智能飛行器設計及應用
劉代軍 陳宇 朱峰
商品描述
本書從原理和實際操作兩方面入手，主要講解旋翼無人機的硬件組成、傳感系統、飛控算法、智能數據處理系統、智能應用等內容，並講解了一系列實驗，旨在讓讀者對智能飛行器設計及應用有全面的了解，幫助讀者在多旋翼無人機的工程實踐中更好地完成任務。
本書兼具基礎性、綜合性和系統性，可以作為飛行器控制與信息工程、無人飛行器系統工程以及無人機應用技術等專業的教材，以及相關專業學生的參考書，也適合多旋翼無人機愛好者閱讀。
作者簡介
劉代軍，中國航天科工集團有限公司副總經理，鄭州航空工業管理學院前院長。陳宇，鄭州航空工業管理學院老師，主要研究方向為網絡協同制造、數據采集與信號處理。朱峰，鄭州航空工業管理學院老師。董振濤，鄭州航空工業管理學院老師。
目錄大綱
第1 章 緒論 1
1.1 基本概念 1
1.2 關於多旋翼飛行器 2
第2 章 硬件組成 4
2.1 整體介紹 5
2.1.1 固定翼無人機的基本結構 5
2.1.2 多旋翼無人機的基本結構 6
2.2 飛控 7
2.2.1 常見的飛控 8
2.2.2 飛控系統的組成 13
2.3 機身、機架與腳架 15
2.3.1 機身 15
2.3.2 機架與腳架 17
2.4 動力系統17
2.4.1 電池 17
2.4.2 電機 20
2.4.3 電調 21
2.4.4 螺旋槳 23
2.5 數傳系統 25
2.5.1 功能 25
2.5.2 數傳電臺 26
2.6 地面站 26
2.6.1 地面站組成 27
2.6.2 控制站 27
2.6.3 地面站功能 28
2.6.4 MAVLink 簡介 30
2.6.5 MP 地面站簡介 34
2.6.6 硬件設計 38
2.6.7 軟件設計 38
2.6.8 課堂實踐：波形顯示 40
2.7 遙控器和接收機 41
2.7.1 功能 41
2.7.2 參數 42
2.7.3 本書用到的遙控器 43
2.7.4 遙控器和接收機的信號協議 45
2.7.5 硬件設計 48
2.7.6 軟件設計 48
2.7.7 課堂實踐：遙控器實驗 53
第3 章 傳感系統 54
3.1 陀螺儀 54
3.1.1 概述 54
3.1.2 陀螺儀結構 56
3.1.3 陀螺儀類型 57
3.1.4 ICM-20689 簡介 59
3.1.5 SPI 簡介 62
3.1.6 硬件設計 64
3.1.7 軟件設計 65
3.1.8 課堂實踐：陀螺儀實驗 70
3.2 磁力計 70
3.2.1 概述 70
3.2.2 磁力計工作原理 71
3.2.3 課堂實踐：磁力計實驗 72
3.3 氣壓計 75
3.3.1 概述 75
3.3.2 氣壓計分類 76
3.4 GPS 76
3.4.1 組成 77
3.4.2 GPS 在無人機導航中的應用 77
3.5 激光測距 78
3.5.1 原理 78
3.5.2 激光測距的優勢 78
3.6 光流 79
3.6.1 光流傳感器 79
3.6.2 光流算法 80
3.7 課堂實踐：傳感器校準實驗 80
第4 章 飛控算法 84
4.1 坐標系及姿態解算 84
4.1.1 地球中心坐標系 84
4.1.2 NED 坐標系 85
4.1.3 機體坐標系 85
4.1.4 姿態算法 86
4.1.5 旋轉矩陣推導 87
4.1.6 姿態解算流程 90
4.1.7 課堂實踐：姿態解析實驗 91
4.2 低通濾波 96
4.2.1 概述 96
4.2.2 電路實現原理 96
4.2.3 濾波器特征參數 97
4.2.4 濾波器的傳遞函數 98
4.2.5 濾波器特征參數求解 99
4.2.6 課堂實踐：傳感器低通濾波實驗 100
4.3 卡爾曼濾波 103
4.3.1 原理 104
4.3.2 卡爾曼濾波的發展背景 104
4.3.3 基於卡爾曼濾波器的PID控制系統結構 105
4.3.4 無人機的回路控制 105
4.4 PID 算法 106
4.4.1 PID 算法原理 106
4.4.2 PID 調試 109
第5 章 智能數據處理系統 110
5.1 智能邊緣平臺 110
5.1.1 香橙派 110
5.1.2 樹莓派 111
5.1.3 英偉達板卡 113
5.1.4 華為加速模塊 114
5.2 采集圖像數據. 115
5.2.1 環境搭建 115
5.2.2 計算機中的圖像 118
5.2.3 攝像頭 121
5.2.4 吊艙 121
5.2.5 圖像采集實踐 122
5.3 雙目立體視覺 123
5.3.1 雙目相機 124
5.3.2 深度相機 124
5.4 雷達 127
5.4.1 激光雷達 127
5.4.2 多線激光雷達 129
第6 章 智能應用 130
6.1 開源操作系統 130
6.1.1 Linux 操作系統 130
6.1.2 ROS 131
6.2 無人機激光雷達建圖 135
6.2.1 無人機激光雷達建圖的重要信息. 135
6.2.2 SLAM 建圖——激光SLAM. 136
6.3 無人機深度相機建圖. 137
6.3.1 無人機深度相機建圖的一般步驟 137
6.3.2 SLAM建圖——視覺SLAM 138
6.3.3 ORB-SLAM2 140
6.4 無人機自主避障 142
6.4.1 常見的避障技術 142
6.4.2 自主避障過程 143
6.4.3 路徑規劃算法.144
6.5 無人機智能識別 146
6.5.1 AI 智能識別的步驟、技術及限制 146
6.5.2 智能識別 147
6.6 無人機自主跟蹤 148
6.6.1 自主跟蹤 148
6.6.2 基於KCF 實現簡易的單目標追蹤程序 149
第7 章 實驗 152
7.1 基礎性操作：配置開發環境 152
7.2 基礎性操作：建立工程模板 161
7.3 基礎性實驗：蜂鳴器實驗 167
7.4 基礎性實驗：定時器中斷實驗 169
7.5 基礎性實驗：串口通信實驗. 173
7.6 拓展實踐：加速度計實驗 175
7.7 拓展實驗：IIC 通信實驗——磁力計 176
7.8 拓展實踐：無人機遙控飛行實驗 180
7.9 拓展實踐：無人機對軸平衡調試 183
7.10 拓展實踐：無人機定高飛行實驗 188
參考文獻 191
