多旋翼飛行器設計與控制

本書覆蓋了多旋翼飛行器設計的大部分內容，共十五章，包括多旋翼飛行器基礎知識、佈局、動力系統、建模、感知、控制和決策等部分。旨在將多旋翼飛行器工程實踐中應用的設計原則組織起來，並強調基礎概念的重要性，具有基礎性、實用性、綜合性和系統性等特點。本書可以用作高年級本科生以及研究生教材，或者作為該領域研究的入門指南，還可以作為多旋翼飛行器工程師的自學教材。另外，本書也可以作為其他無人飛行系統乃至無人系統的補充閱讀材料。

全权，北京航空航天大学副教授，博士，新加坡国立大学Research Fellow，已受邀为加拿大多伦多大学访问教授，获得北京航空航天大学蓝天新秀、北京市青年英才计划支撑。

目錄

第1 章緒論........................................................................... 1
1.1 基本概念..................................................................... 2
1.1.1 常見飛行器分類........................................................... 2
1.1.2 無人駕駛飛機和航空模型飛機..............................................4
1.2 多旋翼遙控和性能評估.......................................................5
1.2.1 遙控.....................................................................5
1.2.2 性能評估.................................................................9
1.2.3 瓶頸.................................................................11
1.3 多旋翼發展歷史.................................................................11
1.3.1 休眠期.................................................................12
1.3.2 復蘇期.................................................................13
1.3.3 發展期.................................................................14
1.3.4 活躍期.................................................................15
1.3.5 爆發期.................................................................16
1.3.6 評註................................................................. 19
1.4 本書的目的和寫作結構.................................................................19
1.4.1 本書的目的.................................................................19
1.4.2 寫作結構.................................................................20
習題1.................................................................23
參考文獻.................................................................23

第一篇設計篇

第2 章基本組成.................................................................... 28
2.1 總體介紹.................................................................... 29
2.2 機架.................................................................... 31
2.2.1 機身....................................................................31
2.2.2 起落架....................................................................32
2.2.3 涵道....................................................................32
2.3 動力系統.................................................................... 33
2.3.1 螺旋槳....................................................................33
2.3.2 電機....................................................................36
2.3.3 電調....................................................................39
2.3.4 電池....................................................................40
2.4 指揮控制系統....................................................................42
2.4.1 遙控器和接收機....................................................................42
2.4.2 自駕儀....................................................................44
2.4.3 地面站....................................................................47
2.4.4 數傳電台.................................................................... 47
本章小結......................................................................... 48
習題2..................................................................49
參考文獻......................................................................... 49

第3 章機架設計......................................................................... 50
3.1 佈局設計.................................................................... 51
3.1.1 機架佈局....................................................................51
3.1.2 氣動佈局....................................................................58
3.2 結構設計.................................................................... 59
3.2.1 機架結構設計原則....................................................................59
3.2.2 減振考慮....................................................................59
3.2.3 減噪考慮....................................................................61
本章小結......................................................................... 62
習題3......................................................................... 63
參考文獻......................................................................... 63
第4 章動力系統建模和估算....................................................................64
4.1 問題描述.................................................................... 65
4.2 動力系統建模....................................................................66
4.2.1 螺旋槳建模....................................................................66
4.2.2 電機建模....................................................................68
4.2.3 電調建模....................................................................69
4.2.4 電池建模....................................................................70
4.3 性能估算.................................................................... 70
4.3.1 求解問題1 .............................................................. 70
4.3.2 求解問題2 .............................................................. 71
4.3.3 求解問題3 .............................................................. 73
4.3.4 求解問題4 .............................................................. 74
4.4 實驗測試.................................................................... 76
4.5 附錄.................................................................... 77
4.5.1 求解螺旋槳拉力系數與轉矩系數的詳細步驟....................................................................77
4.5.2 求解電機等效電壓和電流的詳細步驟....................................................................79
本章小結......................................................................... 82
習題4....................................................................82
參考文獻......................................................................... 83

