前言 

近些年来，世界各国的学术团体和军事机构对无人系统的研究与开发极其关注，无人系统（如无人飞行器、水下探测器、卫星和智能机器人等）在军事与民用领域均具有广泛的应用前景。研究和开发无人系统存在着颇多挑战，无人系统需要处理复杂与不确定环境引起的各种情形，如未预期的障碍、敌人的攻击和设备故障等； 除此之外，无人系统还需要与地面技术人员之间的通信以及考虑各种各样的因素，其控制系统既要集成基本的输入输出控制律，还要拥有决策与任务规划等高级功能，其软件系统必须具备执行从硬件驱动到设备操作管理、从传统的输入输出控制律实现到任务规划和事件管理的全部任务。

本专著旨在探索全功能小型无人旋翼飞行器的研究与开发，这类无人系统一般由一架装配必备机载配件的小型旋翼飞行器和一台地面站组成，是通信、计算和控制领域先进技术的综合体，也是测试与实现现代控制技术极好的实验平台，然而，其开发过程也是极其具有挑战性的。小型旋翼飞行器，如航模直升机，其飞行动力学特性与同类大型飞行器相似，但却拥有其自身独有的特性，如装配稳定杆、旋翼刚性大和内嵌偏航角速率反馈控制等，除此之外，有限的载荷量也增加了从小型旋翼飞行器升级成全功能无人飞行器的难度。根据其各种特性与限制，需要精心设计一套重量轻且有效的机载系统，配备相应的机载与地面站软件，以满足系统辨识和自动飞行的需求，本书将详细讨论这些问题。本专著还突出强调了基于视觉的地面目标跟踪、协同控制和多机编队飞行等技术的研究。

本书面向的读者包括旋翼飞行器工业领域的工程师和无人航空器系统开发相关领域的研究人员，需要的背景知识包括空气动力学、控制工程、电气工程和机械工程领域的一些大学高年级或研究生一年级水平的课程。

本书的作者感谢新加坡国立大学无人机研究团队的全体成员，他们是林峰博士、彭可茂博士、董苗波博士、云奔博士、董翔续、郑晓练、王飞、赵世钰、范瑞靖、洪宗耀、崔金强和林静，感谢他们的帮助与贡献。特别感谢林峰博士对第11章的贡献。

感谢我们的合作者和访问我们的诸多学者，从他们身上我们学到了许多，感谢他们宝贵的贡献、建议和意见，特别感谢新加坡国立大学林继耀博士和林海博士、新加坡DSO 国家实验室陈昶博士、清华大学郑大钟教授、山东聊城大学孙群教授、厦门大学罗德林教授、北京航空航天大学段海滨教授、南京理工大学蔡晨晓教授、新加坡南洋理工大学谢立华教授、加拿大不列颠哥伦比亚大学Clarence de Silva 教授、美国德州大学阿灵顿分校Frank Lewis 教授、美国海军研究生学院康伟教授、美国空军研究实验室Siva Banda 博士。

本书的第二作者特别感谢新加坡国防科技局2003 年颁发给他的淡马锡青年研究奖以及资助的有关无人系统研究的启动基金，也感谢新加坡国立大学淡马锡国防系统研究所和淡马锡实验室多年来的资助，感谢新加坡国立大学电气与计算机工程系和淡马锡实验室，为我们的无人机和相关研究活动提供了理想的工作环境。

最后，衷心感谢我们的家人在本书撰写过程中做出的牺牲、理解与鼓励，理所当然要把本书献给我们的家人和我们的无人机研究团队。

新加坡国立大学

蔡国玮、陈本美、李崇兴、王彪

2012年5月