无人机系统设计包括三个部分的无人机设计（车辆设计、自动驾驶仪设计和地面系统设计），该书使读者能够充分理解这一主题背后的科学，从而能够展示自己在应用这些概念方面的创造性。它教授学生和工程师所有的知识：无人机分类、设计组、设计要求、任务规划、概念设计、详细设计和设计程序。它使他们深入了解地面站、动力系统、推进系统、自动飞行控制系统、制导系统、导航系统以及发射和回收系统。学生还将学习有效载荷、制造注意事项、设计挑战、飞行软件、微控制器和设计示例。此外，该书主要强调自动飞行控制系统和自动驾驶仪。该书是本科高年级和研究生相关课程教材。

译者序
前言第1章设计基础
1.1引言
1.2无人飞行器的分类
1.3典型无人飞行器回顾
1.3.1“全球鹰”
1.3.2RQ-1A“捕食者”
1.3.3MQ-9“捕食者”B
“收割者”
1.3.4RQ-5A“猎人”
1.3.5RQ-7“影子200”
1.3.6RQ-2A“先锋”
1.3.7RQ-170“哨兵”
1.3.8X-45A无人战斗飞行器
1.3.9爱普生微型飞行机器人
1.4设计项目规划
1.5决策
1.6设计标准、目标和优先级
1.7可行性分析
1.8设计小组
1.9设计流程
1.10系统工程方法
1.11无人飞行器概念设计
1.12无人飞行器初步设计
1.13无人飞行器详细设计
1.14设计审查、评估和反馈
1.15无人飞行器设计步骤
简答题26第2章初步设计
2.1引言
2.2最大起飞重量估算
2.3重量组成
2.4有效载荷重量
2.5自动驾驶仪重量
2.6燃油重量
2.7电池重量
2.8空载重量
2.9机翼和发动机尺寸
2.10四旋翼飞行器构型
简答题
练习题48第3章设计规程
3.1引言
3.2气动特性设计
3.3结构设计
3.4推进系统设计
3.4.1通用设计指南
3.4.2电动机
3.5起落架设计
3.6机械和动力传动系统设计
3.7电气系统
3.7.1基础知识
3.7.2安全建议
3.7.3接线图
3.7.4电线的绝缘和屏蔽
3.7.5电池
3.7.6发电机
3.8操纵面设计
3.9安全分析
3.9.1设计方面的经验教训
3.9.2子系统和组件可能的
故障模式
3.10安装指南
3.10.1GPS和罗盘
3.10.2惯性测量单元
3.10.3电动机
简答题
设计题
练习题77第4章空气动力学设计
4.1引言
4.2空气动力学基础
4.3机翼设计
4.3.1机翼设计流程
4.3.2翼型选择和设计
4.3.3机翼设计方法
4.3.4机翼设计步骤
4.4尾翼设计
4.4.1设计流程
4.4.2尾翼构型
4.4.3水平尾翼设计方法
4.4.4水平尾翼投影面积和
尾翼力臂
4.4.5水平尾翼翼型
4.4.6水平尾翼安装角
4.4.7其他水平尾翼参数
4.5垂直尾翼设计
4.5.1参数
4.5.2垂直尾翼位置
4.5.3垂直尾翼力臂
4.5.4投影面积
4.5.5安装角
4.5.6其他垂直尾翼参数
4.5.7垂直尾翼设计方法
4.6机身设计
4.6.1机身设计基础
4.6.2机身内部布局
4.6.3自动驾驶仪舱
4.6.4最优长径比
4.6.5机身空气动力学
4.6.6放样
4.6.7机身设计步骤
4.7天线
索引
4.7.1固定天线
4.7.2雷达抛物面天线
4.7.3卫星通信天线
4.7.4天线设计/安装
4.8四旋翼飞行器空气
动力学设计
4.9空气动力学设计指南
简答题
练习题106第5章自动驾驶仪设计基础
5.1引言
5.1.1自动驾驶仪和操作人员
5.1.2自动驾驶仪的主要子系统
5.1.3自动驾驶仪设计或选择
5.2动力学建模
5.2.1建模方法
5.2.2基本模型
5.2.3传递函数
5.2.4状态空间表示
5.3气动力和气动力矩
5.3.1力和力矩方程
5.3.2稳定性和控制导数
5.3.3无量纲稳定性和控制导数
5.3.4有量纲稳定性和控制导数
5.3.5耦合稳定性导数
5.4动力学模型的简化
5.4.1线性化
5.4.2解耦
5.5固定翼无人飞行器
动力学模型
5.5.1非线性全耦合运动方程
5.5.2非线性半耦合运动方程
5.5.3非线性解耦运动方程
5.5.4线性耦合运动方程
5.5.5线性解耦运动方程
5.5.6重新表述的（非线性半耦合）
运动方程
5.5.7无动力滑翔运动方程
5.6动力学模型近似
5.6.1纯俯仰运动的近似
5.6.2纯滚转运动的近似
5.6.3纯偏航运动的近似
5.6.4纵向振荡模态的近似
5.7四旋翼（旋翼）飞行器
动力学模型
5.7.1四个电动机的总推力