第二篇建模篇

第5章 坐標系和姿態表示........................................................... 88
5.1 坐標系....................................................................89
5.2 姿態表示.................................................................... 89
5.2.1 歐拉角....................................................................90
5.2.2 旋轉矩陣....................................................................93
5.2.3 四元數....................................................................95
本章小結........................................................................ 105
習題5 ........................................................................... 105
參考文獻........................................................................ 105
第6章 動態模型和參數測量....................................................................107
6.1 多旋翼控制模型....................................................................108
6.1.1 總體描述.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 108
6.1.2 多旋翼飛行控制剛體模型. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 109
6.1.3 控制效率模型. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .112
6.1.4 動力單元模型. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .114
6.2 多旋翼氣動阻力模型....................................................... 115
6.2.1 槳葉揮舞.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 115
6.2.2 多旋翼氣動阻力模型.................................................... 116
6.3 多旋翼模型參數測量....................................................... 117
6.3.1 重心位置.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 117
6.3.2 重量. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 118
6.3.3 轉動慣量.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 118
6.3.4 動力單元參數測量...................................................... 121
本章小結........................................................................ 125
習題6 ........................................................................... 125
參考文獻........................................................................ 125

第三篇 感知篇

第7章 傳感器標定和測量模型..................................................... 12

7.1 三軸加速度計.............................................................. 12
7.1.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 129
7.1.2 標定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 130
7.1.3 測量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 131
7.2 三軸陀螺儀.. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 132
7.2.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 132
7.2.2 標定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 132
7.2.3 測量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3 三軸磁力計.. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 135
7.3.2 標定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 135
7.4 超聲波測距儀.............................................................. 138
7.5 氣壓計. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .138
7.6 二維激光測距儀. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . 139
7.7 全球定位系統.............................................................. 141
7.7.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 141
7.7.2 標定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 143
7.7.3 測量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 143
7.7.4 補充：經緯度距離和航向計算............................................ 143
7.8 攝像機. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .144
7.8.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 144
7.8.2 測量模型.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 145
7.8.3 標定. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 147
7.8.4 工具箱. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 149
本章小結........................................................................ 150
習題7 ........................................................................... 150
參考文獻........................................................................ 150
第8章 可觀性和卡爾曼濾波器..................................................... 152
8.1 可觀性. . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .153
8.1.1 線性系統.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 153
8.1.2 連續時間非線性系統.................................................... 157
8.2 卡爾曼濾波器.............................................................. 161
8.2.1 目標. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. 161
8.2.2 預備知識.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 162
8.2.3 理論推導.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 162
8.2.4 多速率卡爾曼濾波器.................................................... 169
8.3 擴展卡爾曼濾波器. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . 169
8.3.1 基本原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 170
8.3.2 理論推導.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 170
8.3.3 隱式擴展卡爾曼濾波器.................................................. 172
本章小結........................................................................ 173
習題8 ........................................................................... 173
參考文獻........................................................................ 173

第9章 狀態估計....................................................................175
9.1 姿態估計................................................................... 176
9.1.1 測量原理.. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . . 176
9.1.2 線性互補濾波器........................................................ 179
9.1.3 非線性互補濾波器...................................................... 182
9.1.4 卡爾曼濾波器. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .183
9.2 位置估計................................................................... 184
9.2.1 基於GPS 的位置估計. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . 184
9.2.2 基於SLAM 的位置估計. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. 185
9.3 速度估計................................................................... 189
9.3.1 基於光流的速度估計方法. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . 189
9.3.2 基於氣動阻力模型的速度估計方法. . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 192
9.4 障礙估計................................................................... 194
9.4.1 延伸焦點計算. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .194
9.4.2 碰撞時間計算. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . .195
本章小結........................................................................ 197
習題9 ........................................................................... 197
參考文獻........................................................................ 198

