無人系統(tǒng) 環(huán)境感知 規(guī)劃控制與集群智能

第1章　無人系統(tǒng)概述 1
1.1　無人系統(tǒng)的概念　1
1.2　無人系統(tǒng)的應用　2
1.3　發(fā)展無人系統(tǒng)的意義　3
1.4　無人系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢　5

第2章　無人系統(tǒng)的動力系統(tǒng)　6
2.1　無人車的動力系統(tǒng)　6
2.2　無人機的動力系統(tǒng)　8
2.3　無人艇的動力系統(tǒng)　14
2.3.1　無人艇的推進方式　14
2.3.2　常見的無人艇動力系統(tǒng)　15

第3章　無人系統(tǒng)的通信系統(tǒng)　18
3.1　無人系統(tǒng)通信系統(tǒng)應具備的功能　18
3.2　無人系統(tǒng)常用的通信手段　20
3.2.1　無人車的通信系統(tǒng)　20
3.2.2　無人機的通信系統(tǒng)　20
3.2.3　無人艇的通信系統(tǒng)　21
3.2.4　無人潛航器的通信系統(tǒng)　22
3.3　適用于無人系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡　22
3.3.1　移動自組織網(wǎng)絡　22
3.3.2　無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡　28
3.3.3　移動自組織網(wǎng)絡與無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡的主要區(qū)別　34

第4章　無人系統(tǒng)的任務載荷　35
4.1　無人車的任務載荷　35
4.1.1　光電載荷　35
4.1.2　穿墻雷達　36
4.1.3　遙控消防水炮　37
4.1.4　工程機械設備　38
4.1.5　機械臂　38
4.1.6　氣象設備　40
4.1.7　CBRN探測設備　41
4.1.8　武器系統(tǒng)　42
4.2　無人機的任務載荷　43
4.2.1　光電吊艙　43
4.2.2　激光雷達　45
4.2.3　多光譜照相機　46
4.2.4　合成孔徑雷達　47
4.2.5　氣體檢測儀　48
4.2.6　雷達生命探測儀　49
4.2.7　播撒系統(tǒng)　50
4.2.8　聲光設備　51
4.2.9　應答器　52
4.3　無人艇的任務載荷　53
4.3.1　光電載荷　53
4.3.2　激光雷達　54
4.3.3　前視聲吶　55
4.3.4　側掃聲吶　55
4.3.5　淺地層剖面儀　56
4.3.6　多波束測深系統(tǒng)　57
4.3.7　合成孔徑聲吶　57
4.3.8　水文監(jiān)測傳感器　58
4.3.9　吊放絞車　60
4.4　無人系統(tǒng)任務載荷的未來發(fā)展趨勢　61

第5章　無人系統(tǒng)的操控終端　62
5.1　操控終端的基本組成和功能　62
5.2　操控終端涉及的關鍵技術　64
5.3　無人車的操控終端　65
5.3.1　車載式操控終端　65
5.3.2　便攜式操控終端　67
5.3.3　手持式操控終端　68
5.3.4　穿戴式操控終端　68
5.4　無人機地面站　69
5.4.1　軍用級無人機地面站　70
5.4.2　行業(yè)級無人機地面站　72
5.4.3　消費級無人機地面站　75
5.4.4　通用化無人機地面站軟件　76
5.5　無人艇的操控終端　77
5.5.1　固定式控制基站　77
5.5.2　便攜式操控終端　78
5.5.3　手持式遙控器　79
5.6　多平臺集群操控終端　80
5.6.1　無人機集群控制系統(tǒng)　81
5.6.2　空地異構無人平臺控制系統(tǒng)　83
5.6.3　海上多域無人平臺控制系統(tǒng)　85
5.7　輔助操控系統(tǒng)　86
5.7.1　立體視覺顯示系統(tǒng)　87
5.7.2　基于彩色測距的士兵臨場感系統(tǒng)　87
5.7.3　駕駛員感知和變化監(jiān)測系統(tǒng)　88
5.7.4　裝甲透視系統(tǒng)　90
5.7.5　超遠程無人平臺控制系統(tǒng)　91
5.7.6　腦機接口操控系統(tǒng)　91
5.7.7　手勢控制系統(tǒng)　92
5.7.8　虛擬現(xiàn)實設備　93
5.8　無人系統(tǒng)操控終端的未來發(fā)展趨勢　94