5.7.2动力学模型
5.7.3简化动力学模型
5.8自动驾驶仪分类
5.8.1增稳系统
5.8.2保持功能
5.8.3导航功能
5.8.4指令增强系统
5.9飞行仿真：数值方法
5.9.1数值积分
5.9.2MATLAB和Simulink
5.9.3硬件在环仿真
5.10无人飞行器飞行品质
5.10.1基本原理
5.10.2分级、分类和可接受等级
5.10.3强度限制
5.11自动驾驶仪设计流程
简答题
练习题146第6章控制系统设计
6.1引言
6.2控制系统基础
6.2.1组成部分、概念和定义
6.2.2根轨迹法
6.2.3频域法
6.2.4控制器结构和控制结构
6.3伺服器和执行机构
6.3.1专有名词
6.3.2电动机
6.3.3液压执行机构
6.3.4延迟
6.3.5饱和
6.4飞行控制要求
6.4.1纵向控制要求
6.4.2横向控制要求
6.4.3航向控制要求
6.5控制模式
6.5.1耦合控制模式
6.5.2巡航控制
6.5.3俯仰姿态保持
6.5.4机翼水平调整器
6.5.5偏航阻尼器
6.5.6自动着陆
6.5.7转弯协调仪
6.6控制器设计
6.6.1PID控制器
6.6.2最优控制：LQR
6.6.3增益调度
6.6.4鲁棒控制
6.6.5数字控制
6.7自主
6.7.1分类
6.7.2感知和避障
6.7.3自动回收
6.7.4故障监测
6.7.5智能飞行规划
6.8有人无人飞行器协同
6.8.1协同的需求
6.8.2协同问题表述
6.8.3决策过程
6.8.4协同通信流程
6.8.5协同规则
6.9控制系统设计流程
简答题
练习题189第7章制导系统设计
7.1引言
7.2基础知识
7.2.1制导过程
7.2.2制导系统组成部分
7.2.3制导组件
7.2.4目标探测
7.2.5移动目标跟踪
7.3制导律
7.4指令制导律
7.5PN制导律
7.6追踪制导律
7.7路径点制导律
7.7.1路径点
7.7.2路径点制导的类型
7.7.

译者序
无人飞行系统作为一个复杂、庞大的技术体系，集
飞行器设计，导航、制导与控制，通信系统，计算机应
用技术等学科于一体，是科技创新的集中体现。无人飞
行系统能够自主感知并自主决策，相互之间可以协同执
行任务，具有环境适应能力强、自主程度高、非接触、
零伤亡、可长时间工作的特点，在军事和民用领域中具
有广阔的应用前景，是近年来世界各国高度重视的新技
术、新方向。
本书作者Sadraey博士是美国南新罕布什尔大学航
空工程专业的副教授，同时也是飞行器设计领域的知名
学者，从业25年间出版了多本学术专著。本书汇聚了作
者近年来最新科研成果，从系统的角度对无人飞行系统
的设计和分析进行了全面的介绍，涵盖了无人飞行系统
设计的三大主要部分：飞行器设计、自动驾驶仪（即导
航、制导与控制系统）设计和地面系统设计。相比目前
大多数国内已有的无人飞行系统设计专著，本书具有内
容完备、案例翔实、实用性强、适用范围广等特点。首
先，本书涵盖了无人飞行系统设计所需的全部要素，包
括设计人员分工、设计指标选定、无人飞行器设计、发
射和回收系统设计、有效载荷选择以及总体性能分析。
其次，在导航、制导与控制系统设计部分均用真实无人
飞行器的设计案例验证所学理论。最后，分别以C语言
和MATLAB语言的形式给出了嵌入式设备的源代码和数值
仿真程序，对于工程实践具有很强的借鉴意义。每一章
的结尾提供了相应的习题关于教辅资源，凡使用本书
作为教材的教师可登陆机械工业出版社教育服务网
www.cmpedu.com注册后下载。，便于读者巩固所学
知识。
翻译本书的目的是为国内从事无人飞行系统设计工
作的科技工作者提供一本有益的参考书和工具书，为从
事无人飞行系统设计教学的同行提供一本优秀的教材。
衷心感谢本书作者、Wiley出版社以及机械工业出版社
的信任，尤其感谢机械工业出版社朱捷编辑的大力支持
。本书翻译工作由北京理工大学飞行器控制系统实验室
的师生共同完成。前言、缩略语、参数命名、第8～10
章由博士后石忠佼翻译；第1～5章由研究生程喆坤翻译
；第6章和第7章由研究生朱化杰翻译；第11章和第12章
由研究生赵辰悦翻译；第13章和第14章由研究生孙义翻
译。全书审校工作由石忠佼负责。
译者十分珍惜翻译此书的机会，在翻译过程中尽可
能复原作者要表达的设计理念，并结合国内的工程习惯
斟酌专业词汇和语句。但由于水平有限，书中难免有疏
漏和不妥之处，欢迎广大读者批评指正。
译者
2021年6月于北京前言