第四篇 控制篇
第10 章穩定性和可控性........................................................... 202
10.1 穩定性定義.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 203
10.2 穩定性判據.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 205
10.2.1 多旋翼的穩定性....................................................... 205
10.2.2 穩定性的一些結果..................................................... 205
10.3 可控性基本概念. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 210
10.3.1 經典可控性. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 210
10.3.2 正可控性.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 210
10.4 多旋翼的可控性. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 212
10.4.1 多旋翼模型建立....................................................... 212
10.4.2 經典可控性. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 213
10.4.3 正可控性分析. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .214
10.4.4 多旋翼系統可控性..................................................... 216
10.4.5 進一步說明. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 220
10.5 附錄：引理10.1 的證明. .. .. . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 220
本章小結........................................................................ 221
習題10 .......................................................................... 222
參考文獻........................................................................ 223
第11章 底層飛行控制. . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . 225
11.1 多旋翼底層飛行控制框架................................................. 226
11.2 簡化的線性模型. .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . 227
11.3 位置控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 229
11.3.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 229
11.3.2 歐拉角作為輸出....................................................... 230
11.3.3 旋轉矩陣作為輸出..................................................... 234
11.4 姿態控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 237
11.4.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 237
11.4.2 基於歐拉角的姿態控制. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 237
11.4.3 基於旋轉矩陣的姿態控制. . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . 238
11.4.4 魯棒姿態控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .239
11.5 控制分配. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.5.1 基本概念.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.5.2 控制分配在自駕儀中的實現.. .. .. .. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 245
11.6 電機控制. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.6.1 閉環控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.6.2 開環控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 247
11.7 綜合模擬. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 248
11.7.1 控制目標和系統參數設置. . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . 248
11.7.2 基於歐拉角的姿態控制結合基於歐拉角的位置控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 248
11.7.3 基於旋轉矩陣的姿態控制結合基於旋轉矩陣的位置控制.. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 251
11.7.4 魯棒姿態控制. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .253
本章小結........................................................................ 253
習題11 .......................................................................... 254
參考文獻........................................................................ 255
第12章 基於半自主自駕儀的位置控制. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . 257
12.1 問題描述. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 258
12.1.1 帶有半自主自駕儀的多旋翼控制結構. . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 258
12.1.2 三通道模型. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 259
12.1.3 位置控制的目標....................................................... 260
12.2 系統辨識. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 260
12.2.1 系統辨識步驟和工具................................................... 260
12.2.2 系統辨識中用到的模型. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 262
12.3 位置控制器的設計. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . .265
12.3.1 PID控制器. . . . . . .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . 265
12.3.2 基於加性輸出分解的動態逆控制器.. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 265
12.4 模擬. . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. 266
12.4.1 系統辨識.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 268
12.4.2 控制. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 271
12.4.3 跟蹤性能對比. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .272
本章小結........................................................................ 274
習題12 .......................................................................... 275
參考文獻........................................................................ 275

第五篇 決策篇
第13章 任務決策.. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . 280
13.1 全自主控制.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 281
13.1.1 總體介紹.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 281
13.1.2 任務規劃.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 282
13.1.3 路徑規劃.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 284
13.2 半自主控制.. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . 293
13.2.1 半自主控制的三種模式. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 294
13.2.2 遙控. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. . 295
13.2.3 自動控制.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 296
13.2.4 遙控和自動控制間的切換邏輯. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. . 298
本章小結........................................................................ 299
習題13 .......................................................................... 300
參考文獻........................................................................ 300
第14章 健康評估和失效保護. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. . 302
14.1 決策的目的和意義. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . .303
14.2 安全問題. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 303
14.2.1 通信故障.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 304
14.2.2 傳感器失效. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . .. .. . 304
14.2.3 動力系統異常. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .305
14.3 健康評估. . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 306
14.3.1 飛行前健康檢查....................................................... 306
14.3.2 飛行中健康監測....................................................... 306
14.4 失效保護建議............................................................. 309
14.4.1 通信失效保護. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . .310
14.4.2 傳感器失效保護....................................................... 310
14.4.3 動力系統失效保護..................................................... 310
14.5 半自主自駕儀安全邏輯設計. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. . 311
14.5.1 需求描述.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 311
14.5.2 多旋翼狀態和飛行模式定義.. .. .. .. . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 312
14.5.3 事件定義.. .. .. .. . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . . . .. .. .. .. . . . . . . . 312
14.5.4 自駕儀邏輯設計....................................................... 314
本章小結........................................................................ 318
習題14 .......................................................................... 322
參考文獻........................................................................ 323

第15章 展望....................................................................... 327
15.1 相關技術發展............................................................. 328
15.1.1 動力技術....................................................................328
15.1.2 導航技術....................................................................329
15.1.3 交互技術....................................................................331
15.1.4 通信技術....................................................................331
15.1.5 芯片技術....................................................................331
15.1.6 軟件平臺技術....................................................................332
15.1.7 空中交通管理技術..................................................... 332
15.1.8 小結....................................................................333
15.2 需求和技術創新方向....................................................................333
15.2.1 創新層面....................................................................333
15.2.2 應用創新....................................................................333
15.2.3 性能創新....................................................................335
15.3 分析....................................................................338
15.3.1 風險....................................................................338
15.3.2 建議....................................................................338
15.4 機遇和挑戰....................................................................339
15.4.1 機遇....................................................................339
15.4.2 挑戰....................................................................339
參考文獻........................................................................ 340
附錄A 中英文專業詞匯對照表....................................................................345