本書為無人機專業(yè)應用型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材之一,主要講述無人機通信與導航方面的知識及應用。全書分為三部分,包括序論、無人機通信和無人機導航。序論部分,介紹了無人機概念、無線電基本知識和通信導航基本概念;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、無人機通信設備及工作模式、無人機通信的典型應用及未來展望;無人機導航部分,介紹了導航的基本知識、衛(wèi)星導航、慣性導航、其他導航、導航系統(tǒng)的組合應用、無人機導航設備及應用模式、無人機導航的典型應用及未來展望。本書既有概念理論知識,又有無人機具體應用介紹,內容循序漸進,通俗易懂。
本書適用于無人機工程類、飛行制導控制類、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,亦可作為培訓類學校無人機專業(yè)的教學及實踐教材,同時可供無人機應用領域、通信導航領域的工程技術人員、無人機操控人員參考。
無人機技術發(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用領域。無人機通信和無人機導航作為無人機系統(tǒng)的重要組成部分，一直是人們研究和應用的熱點。它們凝聚了多種理論，是多門學科和多項技術的綜合結晶，具有嚴格的科學體系結構。
自20世紀80年代以來，通信技術、計算機技術和微電子技術相互促進，極大地推動了通信技術的發(fā)展，通信已成為當今世界生產(chǎn)力的領頭羊。越來越多的無人機使用通信技術為人們服務，無人機通信以一種特殊的姿態(tài)引起了人們的關注。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。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，應用范圍越來越廣泛，在空天海地組網(wǎng)中占有一席之地。
導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)星導航的發(fā)展及應用，以及其他新型導航方式的出現(xiàn)，進入了以衛(wèi)星導航為主要形式的精密導航時代，衛(wèi)星導航在無人機上的應用也越來越廣泛。這期間隨著慣性導航技術的迅猛發(fā)展，慣性導航與衛(wèi)星導航組合運用于無人機導航，為無人機導航提供了具有巨大應用潛力的解決方案，推動了無人機導航的迅速發(fā)展。隨著無人機導航技術的逐步完善，無人機導航設備和系統(tǒng)逐步完善并發(fā)展成一門專業(yè)技術，這種技術逐步推廣于其他載體的導航，成為航空、航海和陸路交通可以依賴的導航啟明燈。
本書即以上述飛速發(fā)展的無人機通信與導航技術為背景，重點介紹無人機通信與導航技術的基本原理及應用，對通信方式和導航方式進行分類并介紹了通信設備和導航設備，給出了無人機通信與導航的未來展望，將無人機的兩個重要組成部分呈現(xiàn)到了讀者面前。
在對無人機通信設備與導航設備全面介紹的基礎上，本書對目前應用較多的通信技術和導航技術做了側重介紹，增加了無人機通信和無人機導航的典型應用，并從多方面對未來無人機通信技術和導航技術的發(fā)展趨勢及特點進行了討論。部分內容為作者首次公開發(fā)表的研究成果。
除上述基本內容外，本書還包括了入門的無線電技術基礎、通信技術的基本知識和導航技術基本知識，能夠讓讀者較快地進入到無人機通信與導航的學習中來。本書適用于電子信息類及相關專業(yè)的大專生和本科生使用，亦可供從事通信與導航領域工作的工程技術人員參考使用。
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上，借助工程應用，講解相關知識點，并結合具體的任務給出了相關的實現(xiàn)方法與實現(xiàn)過程，以及典型的應用案例，力求使學生在學習過程中掌握無人機通信與導航的相關理論知識，并能學習應用于工作實踐中，旨在培養(yǎng)學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的黃智剛和鄭帥勇對本書的內容進行編寫、編排與完善。宋丹、儀玉杰和殷彪?yún)⑴c了無人機通信與導航的基本知識、衛(wèi)星導航和組合導航及其應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，盛蔚對本書的框架結構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
2019年11月
第一部分 序 論
第1章 無人機及通信導航基礎
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
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 無人機導航及特點
1.3.1 無人機的導航需求
1.3.2 無人機的導航特點
1.4 習 題
第2章 無線電技術基礎
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
2.2.4 天線的饋線
2.3 無線電信號的調制與發(fā)射
2.3.1 發(fā)射機的基本組成
2.3.2 調制的作用與分類
2.3.3 發(fā)射機的主要性能指標
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
