无人机通信与导航9787512440975

第一部分 绪论

第1章 无人机及通信导航基础

1．1 无人机的基本知识

1．1．1 无人机的基本概念

1．1．2 无人机的分类及组成

1．1．3 无人机的功用与任务

1．2 无人机通信及特点

1．2．1 无人机的通信需求

1．2．2 无人机的通信特点

1．3 无人机导航及特点

1．3．1 无人机的导航需求

1．3．2 无人机的导航特点

1．4 习题

第2章 无线电技术基础

2．1 无线电波及传播

2．1．1 无线电波的产生

2．1．2 无线电波的极化方式

2．1．3 无线电波的传播特性

2．1．4 无线电波的传播方式

2．2 天线与馈线

2．2．1 天线的作用

2．2．2 天线的分类

2．2．3 天线主要性能指标

2．2．4 天线的馈线

2．3 无线电信号的调制与发射

2．3．1 发射机的基本组成

2．3．2 调制的作用与分类

2．3．3 发射机的主要性能指标

2．4 无线电信号的接收与处理

2．4．1 超外差式接收机

2．4．2 接收机的主要性能指标

2．5 习题

第二部分 无人机通信

第3章 通信的基本原理

3．1 通信的基本知识

3．1．1 通信的来源及定义

3．1．2 通信的基本手段、方式及分类

3．1．3 现代通信的现状

3．2 通信过程及构成要素

3．2．1 通信过程

3．2．2 信源 ，

3．2．3 发送设备

3．2．4 信道传递

3．2．5 外界干扰

3．2．6 接收设备

3．2．7 收信者

3．3 无人机数据链

3．3．1 传输通道

3．3．2 消息标准

3．3．3 通信协议

3．4 通信性能指标

3．5 习题

第4章 无人机通信的分类

4．1 按传输手段划分

4．1．1 电台移动通信

4．1．2 蜂窝移动通信

4．1．3 Wi-Fi通信

4．1．4 卫星中继通信

4．1．5 电缆通信

4．2 按通信频段划分

4．2．1 短波频段

4．2．2 超短波频段

4．2．3 微波频段

4．2．4 卫星通信频段

4．3 按通信距离划分

4．4 按参量取值方式划分

4．5 按消息物理特征划分

4．6 按传输媒介划分

4．6．1 电媒介通信

4．6．2 光媒介通信

……

第三部分 无人机导航

第四部分 无人机实践应用与实验教程

附录 缩略语参考表

参考文献

第1章无人机及通信导航基础

无人机也被称为“空中机器人”，从20世纪初第一架无人机诞生到现在，已历经了一百多年的发展历程。随着无人机技术的持续发展，尤其是材料、动力、微电子、控制、通信、导航等现代新型技术不断地被应用到无人机系统，无人机设备及系统迎来了新的发展浪潮，从而极大地促进了无人机在军事和民用领域的广泛应用。特别是近二十多年来，随着无人机各方面技术水平的不断提高，其应用领域也得以迅速扩展，无人机经历了从军事应用到民间推广的一个飞速发展过程。预计在未来的三四十年里，无人机将在更多的行业取代大多数的人工作业工作，并且通过不断地提高工作效率，扩大其行业应用的广度和深度，来持续地改变我们未来的工作和生活方式。

当前，随着各国对无人机技术的重视和相关产业的应用推广，以及飞行空域的逐渐开放和飞行政策的进一步支持，无人机的应用领域已不仅仅局限于早期的军事装备，其在民用方面的应用也将越来越多，未来还会大大超越军事需求。目前无人机系统已经广泛应用于公安消防、应急搜救、农林、交通、环保、气象、通信、信息采集、航拍、地质勘探、遥感测绘、管道巡线、影视制作等多个民用领域，甚至已经成为普通消费者手中的娱乐休闲产品。今后，无人机将在军用、工农业及交通业和社会消费业等众多领域发挥举足轻重的作用，承担越来越多的飞行任务和载荷任务，而各行各业的发展对无人机的依赖也将会日趋增强。总的来说，无人机的应用及其产业已经迎来黄金发展期，对无人机各种知识的普及和应用培训也势在必行。

