多旋翼无人飞行器嵌入式飞控开发指南_林庆峰, 谌利, 奚海蛟编著_9787302472568

　　随着集成电路、微控制器以及微机电技术的发展，多旋翼无人飞行器的控制技术得到了蓬勃的发展。随着大疆、派诺特、3DR等国内外一系列无人机公司推出针对普通大众的消费级无人机产品，无人机作为一个普通消费应用也得到了大众的认可和接受，越来越多的工程技术人员将多旋翼无人飞行器作为一个经典的控制系统来进行学习和研究。本书主要围绕多旋翼无人机的飞控系统设计，从嵌入式的基础知识开始，深入浅出地介绍了无人机的基本知识和硬件构成，重点介绍了无人机的飞控系统原理、基础和开发流程，针对飞行器系统的状态解算介绍了几种不同的解算方法，并给出相应的实际代码例程。本书从各方面对无人机系统的设计进行阐述，并提供了前沿的知识和信息，既有初学者希望了解的基础知识，也有行业研究者所希望深入了解的算法分析，以及室内定位SLAM原理等。　　除了正文部分，本书还提供了丰富的附录，包括四旋翼无人机的组装、无刷电机与电调的相关知识、无人机实验室的相关研发调试设备，以及业界流行的开源飞控的相关知识，甚至包括无人机的相关应用，让读者能够更全面地熟悉和了解整个无人机行业的生态系统。　　本书特别适合作为高等院校自动化、计算机、电子工程等相关专业“多旋翼无人飞行器设计”课程的教材，也可供从事嵌入式系统开发与应用的工程技术人员参考。

　　前言
　　莱特兄弟发明飞机的17年后（即1920年），多旋翼无人飞行器诞生，此后便经历了漫长的沉默期和酝酿期。随着现代控制理论和技术的发展，以及集成电路、嵌入式微处理器和微机电技术的成功应用，在多旋翼飞行器软硬件和算法两方面均发展成熟的情况下，众多和无人机产业相关的公司如雨后春笋般涌现，同时风险投资等各类资本也都纷纷涌入无人机产业。随着多旋翼无人飞行器在民用及消费类市场的普及和应用，整个行业对无人机相关专业领域的人才需求也呈爆发式增长。无人机系统作为一个先进复杂的现代控制系统，涵盖了材料、通信、电子、控制、数字信号处理和传感器技术等各方面的专业技术应用，因此也需要各个专业领域的技术人才，很多高校也同时开设了相关专业。
　　现在，国内外与多旋翼无人飞行器相关的研究论文尤其是针对飞控系统的论文非常丰富，但是国内针对飞控系统的教材和书籍以介绍理论知识居多，偏向应用的资料不够丰富，而应用级别的教材书籍正是广大无人飞行器爱好者和基础研究人员迫切需要的资料。正是在这个背景下，北京航空航天大学的林庆峰老师与武汉飞航科技有限公司共同合作推出了这本开发指南，希望能够结合国内外的研究成果和各自的研究技术及产品，为业界提供一个基础学习和入门的资料。
　　本书为读者提供了可以从零基础开始学习的多旋翼无人飞行器的基础知识，包括无人机所涉及的机架、动力系统、飞控系统、遥控遥测系统、传感器、卫星导航定位系统、光流定位系统、无线图传系统和地面测控站等方面的基础知识，这些内容主要在第1章介绍，是针对航模爱好者与初学者的入门参考资料。需要了解飞控系统硬件设计的读者可以重点阅读第2章，该章深入浅出地介绍无人机飞控系统的硬件设计，处理器的选型和应用。在此基础上，读者可以进一步学习无人机飞控系统软件开发的详细流程与方法，包括嵌入式实时操作系统的相关知识、飞控系统的各种传感器的数据采集和处理、自动控制的核心（即控制系统的状态估计在无人机系统中的应用和开发），以及PID线性控制规律的设计核心方案，这些内容主要在第6章、第7章和第8章中介绍，这一部分也是本书的重点内容。此外，通过本书，读者还能够了解到无人机的自主导航的相关知识，包括室内导航和室外导航的一些核心知识，以及避障系统的相关介绍。本书还介绍了针对无人机地面测控站设计的核心技术、遥测数据链路的通信原理设计、飞控参数存储加载与更新以及其他一些辅助功能的相关介绍。此外，本书还对无人机飞控系统的应用调试与检测设备进行了详细的介绍，因此对于希望学习了解无人机飞控软件算法并且需要进行深入研究的读者和爱好者，本书都是一种非常有价值的参考书籍。
　　本书主要由北京航空航天大学林庆峰老师及武汉飞航科技有限公司研发人员编写而成，所有作者均有多年从事无人机设计研发及应用方面的经验。除三位主要作者的工作之外，本书还凝聚了武汉飞航科技有限公司技术团队的众多工程师的辛勤劳动，他们是徐凡、郑森林、徐仕斌、吴志雄、雷航、王飞、魏德明、毕野、杨金星、奚天麒、张玮和张伟，在此对他们一一表示感谢。此外，本书还得到了郑州航空工业管理学院电子通信工程学院的陈宇老师的支持和指导。本书所介绍和阐述的飞控系统和其他各部分无人机设备及检测设备均由武汉飞航科技有限公司提供，所介绍的实验案例均可在该公司的光标系列飞控设备上运行。
　　由于编者水平所限，并且时间仓促，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者批评指正。
　　编者2017年3月

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