 26

参考文献 31

第2章 性能折中和标准发展 35

2.1 感知与规避范围 35

2.2 系统构成 36

2.3 感知与规避服务和子功能 38

2.4 传感器能力 39

2.4.1 空中感知 40

2.4.2 陆基感知 41

2.4.3 传感器参数 41

2.5 跟踪和轨迹预测 42

2.6 威胁公布和解决决策 43

2.6.1 碰撞规避 44

2.6.2 自隔离 46

2.6.3 人工决策与算法比较 46

2.7 感知与规避最后期限 47

2.8 安全评估 48

2.9 建模与仿真 50

2.10 人为因素 51

2.11 标准进程 52

2.11.1 描述 53

2.11.2 操作和功能要求 53

2.11.3 结构 53

2.11.4 安全性，性能和互操作性评估 54

2.11.5 性能要求 55

2.11.6 确认 55

2.12 结论 56

参考文献 56

第3章 民用无人飞行器系统分布式结构中感知与规避能力的集成 57

3.1 引言 57

3.2 系统概述 59

3.2.1 分布式系统结构 60

3.3 USAL概念和结构 61

3.4 飞行和任务服务 63

3.4.1 空中部分 63

3.4.2 地面部分 68

3.5 USAL结构中的感知种类 71

3.5.1 起飞前操作规程：飞行调度 72

3.5.2 机场操作的USAL感知与规避 74

3.5.3 UAS任务期内的感知种类 77

3.6 结论 84

致谢 85

参考文献 85

第二部分 管理问题和人为因素 90

第4章 规程和要求 90

4.1 背景信息 91

4.1.1 飞行规程 93

4.1.2 空域类别 94

4.1.3 UAS类型和任务 96

4.1.4 安全等级 97

4.2 现有规程和标准 100

4.2.1 UAS当前的认证机制 101

4.2.2 标准化团体和安全机构 104

4.3 感知与规避要求 105

4.3.1 一般感知要求 105

4.3.2 一般规避要求 108

4.3.3 根据空域类别的可能的感知与规避要求 110

4.3.4 根据飞行高度和能见度条件的可能的感知与规避要求 111

4.3.5 根据通信中继类型的可能的感知与规避要求 113

4.3.6 根据UAS自动化水平的可能的感知与规避要求 114

4.4 人为因素和环境感知考虑 115

4.5 结论 116

致谢 118

参考文献 118

第5章 无人机中的人为因素 123

5.1 引言 123

5.2 UAV的遥控 126

5.3 多个无人飞行器的控制 128

5.4 任务转换 128

5.5 与无人飞行器多种方式的交互作用 132

5.6 自适应自动操作 133

5.7 自动操作和多重任务处理 135

5.8 个体差异 137

5.8.1 注意力控制和自动操作 137

5.8.2 空间能力 140

5.8.3 方向感知 141

5.8.4 视频游戏经验 142

5.9 结论 143

参考文献 144

第三部分 感知与规避方法 154

第6章 感知与规避的概念：基于飞行器的感知与规避系统（飞行器到飞行器） 154

6.1 引言 154

6.2 冲突探测和解决原理 154

6.2.1 感知 155

6.2.2 轨迹预测 156

6.2.3 冲突探测 157

6.2.4 冲突解决 158

6.2.5 躲避机动 159

6.3 冲突探测和解决方法的分类 159

6.3.1 分类法 159

6.3.2 基于规则的方法 161

6.3.3 博弈论方法 162

6.3.4 场方法 163

6.3.5 几何方法 164

6.3.6 数值优化方法 166

6.3.7 组合方法 168

6.3.8 多智能体方法 171

6.3.9 其他方法 174

致谢 177

参考文献 177

第7章 利用微分几何概念的无人机系统冲突探测与解决 190

7.1 引言 190

7.2 微分几何运动学 192

7.3 冲突探测 193

7.3.1 碰撞运动学 193

7.3.2 碰撞探测 195

7.4 冲突解决：方法Ⅰ 198

7.4.1 碰撞运动学 198

7.4.2 解决指导 201

7.4.3 分析和扩展 203

7.5 冲突解决：方法Ⅱ 207

7.5.1 解决运动学和分析 207