1.1无人机的基本知识

无人机从产生到现在经历了一百多年的历史。1909年，美国试飞第一架遥控航模飞机。1917年，英国人研制出世界上第一架由无线电操纵的小型单翼无人机。20世纪30年代，无线电操纵的无人靶机研制成功，并且在40至50年代无人靶机得到了广泛的应用，到50年代末期，世界各国空军即开始通过装备无人机空中靶机，开展飞行训练和对空武器的性能测试。

到了20世纪60年代，美、苏两个政治集团出于冷战需要，把对无人机的研究、应用放在了侦察用途方面，无人机技术进入了以应用需求为牵引的快速发展时代。到20世纪80年代，无人机技术开始逐渐向小型化、隐身化、投放回收简便等方向发展。时至21世纪，无人机的技术发展则更多地呈现在隐形化、微型化、智能化、高速、长航时和集成化、系统化等多个方面，并且迎来了全方位应用的爆发期。

1.1.1无人机的基本概念

无人机是无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)的简称，它是利用无线电遥控设备或自备的程序控制装置去控制管理的不搭载驾驶人员的飞机。由于无人机可以在无人驾驶的情况下在空中完成多种飞行任务和载荷任务，也常常被称作“空中机器人”。

无人机在完成各种飞行任务和载荷任务时，需要整个系统配合工作，一般将其称为无人机系统(Unmanned Aircraft Systems，UAS)。具体来讲，无人机系统是由一架无人飞机及其搭载设备、地面的遥控站点或遥控设备、所需的指令与数据通信链路，以及完成规定任务所需的相关部件等组成的系统，也称为无人驾驶航空器系统。

无人驾驶与有人驾驶，是无人机与有人机的根本区别，最直观的差别就是，无人机不用搭载驾驶人员，无人机的载荷可以节省出来，对于可靠性的要求也降低了，但对无人机的实时操控、紧急情况的处理等能力也随之变弱。

相对于有人驾驶的飞机而言，无人机具有体积小、成本低、损耗小、零伤亡、机动性好、生存能力强和使用方便等特点，主要的优势体现在：①避免了人员伤亡；②在机体设计上不用考虑人的因素，更多地注重飞机的其他性能；③可以大大延伸作战领域空间或应用环境范围，如有毒、爆炸等高危场合；④载荷效率高，续航能力强。

同时，无人机相比有人机也有明显不足，具体表现在：①大多情况处于非现场的地面站控制指挥，灵活性差，处理突发事件的能力弱；②需依赖地面控制中心通过无线电等方式进行控制，易受干扰、易被攻击、易遭捕获；③实现可靠飞行的技术复杂度比有人机高，同时成本降低和载荷量提高，又导致系统可靠性不高；④受某些特定作战环境、特殊应用场合的影响较大，使执行任务的能力下降；⑤搭载的各类传感器在某些方面相比人类智能还有不足，比如识别现场伪装的能力较弱。

无人机的这些优势和不足，决定了我们在研究和应用无人机的过程中，需要采取与有人驾驶飞机不同的处理策略、工作方式与应对方法等。

无人机的分类方式很多，可以按不同标准进行分类，最为常见的分类是按照外形结构进行划分，可以分为多旋翼无人机、固定翼无人机和无人直升机三类，而无人机所能完成的不同任务及应用方式，大多与其外形结构相关联，即不同外形大小的无人机，其对应的飞行任务或载荷任务也有明显不同。

1.1.2无人机的分类及组成

1.无人机的分类

现有的无人机种类众多、结构各异，无人机的分类方式也有很多。比较常见的分类方法有：按动力划分、按外形结构划分、按大小和质量划分、按航程划分和按用途划分等。

本书为无人机专业应用型人才培养规划教材之一，主要讲述无人机通信与导航方面的知识及应用。全书共分四部分，包括绪论、无人机通信、无人机导航和无人机实践应用与实验教程。本书既有概念理论知识，又有无人机具体应用介绍，兼有无人机实践教程，内容循序渐进，通俗易懂。