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第1章 无人机系统发展简史1

1.1 起源1

1.2 有效控制的需求2

1.3 无线电和自动驾驶仪2

1.4 航空鱼雷：首架现代无人机（1918年3月6日）3

1.5 无人靶机4

1.6 第二次世界大战期间美国海军的无人攻击机6

1.7 第二次世界大战期间德国的V-1“蜂鸣”飞弹（Buzz Bomb）8

1.8 第二次世界大战期间德国的“槲寄生”（Mistletoe）9

1.9 早期无人侦察机9

1.10 雷达诱饵：20世纪50年代至70年代10

1.11 远程侦察无人机系统：20世纪60年代至70年代10

1.12 首架无人直升机系统：20世纪60年代至70年代11

1.13 寻求自主操作11

1.14 双尾桁推进式无人机的诞生12

1.15 沙漠风暴：1991年13

1.16 克服飞行员的偏见14

1.17 无人机系统会取代有人机吗？15

思考题15

参考文献15

第2章 无人机系统的组成16

2.1 无人机系统（UAS）的组成16

2.2 遥控驾驶飞行器（RPA）16

2.2.1 固定翼17

2.2.2 垂直起降17

2.3 指挥与控制单元18

2.3.1 自动驾驶仪18

2.3.2 地面控制站19

2.4 通信数据链21

2.4.1 视距内（LOS）21

2.4.2 超视距（BLOS）21

2.5 任务载荷22

2.5.1 光电22

2.5.2 红外23

2.5.3 激光24

2.6 发射与回收24

2.7 人的因素26

第3章 无人机航空监管体系——以美国为例27

3.1 美国航空监管体系27

3.1.1 引言27

3.1.2 美国航空条例历史27

3.1.3 美国联邦航空管理局28

3.1.4 执法和制裁30

3.2 国际航空条例31

3.3 标准和条例34

3.4 规则制定的过程36

3.5 有关无人机的现行规定38

3.6 FAA对无人机系统的执法权42

3.7 前进之路：无人机系统管理条例的未来45

3.8 结论46

思考题47

第4章 无人机授权认证的过程48

4.1 引言48

4.1.1 背景48

4.1.2 常规国家空域系统48

4.1.3 无人机系统分类50

4.2 无人机系统空域准入历史51

4.2.1 联邦航空管理局备忘录的指示52

4.2.2 改变空域准入的新力量53

4.3 授权认证（COA）或豁免的启用54

4.4 联邦航空管理局的指南文件55

4.5 无人机项目办公室的创建56

4.5.1 授权认证的焦点56

4.5.2 授权认证申请的数据和步骤57

4.6 无人机准入国家空域系统的未来发展59

4.7 结论61

参考文献62

第5章 无人机系统的空域运行64

5.1 无人机系统空域运行障碍64

5.2 无人机系统空域运行指南65

5.3 空域定义65

5.4 公共用户：授权证书67

5.5 民间用户：专用适航性／试验性证书67

5.6 飞行操作68

5.7 人员资质70

思考题72

第6章 机载传感器与有效载荷73

6.1 引言73

6.2 无人机系统：“采集平台”抑或飞行器？73

6.3 监管的挑战74

6.4 传感器和有效载荷：有区别吗？75

6.5 感知与规避的动力学和系统76

6.6 目标驱动型传感器78

6.7 技术和系统的限制79

6.8 结论80

思考题81

第7章 无人机系统感知与规避82

7.1 引言82

7.1.1 检测、看见与规避：有人机82

7.1.2 飞行员的看见与规避职责：有人机82

7.1.3 检测、感知与规避：无人机系统83

7.2 检测、看见与规避的信号检测方法83

7.2.1 响应偏差与响应准则84

7.2.2 可辨性85

7.3 检测、感知与规避技术86

7.3.1 协作式技术86

7.3.2 非协作式技术87

7.3.3 改造性技术89

7.3.4 能见度替代方案91

7.4 结论92

思考题94

参考文献94

第8章 无人机系统安全评估97

8.1 引言97

8.2 危险分析97

8.2.1 目的97

8.2.2 预先危险列表97

8.2.3 预先危险分析98

8.2.4 操作危险评估与分析99

8.2.5 变更分析100

8.3 风险评估100

8.3.1 目的102

8.3.2 开发102

8.3.3 使用103

8.4 安全性评价104

8.4.1 风险评估104

8.4.2 飞行测试卡104

8.4.3 适航性认证104

8.5 事故调查中的考虑因素105

8.5.1 软件和硬件106

8.5.2 人的因素106

8.5.3 建议107

8.6 结论和推荐107

思考题108

参考文献108

第9章 无人机系统中人的因素109

9.1 引言109

9.2 无人机系统事故和意外分析110

9.3 无人机系统中人的因素116

9.3.1 操作环境117

9.3.2 人－系统集成117

9.3.3 系统自动化118

9.3.4 机组规模、编成和训练118

9.4 结论和未来研究方向119

思考题121

参考文献121

第10章 无人机系统的自动化与自主性125

10.1 自动与自主125

10.2 工作负荷126

10.2.1 主观负荷评估126

10.2.2 客观负荷评估127

10.3 态势感知128

10.4 技能下降128

10.5 信任度129

10.5.1 可靠性130

10.6 自动化类型与等级131

10.6.1 自动化类型131

10.6.2 自动化等级／以人为中心的分类133

10.7 以技术为中心的分类134

10.7.1 美国空军研究实验室134

10.7.2 美国国家航空航天局136

10.7.3 美国国家标准与技术研究所139

10.7.4 其他机构141

10.8 自主等级分析（ALFUS）143

10.8.1 自主等级0143

10.8.2 自主等级1～3（低级）144

10.8.3 自主等级4～6（中级）144

10.8.4 自主等级7～9（高级）144

10.8.5 超越10级144

10.9 自主系统参考框架145

10.9.1 自主能力面临的挑战145

10.9.2 自主系统参考框架146

10.9.3 自主能力关键技术149

10.10 结论152

思考题153

参考文献153

第11章 面向地理空间数据采集的无人机系统159

11.1 引言159

11.1.1 遥感无人机系统159

11.1.2 传感器160

11.1.3 实时数据传输162

11.1.4 静态影像的地理校正与拼接162

11.2 应用164

11.2.1 环境监测与管理164

11.2.2 交通传感167

11.2.3 灾害响应168

11.3 结论173

思考题174

参考文献174

第12章 无人机系统的未来178

12.1 引言178

12.2 预期市场增长178

12.2.1 私有部分179

12.2.2 公共部分179

12.3 基础设施180

12.3.1 地基基础设施180

12.3.2 常规空域准入181

12.3.3 培训与认证181

12.4 就业机会182

12.5 飞行器演化182

12.5.1 小型化182

12.5.2 动力解决方案183

12.6 未来概念185

12.6.1 无人作战飞机（UCAV）185

12.6.2 无人机集群186

12.6.3 “戈尔贡”凝视186

12.6.4 通用性和可扩展性187

12.7 五年后及更远的未来187

思考题188

参考文献188

附录1 意外风险评估189

附录2 原书编者简介191

附录3 原书章节作者简介194

附录4 术语表197