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