第6章　無人系統(tǒng)的仿真測試　95
6.1　主要的智能機器人仿真軟件　95
6.1.1　Gazebo　96
6.1.2　Webots　96
6.1.3　CoppeliaSim　98
6.2　主要的地面自動駕駛仿真軟件　100
6.2.1　基于真實采集數(shù)據(jù)的自動駕駛仿真軟件　101
6.2.2　基于模擬生成數(shù)據(jù)的自動駕駛仿真軟件　102
6.2.3　基于虛實合成數(shù)據(jù)的自動駕駛仿真軟件　109
6.3　無人機軟件在環(huán)仿真　113
6.3.1　APM/PX4　113
6.3.2　XTDrone　115
6.4　主要的水中無人平臺仿真軟件　116
6.5　仿真軟件需要重點關注的方向　118

第7章　無人系統(tǒng)的環(huán)境感知　120
7.1　定位導航　121
7.1.1　全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)　121
7.1.2　慣性導航系統(tǒng)　124
7.1.3　組合導航系統(tǒng)　125
7.1.4　SLAM及應用　125
7.2　單傳感器環(huán)境感知　127
7.2.1　相機與視覺感知經(jīng)典算法　127
7.2.2　激光雷達　138
7.2.3　毫米波雷達　146
7.2.4　其他傳感器　157
7.3　多模態(tài)信息融合SLAM　164
7.3.1　多模態(tài)信息融合技術的層次與分類原則　164
7.3.2　多特征基元融合　165
7.3.3　多傳感器融合　170
7.3.4　多維度信息融合　173

第8章　無人系統(tǒng)的運動規(guī)劃與行為決策　176
8.1　無人系統(tǒng)運動規(guī)劃　176
8.1.1　傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法　177
8.1.2　基于采樣的路徑規(guī)劃算法　180
8.1.3　運動規(guī)劃算法原理　183
8.1.4　智能運動規(guī)劃　185
8.1.5　運動規(guī)劃算法的發(fā)展趨勢　187
8.2　無人系統(tǒng)行為決策　188
8.2.1　無人系統(tǒng)的軌跡預測　189
8.2.2　基于規(guī)則的行為決策　193
8.2.3　基于馬爾可夫決策過程的行為決策　194

第9章　無人系統(tǒng)的自主控制　197
9.1　無人系統(tǒng)自主控制概述　197
9.1.1　自主無人控制系統(tǒng)簡介　197
9.1.2　自主控制的相關概念　199
9.2　無人系統(tǒng)運動模型　199
9.2.1　無人機動力學模型　200
9.2.2　無人車運動學模型　202
9.2.3　無人艇模型　206
9.3　無人系統(tǒng)運動控制　209
9.3.1　參考軌跡的生成　210
9.3.2　線性控制　211
9.3.3　無人機系統(tǒng)運動控制　215
9.3.4　無人車系統(tǒng)運動控制　224
9.3.5　無人艇系統(tǒng)運動控制　229
9.4　無人系統(tǒng)安全控制　237
9.4.1　無人機系統(tǒng)安全控制　238
9.4.2　無人車系統(tǒng)安全控制　240
9.4.3　無人艇系統(tǒng)安全控制　243

第10章　無人系統(tǒng)集群　248
10.1　無人系統(tǒng)集群概述　248
10.1.1　無人系統(tǒng)集群的定義及特點　248
10.1.2　無人系統(tǒng)集群的優(yōu)勢　249
10.1.3　無人系統(tǒng)集群的異構性　250
10.1.4　典型的無人系統(tǒng)集群　251
10.2　無人系統(tǒng)集群的建?！?52
10.2.1　同構無人系統(tǒng)集群模型　252
10.2.2　異構無人系統(tǒng)集群模型　253
10.2.3　生物學啟發(fā)模型　255
10.3　無人系統(tǒng)集群的協(xié)同運動與路徑規(guī)劃　256
10.3.1　無人系統(tǒng)集群的協(xié)同運動方式　261
10.3.2　圖分解法　263
10.3.3　基于采樣的方法　264
10.3.4　基于數(shù)學優(yōu)化的方法　266
10.3.5　基于生物啟發(fā)的方法　267
10.4　無人系統(tǒng)集群的協(xié)同控制　267
10.4.1　無人系統(tǒng)集群協(xié)同控制要素　268
10.4.2　無人機集群協(xié)同控制　269
10.4.3　無人車集群協(xié)同控制　271
10.4.4　無人艇集群協(xié)同控制　277
10.5　其他集群行為　281
10.5.1　智能交互　281
10.5.2　集群感知　281

參考文獻　283