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第1章 制导导航与控制概述1

1.1 飞行器的制导导航与控制1

1.2 GNC的任务和方式2

1.2.1 导航的任务和方式2

1.2.2 制导的任务和方式4

1.2.3 控制的任务和方式5

1.3 典型飞行器的制导控制6

1.3.1 导弹的制导控制6

1.3.2 有人飞机的制导控制7

1.3.3 航天器的制导控制8

1.3.4 航天飞机的制导控制9

1.4 无人机制导控制的新问题10

1.5 本书内容安排11

第2章 无人机系统的制导控制特点13

2.1 无人机系统概况13

2.1.1 理解无人机系统13

2.1.2 无人机系统的组成14

2.2 无人机系统的“机—站—人—链”控制结构16

2.2.1 无人机系统的闭环信息结构16

2.2.2 无人机平台的制导控制回路17

2.2.3 无人机系统的操控方式18

2.3 攻击无人机的制导控制19

2.3.1 攻击无人机的制导特点19

2.3.2 攻击无人机的飞行控制19

2.4 临近空间无人机系统的制导控制20

2.4.1 临近空间无人机的控制特点21

2.4.2 临近空间无人机系统的自主控制22

2.4.3 先进无人机的自主控制等级22

2.5 空天无人机系统的制导控制24

2.5.1 空天无人机X-37B24

2.5.2 空天无人机的飞行特点25

2.5.3 空天无人机的制导控制特点26

2.6 无人机系统制导控制的发展方向27

第3章 无人机的飞行运动模型29

3.1 空气动力学基础29

3.1.1 空气动力学的部分概念29

3.1.2 连续性定理与伯努利方程32

3.2 坐标系及无人机的运动参数33

3.2.1 常用坐标系定义33

3.2.2 无人机的运动参数35

3.2.3 常用坐标系之间的转换36

3.3 无人机的操纵面和机翼翼型38

3.3.1 操纵面与偏转极性38

3.3.2 翼型与机翼的参数39

3.4 无人机上作用的外力与外力矩40

3.4.1 纵向力及力矩40

3.4.2 横侧向力及力矩47

3.5 无人机的飞行运动方程52

3.5.1 动力学方程53

3.5.2 运动学方程56

3.6 运动方程的小扰动线性化58

3.6.1 小扰动线性化原理58

3.6.2 运动方程的线性化处理59

3.6.3 无人机的线性状态方程组62

3.7 航模无人机的线性运动方程63

第4章 制导方式与导引控制原理65

4.1 无人飞行器的制导方式65

4.1.1 自主制导技术66

4.1.2 遥控制导技术66

4.1.3 寻的制导技术67

4.1.4 复合制导方式70

4.2 航线飞行的导引控制原理71

4.3 寻的制导的导引控制原理72

4.3.1 相对运动关系描述73

4.3.2 追踪导引法74

4.3.3 平行接近导引法76

4.3.4 比例导引法77

4.4 遥控制导的导引控制原理80

4.5 空天无人飞行器制导控制原理82

4.5.1 空天飞行器及其制导控制82

4.5.2 轨道机动过程的制导控制83

4.5.3 离轨再入过程的制导控制85

4.5.4 能量管理过程的制导控制90

4.5.5 返场着陆阶段的制导控制91

第5章 无人机纵向运动的稳定与控制94

5.1 无人机纵向运动特性分析94

5.1.1 纵向特征方程与模态94

5.1.2 纵向运动的传递函数96

5.2 纵向姿态的稳定与控制97

5.2.1 俯仰角的控制原理98

5.2.2 俯仰角控制律设计99

5.2.3 俯仰角控制律增益设计102

5.3 飞行高度的稳定与控制106

5.3.1 飞行高度控制原理106

5.3.2 飞行高度控制律设计107

5.3.3 高度控制律增益设计109

5.3.4 自动着陆段的纵向控制方案110

5.4 飞行速度的稳定与控制112

5.4.1 飞行速度控制原理112

5.4.2 飞行速度控制律设计113

5.4.3 速度控制律增益设计115

第6章 无人机横侧向运动的稳定与控制117

6.1 无人机横侧向运动特性分析117

6.1.1 横侧向特征方程与模态117

6.1.2 横侧向运动的传递函数121

6.2 滚转角的稳定与控制122

6.2.1 滚转角的控制原理122

6.2.2 滚转角控制律设计123

6.2.3 滚转角控制律增益设计123

6.3 航向角的稳定与控制126

6.3.1 航向角控制原理126

6.3.2 航向角控制律设计128

6.3.3 航向角控制律增益设计129

6.3.4 荷兰滚阻尼器131

6.4 侧向偏离的稳定与控制133

6.4.1 侧向偏离控制原理133

6.4.2 侧向偏离控制律设计134

6.4.3 侧向偏离控制律增益设计135

6.4.4 自动着陆段的横侧向控制137

第7章 制导控制系统的实现139

7.1 制导控制系统结构原理139

7.2 制导控制计算机141

7.2.1 硬件结构141

7.2.2 软件组成142

7.3 敏感装置143

7.3.1 大气参数测量装置143

7.3.2 角速度传感器145

7.3.3 航向姿态角测量装置146

7.3.4 导航定位装置147

7.4 执行机构149

7.4.1 舵机的基本类型149

7.4.2 舵机的开环特性150

7.4.3 舵回路特性151

第8章 无人机编队飞行的制导控制153

8.1 无人机编队控制结构153

8.1.1 集中式体系结构153

8.1.2 分布式体系结构154

8.1.3 分层式体系结构154

8.2 无人机编队保持控制155

8.2.1 编队保持问题建模155

8.2.2 分布式编队控制总体结构158

8.2.3 基于NMPC的编队机动指令决策158

8.3 无人机编队重构控制161

8.3.1 编队重构制导控制框架161

8.3.2 无人机编队重构机动指令决策模型162

8.3.3 基于DMPC的编队重构机动指令求解164

8.4 无人机编队控制仿真165

8.4.1 编队保持控制仿真165

8.4.2 编队重构控制仿真167

第9章 无人机协同跟踪的制导控制170

9.1 协同跟踪控制问题描述170

9.1.1 协同保距跟踪的基本内涵170

9.1.2 双机协同跟踪的制导要求170

9.2 协同保距跟踪的制导原理171

9.2.1 相对距离的制导控制171

9.2.2 观测角的制导控制172

9.3 无人机协同跟踪仿真实验173

9.3.1 对匀速直线运动目标的协同跟踪173

9.3.2 对S形机动目标的协同跟踪174

参考文献175