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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Ⅰ198

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Ⅱ207

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Ⅰ211

7.6.2 仿真结果：方法Ⅱ214

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”UAS337

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