2.5 習 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 通信過程及構成要素
3.2.1 通信過程
3.2.2 信 源
3.2.3 發(fā)送設備
3.2.4 信道傳遞
3.2.5 外界干擾
3.2.6 接收設備
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 消息標準
3.3.3 通信協(xié)議
3.4 通信性能指標
3.5 習 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 題
第5章 無人機通信設備及工作模式
5.1 通信設備
5.1.1 移動電臺通信設備
5.1.2 蜂窩移動通信設備
5.1.3 Wi Fi通信設備
5.1.4 衛(wèi)星通信設備
5.1.5 有線通信設備
5.2 工作模式
5.2.1 任務管理通信模式
5.2.2 飛控管理通信模式
5.3 習 題
第6章 無人機通信的典型應用
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)絡通信實例
6.3 習 題
第7章 無人機通信的未來展望
7.1 無人機通信新技術
7.1.1 遠距離通信傳輸技術
7.1.2 移動自組織網(wǎng)絡技術
7.1.3 抗干擾技術
7.1.4 激光通信技術
7.1.5 一站多機技術
7.1.6 信道綜合技術
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 題
第三部分 無人機導航
第8章 導航的基本知識
8.1 導航的起源及定義
8.2 導航的基本手段及分類
8.2.1 導航的基本手段
8.2.2 導航的分類
8.3 導航的時空基準
8.3.1 時間基準
8.3.2 空間基準
8.4 地理信息與地圖
8.4.1 地理信息
8.4.2 地 圖
8.5 導航的性能指標
8.6 現(xiàn)代導航的現(xiàn)狀
8.7 習 題
第9章 衛(wèi)星導航
9.1 概 述
9.2 衛(wèi)星導航原理
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)星導航系統(tǒng)的誤差分析
9.5 衛(wèi)星導航的增強系統(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)星導航應用
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 題
第10章 慣性導航
10.1 概 述
10.1.1 慣性導航的發(fā)展歷程
10.1.2 中國慣性導航的發(fā)展現(xiàn)狀
10.2 慣性導航原理
10.2.1 加速度計原理
10.2.2 陀螺儀原理
10.3 慣性導航系統(tǒng)
10.3.1 系統(tǒng)簡介
10.3.2 慣性導航系統(tǒng)分類
10.3.3 常見慣導產(chǎn)品
10.4 無人機慣性導航應用
10.5 習 題
第11章 其他導航
11.1 無線電導航
11.1.1 概 述
11.1.2 基本原理
11.1.3 多普勒導航
11.2 圖形匹配導航
11.2.1 地形匹配導航
11.2.2 景像匹配導航
11.2.3 桑地亞慣性地形輔助導航
11.2.4 圖形匹配導航的特性
11.3 地磁導航
11.3.1 基本原理
11.3.2 導航特性
11.4 視覺導航
11.4.1 概 述
11.4.2 基本原理
11.4.3 無人機應用
11.5 天文導航
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 無人機應用
11.7 Wi Fi導航
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 無人機應用
11.8 習 題
第12章 導航系統(tǒng)的組合應用
12.1 概 述
12.2 組合導航原理
12.2.1 信息融合技術
12.2.2 卡爾曼濾波算法
12.3 典型組合導航方式
12.3.1 GPS/INS組合導航
12.3.2 慣導/地形匹配組合導航
12.3.3 慣導/多普勒組合導航
12.3.4 慣導/地磁組合導航
12.4 習 題
第13章 導航設備及應用模式
13.1 無人機導航需求分析
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 導航設備及應用模式
13.2.1 定位設備
13.2.2 測高設備
13.2.3 測速設備
13.2.4 測加速度設備
13.2.5 測姿設備
13.2.6 授時設備
13.3 習 題
第14章 無人機導航的典型應用
14.1 單機導航
14.1.1 微小型無人機導航
14.1.2 作戰(zhàn)無人機導航
14.1.3 高空長航時無人機導航
14.2 多機導航
14.2.1 編隊飛行導航
14.2.2 空中加油導航
14.3 導航服務
14.3.1 聯(lián)合作戰(zhàn)領域的應用
14.3.2 船舶引航領域的應用
14.4 習 題
第15章 無人機導航的未來展望
15.1 新需求展望
15.2 新技術展望
15.2.1 單一導航新技術
15.2.2 組合導航新技術
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 題
附錄 縮略語參考表
參考文獻
書單推薦
