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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-37B 24

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