無(wú)人系統(tǒng) 環(huán)境感知 規(guī)劃控制與集群智能

第1章　無(wú)人系統(tǒng)概述 1
1.1　無(wú)人系統(tǒng)的概念　1
1.2　無(wú)人系統(tǒng)的應(yīng)用　2
1.3　發(fā)展無(wú)人系統(tǒng)的意義　3
1.4　無(wú)人系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)　5

第2章　無(wú)人系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)　6
2.1　無(wú)人車的動(dòng)力系統(tǒng)　6
2.2　無(wú)人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)　8
2.3　無(wú)人艇的動(dòng)力系統(tǒng)　14
2.3.1　無(wú)人艇的推進(jìn)方式　14
2.3.2　常見(jiàn)的無(wú)人艇動(dòng)力系統(tǒng)　15

第3章　無(wú)人系統(tǒng)的通信系統(tǒng)　18
3.1　無(wú)人系統(tǒng)通信系統(tǒng)應(yīng)具備的功能　18
3.2　無(wú)人系統(tǒng)常用的通信手段　20
3.2.1　無(wú)人車的通信系統(tǒng)　20
3.2.2　無(wú)人機(jī)的通信系統(tǒng)　20
3.2.3　無(wú)人艇的通信系統(tǒng)　21
3.2.4　無(wú)人潛航器的通信系統(tǒng)　22
3.3　適用于無(wú)人系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)　22
3.3.1　移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)　22
3.3.2　無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)　28
3.3.3　移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別　34

第4章　無(wú)人系統(tǒng)的任務(wù)載荷　35
4.1　無(wú)人車的任務(wù)載荷　35
4.1.1　光電載荷　35
4.1.2　穿墻雷達(dá)　36
4.1.3　遙控消防水炮　37
4.1.4　工程機(jī)械設(shè)備　38
4.1.5　機(jī)械臂　38
4.1.6　氣象設(shè)備　40
4.1.7　CBRN探測(cè)設(shè)備　41
4.1.8　武器系統(tǒng)　42
4.2　無(wú)人機(jī)的任務(wù)載荷　43
4.2.1　光電吊艙　43
4.2.2　激光雷達(dá)　45
4.2.3　多光譜照相機(jī)　46
4.2.4　合成孔徑雷達(dá)　47
4.2.5　氣體檢測(cè)儀　48
4.2.6　雷達(dá)生命探測(cè)儀　49
4.2.7　播撒系統(tǒng)　50
4.2.8　聲光設(shè)備　51
4.2.9　應(yīng)答器　52
4.3　無(wú)人艇的任務(wù)載荷　53
4.3.1　光電載荷　53
4.3.2　激光雷達(dá)　54
4.3.3　前視聲吶　55
4.3.4　側(cè)掃聲吶　55
4.3.5　淺地層剖面儀　56
4.3.6　多波束測(cè)深系統(tǒng)　57
4.3.7　合成孔徑聲吶　57
4.3.8　水文監(jiān)測(cè)傳感器　58
4.3.9　吊放絞車　60
4.4　無(wú)人系統(tǒng)任務(wù)載荷的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)　61

第5章　無(wú)人系統(tǒng)的操控終端　62
5.1　操控終端的基本組成和功能　62
5.2　操控終端涉及的關(guān)鍵技術(shù)　64
5.3　無(wú)人車的操控終端　65
5.3.1　車載式操控終端　65
5.3.2　便攜式操控終端　67
5.3.3　手持式操控終端　68
5.3.4　穿戴式操控終端　68
5.4　無(wú)人機(jī)地面站　69
5.4.1　軍用級(jí)無(wú)人機(jī)地面站　70
5.4.2　行業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)地面站　72
5.4.3　消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)地面站　75
5.4.4　通用化無(wú)人機(jī)地面站軟件　76
5.5　無(wú)人艇的操控終端　77
5.5.1　固定式控制基站　77
5.5.2　便攜式操控終端　78
5.5.3　手持式遙控器　79
5.6　多平臺(tái)集群操控終端　80
5.6.1　無(wú)人機(jī)集群控制系統(tǒng)　81
5.6.2　空地異構(gòu)無(wú)人平臺(tái)控制系統(tǒng)　83
5.6.3　海上多域無(wú)人平臺(tái)控制系統(tǒng)　85
5.7　輔助操控系統(tǒng)　86
5.7.1　立體視覺(jué)顯示系統(tǒng)　87
5.7.2　基于彩色測(cè)距的士兵臨場(chǎng)感系統(tǒng)　87
5.7.3　駕駛員感知和變化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)　88
5.7.4　裝甲透視系統(tǒng)　90
5.7.5　超遠(yuǎn)程無(wú)人平臺(tái)控制系統(tǒng)　91
5.7.6　腦機(jī)接口操控系統(tǒng)　91
5.7.7　手勢(shì)控制系統(tǒng)　92
5.7.8　虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備　93
5.8　無(wú)人系統(tǒng)操控終端的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)　94

