長(zhǎng)航時(shí)和遠(yuǎn)距離飛行是無(wú)人飛行器性能拓展的前沿方向之一。本書研究了如何利用蘊(yùn)含在大氣環(huán)境中的能量進(jìn)行綠色飛行的新模式，這種飛行模式通過(guò)形成周期性的動(dòng)態(tài)滑翔軌跡，依靠穿越特殊的風(fēng)場(chǎng)——物理量呈梯度變化的區(qū)域中獲取能量，用較少或基本不用自身攜帶的能源進(jìn)行飛行。在自然界中存在有先進(jìn)的“榜樣”——信天翁，這種海鳥(niǎo)利用海面梯度風(fēng)場(chǎng)以動(dòng)態(tài)滑翔的方式實(shí)現(xiàn)其環(huán)球飛行。梯度風(fēng)動(dòng)態(tài)滑翔以其無(wú)污染、零排放的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)無(wú)人飛行器研究的重要方向之一。
　　早在1883年，英國(guó)科學(xué)家Lord Rayleigh在NATURE雜志上發(fā)表了關(guān)于信天翁利用海面上空風(fēng)場(chǎng)飛行的論文。在文中，Rayleigh描述了信天翁在不扇動(dòng)翅膀的情況下，可以在海面上空變化的風(fēng)場(chǎng)中進(jìn)行遠(yuǎn)距離飛行。同時(shí)，他提出信天翁能夠在海面進(jìn)行遠(yuǎn)距離飛行必須滿足兩個(gè)條件：一是飛行過(guò)程不是水平的，或者說(shuō)不能準(zhǔn)確地保持某一水平高度；二是風(fēng)場(chǎng)不是均勻的。Rayleigh認(rèn)為信天翁之所以能夠利用不均勻風(fēng)滑翔是因?yàn)樾盘煳滔鄬?duì)于空氣的速度的改變。
　　梯度風(fēng)動(dòng)態(tài)滑翔作為可實(shí)現(xiàn)無(wú)人飛行器長(zhǎng)航時(shí)和遠(yuǎn)距離飛行的一種重要輔助策略，其合理的利用涉及諸多問(wèn)題的研究和破解，包括梯度風(fēng)場(chǎng)參數(shù)感知、梯度風(fēng)能的轉(zhuǎn)換機(jī)理、航跡規(guī)劃、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)、能量?jī)?yōu)化控制等方面。其中，如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)滑翔過(guò)程中不斷獲取蘊(yùn)含在風(fēng)場(chǎng)中的能量是核心問(wèn)題之一。
　　本書作者從2012年開(kāi)始從事無(wú)人飛行器梯度風(fēng)動(dòng)態(tài)滑翔相關(guān)的研究工作。在研究過(guò)程中，深入分析了無(wú)人飛行器梯度風(fēng)動(dòng)態(tài)滑翔這一特殊飛行模式，通過(guò)飛行器動(dòng)力學(xué)建模、梯度風(fēng)動(dòng)態(tài)滑翔能量獲取機(jī)理分析、航跡優(yōu)化方法、梯度風(fēng)能利用策略分析、梯度風(fēng)動(dòng)態(tài)滑翔系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定性分析、梯度風(fēng)動(dòng)態(tài)滑翔的最優(yōu)控制等，為無(wú)人飛行器利用梯度風(fēng)能實(shí)現(xiàn)其長(zhǎng)航時(shí)和遠(yuǎn)距離飛行提供了基本的設(shè)計(jì)思路和分析方法，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)以任務(wù)規(guī)劃為前提的風(fēng)梯度動(dòng)態(tài)滑翔航跡優(yōu)化提供了技術(shù)支撐，對(duì)拓展無(wú)人飛行器應(yīng)用新能源具有十分重要的意義。現(xiàn)將相關(guān)研究工作整理出版，希望對(duì)無(wú)人飛行器的梯度風(fēng)動(dòng)態(tài)滑翔的發(fā)展與應(yīng)用有所幫助。