7.5.2 解决指导 209

7.6 CD＆R仿真 210

7.6.1 仿真结果：方法Ⅰ 211

7.6.2 仿真结果：方法Ⅱ 214

7.7 结论 218

参考文献 219

第8章 利用公共信息网络感知与规避的飞行器隔离管理 221

8.1 引言 221

8.2 CIN感知与规避要求 224

8.3 CIN的自动隔离管理 228

8.3.1 自动飞行器隔离原理 228

8.3.2 基于网格的隔离自动化 230

8.3.3 基于遗传的隔离自动化 231

8.3.4 基于新兴系统的隔离自动化 232

8.4 智能天空实现 233

8.4.1 智能天空背景 233

8.4.2 飞行测试设备 234

8.4.3 通信系统结构 235

8.4.4 消息传输系统 237

8.4.5 自动隔离实现 240

8.4.6 智能天空实施概要 240

8.5 基于CIN的感知与规避示例——飞行测试结果 241

8.6 总结和未来发展 246

致谢 248

参考文献 248

第四部分 感知与规避应用 252

第9章 AgentFly—用于多重UAV仿真、设计和碰撞规避的可升级的高保真框架体系 252

9.1 基于智能体的结构 253

9.1.1 UAV智能体 254

9.1.2 环境仿真智能体 254

9.1.3 矢量图绘制软件智能体 255

9.2 飞行器控制概念 255

9.3 飞行轨迹规划器 258

9.4 碰撞规避 263

9.4.1 多层碰撞规避结构 264

9.4.2 合作式碰撞规避 266

9.4.3 非合作式碰撞规避 270

9.5 团队协调 271

9.6 可升级的仿真 275

9.7 在固定翼UAV的应用 280

致谢 282

参考文献 283

第10章 利用机载计算机视觉的发现与规避 286

10.1 引言 286

10.1.1 背景 286

10.1.2 感知与规避问题概述 286

10.2 技术发展现状 287

10.3 电光视觉空中碰撞探测 289

10.3.1 图像捕获 290

10.3.2 摄像机模型 290

10.4 图像稳定性 291

10.4.1 图像抖动 291

10.4.2 抖动补偿技术 291

10.5 探测与跟踪 294

10.5.1 两阶段探测方法 294

10.5.2 目标跟踪 300

10.6 目标动力学和规避控制 301

10.6.1 目标方位估计 301

10.6.2 基于方位的规避控制 302

10.7 硬件技术和平台集成 303

10.7.1 目标／侵入者平台 304

10.7.2 摄像机平台 305

10.7.3 传感器吊舱 310

10.7.4 实时图像处理 311

10.8 飞行测试 312

10.8.1 测试阶段结果 313

10.9 未来工作 313

10.10 总结 314

致谢 314

参考文献 315

第11章 低成本移动雷达系统在小型UAS感知与规避中的应用 320

11.1 引言 320

11.2 UAS操作环境 321

11.2.1 为什么使用UAS？ 321

11.2.2 空域和无线电传输 322

11.2.3 发现与规避 322

11.2.4 空中碰撞 323

11.2.5 总结 324

11.3 感知与规避和碰撞规避 325

11.3.1 规避碰撞的分层方法 325

11.3.2 感知与规避技术 326

11.3.3 UA操作空间 329

11.3.4 环境感知 330

11.3.5 总结 330

11.4 案例研究：智能天空工程 331

11.4.1 引言 331

11.4.2 智能天空结构 331

11.4.3 移动飞行器跟踪系统 332

11.4.4 空中系统实验室 336

11.4.5 “火烈鸟”UAS 337

11.4.6 自动动态空域控制器 338

11.4.7 总结 338

11.5 案例研究：飞行测试结果 338

11.5.1 雷达特性实验 339

11.5.2 感知与规避实验 346

11.5.3 自动感知与规避 351

11.5.4 动态感知与规避实验 353

11.5.5 跟踪多种飞行器 353

11.5.6 气象监视 358

11.5.7 未来 360

11.6 结论 360

致谢 361

参考文献 361

后记 367