第6章　無(wú)人系統(tǒng)的仿真測(cè)試　95
6.1　主要的智能機(jī)器人仿真軟件　95
6.1.1　Gazebo　96
6.1.2　Webots　96
6.1.3　CoppeliaSim　98
6.2　主要的地面自動(dòng)駕駛仿真軟件　100
6.2.1　基于真實(shí)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)駕駛仿真軟件　101
6.2.2　基于模擬生成數(shù)據(jù)的自動(dòng)駕駛仿真軟件　102
6.2.3　基于虛實(shí)合成數(shù)據(jù)的自動(dòng)駕駛仿真軟件　109
6.3　無(wú)人機(jī)軟件在環(huán)仿真　113
6.3.1　APM/PX4　113
6.3.2　XTDrone　115
6.4　主要的水中無(wú)人平臺(tái)仿真軟件　116
6.5　仿真軟件需要重點(diǎn)關(guān)注的方向　118

第7章　無(wú)人系統(tǒng)的環(huán)境感知　120
7.1　定位導(dǎo)航　121
7.1.1　全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)　121
7.1.2　慣性導(dǎo)航系統(tǒng)　124
7.1.3　組合導(dǎo)航系統(tǒng)　125
7.1.4　SLAM及應(yīng)用　125
7.2　單傳感器環(huán)境感知　127
7.2.1　相機(jī)與視覺(jué)感知經(jīng)典算法　127
7.2.2　激光雷達(dá)　138
7.2.3　毫米波雷達(dá)　146
7.2.4　其他傳感器　157
7.3　多模態(tài)信息融合SLAM　164
7.3.1　多模態(tài)信息融合技術(shù)的層次與分類原則　164
7.3.2　多特征基元融合　165
7.3.3　多傳感器融合　170
7.3.4　多維度信息融合　173

第8章　無(wú)人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與行為決策　176
8.1　無(wú)人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃　176
8.1.1　傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法　177
8.1.2　基于采樣的路徑規(guī)劃算法　180
8.1.3　運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法原理　183
8.1.4　智能運(yùn)動(dòng)規(guī)劃　185
8.1.5　運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法的發(fā)展趨勢(shì)　187
8.2　無(wú)人系統(tǒng)行為決策　188
8.2.1　無(wú)人系統(tǒng)的軌跡預(yù)測(cè)　189
8.2.2　基于規(guī)則的行為決策　193
8.2.3　基于馬爾可夫決策過(guò)程的行為決策　194

第9章　無(wú)人系統(tǒng)的自主控制　197
9.1　無(wú)人系統(tǒng)自主控制概述　197
9.1.1　自主無(wú)人控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介　197
9.1.2　自主控制的相關(guān)概念　199
9.2　無(wú)人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型　199
9.2.1　無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型　200
9.2.2　無(wú)人車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型　202
9.2.3　無(wú)人艇模型　206
9.3　無(wú)人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制　209
9.3.1　參考軌跡的生成　210
9.3.2　線性控制　211
9.3.3　無(wú)人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制　215
9.3.4　無(wú)人車系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制　224
9.3.5　無(wú)人艇系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制　229
9.4　無(wú)人系統(tǒng)安全控制　237
9.4.1　無(wú)人機(jī)系統(tǒng)安全控制　238
9.4.2　無(wú)人車系統(tǒng)安全控制　240
9.4.3　無(wú)人艇系統(tǒng)安全控制　243

第10章　無(wú)人系統(tǒng)集群　248
10.1　無(wú)人系統(tǒng)集群概述　248
10.1.1　無(wú)人系統(tǒng)集群的定義及特點(diǎn)　248
10.1.2　無(wú)人系統(tǒng)集群的優(yōu)勢(shì)　249
10.1.3　無(wú)人系統(tǒng)集群的異構(gòu)性　250
10.1.4　典型的無(wú)人系統(tǒng)集群　251
10.2　無(wú)人系統(tǒng)集群的建模　252
10.2.1　同構(gòu)無(wú)人系統(tǒng)集群模型　252
10.2.2　異構(gòu)無(wú)人系統(tǒng)集群模型　253
10.2.3　生物學(xué)啟發(fā)模型　255
10.3　無(wú)人系統(tǒng)集群的協(xié)同運(yùn)動(dòng)與路徑規(guī)劃　256
10.3.1　無(wú)人系統(tǒng)集群的協(xié)同運(yùn)動(dòng)方式　261
10.3.2　圖分解法　263
10.3.3　基于采樣的方法　264
10.3.4　基于數(shù)學(xué)優(yōu)化的方法　266
10.3.5　基于生物啟發(fā)的方法　267
10.4　無(wú)人系統(tǒng)集群的協(xié)同控制　267
10.4.1　無(wú)人系統(tǒng)集群協(xié)同控制要素　268
10.4.2　無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制　269
10.4.3　無(wú)人車集群協(xié)同控制　271
10.4.4　無(wú)人艇集群協(xié)同控制　277
10.5　其他集群行為　281
10.5.1　智能交互　281
10.5.2　集群感知　281

參考文獻(xiàn)　283