第一本专注于无人机的通信和网络方面的图书，这一独特的资源提供了在该领域进行研究所需的基本知识，深入了解无人机和无人机网络的最新进展，讨论了部署的规则、政策和程序（包括风险和回报的分析），以及在紧急通讯等领域的实际应用。这是研究生、研究人员和通信和网络专业人士的重要读物。

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世界各地的航空管理局在将无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）纳入国家空域管理方面都已取得了进展。与此同时，私营企业一直在开发基于无人机的创新应用，例如基于无人机的包裹速递、药品运送、管道监测系统和灾区航空测量。然而，在无人机可以融入民用空域并且这种实际应用成为现实之前，研究团体需要解决一些技术、社会和监管方面的问题，其中最重要的是需要加强对空域中无人机的态势感知。
目前为增强对无人机的态势感知，已出现了三种不同但又互补的范例：卫星通信、蜂窝通信以及空中通信和网络。本书侧重于第三种策略，即通过无人机的自组织空中网络增强态势感知。它为研究人员、专业人员和高校学生提供必要的知识，帮助他们了解无人机网络和通信领域的研究挑战。几位杰出的研究学者和领域专家合作，共同编撰完成了本书的9个章节，让读者领略这个令人激动的领域内从基础知识到热点研究话题的众多内容。
第1章介绍了无人机的类型和典型使命任务。该章重点面向民用领域，为无人机和无人机网络提供背景和应用环境，还讨论了无人机网络在工程和技术方面的最新技术以及部署此类网络的好处。
第2章提供了有人驾驶飞行中使用的无线通信的背景知识。该章讨论了为实现L波段数字航空通信提出的技术，提供了与无人驾驶和小型无人机空中通信相关的真知灼见，它们来自于将先进的地面移动宽带通信外推到航空领域的经验。
第3章提供了3D空间中空中链路的特性。空中网络不同于其他无线网络，例如移动自组织（ad hoc）网络或车载自组织网络。该章从吞吐量、延迟、数据交换频率等方面讨论了空中网络应用的通信要求，从通信需求的角度定义了空中网络的不同自主化水平。
第4章提出了一个适用于航空环境的架构和协议套件：与传统端到端传输和路由协议相比的高动态、高速多跳网络，这需要对过去的网络架构进行巨大改动。
第5章讨论了无人机网络的设计、实现和部署，以在节点之间传输视频监视数据。它提出了一种异构网络，其中包括多个固定和移动的地面节点，以及多个自主飞行器。该章提出了一个设计流程，通过适当集成关键子系统和跨多个无人机的协同，来实现系统的应急安全。
第6章介绍了在民用空域系统中集成无人机的背景和应用环境，以及有关无人机集成工作的监管需求、社会问题和技术挑战。
第7章讨论了安全性、安防和隐私方面的挑战，这是将无人机集成到民用空域以及设计实际应用要考虑的三个维度。
第8章提出了在实战中使用蜂群应该解决的一些主要问题。本章解释了为什么蜂群可以显著增加任务的可行性，然后概述并深入探讨了许多需要进一步探索的挑战和研究方向。
第9章回顾了研究人员目前正在开发的两个无人机和无人机网络应用：野生动物探测和应急通信。这些例子展示了无人机可以为实际应用带来的独特价值和创新。

人工智能\无人机

刘亚威　飞行器设计专业硕士，现为航空工业发展研究中心系统工程所高级工程师，主要研究咨询方向为先进航空制造技术、智能制造、制造成熟度与制造创新体系，合著有《智慧工厂——中国制造业探索实践》《美国制造创新研究院》等书。
闫娟　信号与信息处理专业硕士，现为航空工业发展研究中心系统工程所高级工程师，主要从事航空技术情报研究，研究领域集中在机载武器、人工智能技术等方面。
杜子亮　航空科学与工程专业博士，现为航空工业发展研究中心系统工程所工程师，主要从事战略咨询、科技情报和装备体系论证研究，主要研究领域涵盖人工智能、无人系统等方向。
余骅欣　电子与通信工程专业硕士，现为航空工业发展研究中心系统工程所工程师，主要从事顶层论证、情报研究相关工作，研究方向包括无线通信、航电系统等。
陈蕾　电子与通信工程专业硕士，现为航空工业发展研究中心系统工程所工程师，主要从事航空技术情报研究，研究领域集中在航空电子、量子技术等方面。

无人机技术的飞速创新开辟了许多前所未有的应用机遇，而无人机网络和通信则是当前一个新兴的研究领域。随着世界各国对无人机技术的不断重视，多无人机协同概念逐渐兴起，无线自组网应用研究也迅猛发展，无人机组网协同已成为新的研究热点。2018年10月，美国国防高级研究计划局（DARPA）发布“进攻性集群战术”（OFFSET）项目第三波“集群冲刺”的跨部门公告，聚焦于人机编队和集群战术的技术开发；2017年1月，美军采用三架 F/A-18战斗机释放出103架“山鹑”（Perdix）无人机，集群间共享信息进行决策，相互协调行动，很好地展示了先进的群体行为和相互协调能力；2016年和2017年，我国电子科技集团有限公司（CETC）曾分别完成了67架和119架固定翼无人机集群飞行试验，刷新了无人机集群飞行数量的新纪录。无论是在军事、民用还是在商业上，无人机协同都具有广阔的研究空间和应用前景。
几乎任何尺寸的无人机都可以实现组网，但除了某些军事用途，可能只有使用小/微型无人机的组网才有实际意义，因为只有这种无人机可以在短时间内发射，并且只需要少量的后勤资源和操作人员。如果发射每架无人机都需要超过一分钟，那么为了实现协同飞行而发射数十架无人机是根本不可能的，只有小/微型无人机才适合完成大量无人机的组网。无人机网络一般可视为飞行的无线网络，网络中的每架无人机本身作为一个节点，将自己的信息发送到其他无人机，或接收发给自己的信息，或为发给网络中其他无人机的信息提供中继。网络可以是自组织（ad hoc）的、没有任何其他基础设施支撑，也可以由地面以及基于卫星的通信基础设施支撑。无人机网络的拓扑结构或配置可以采用任何形式，包括网格、星形甚至是直线，主要取决于应用环境和用例场景。
本书既为无人机通信和网络领域的研究提供了所需的基础知识，还集萃该领域的最新研究成果，本书针对不同的技术分支，由来自不同机构和部门的专家进行了严谨、细密的分析和讲解，在内容设置和技术阐释上，也都充分体现了专家各自的风格和特点。尽管语言表述的重点和风格各有不同，但所呈现的技术内容，却无一不是重要而有价值的。就像奔涌大江里的每一朵浪花，不尽相同却又各自璀璨。
本书包括9章，内容涉及技术、监管、安防和应用等各个层面，详见前言。
中国航空工业发展研究中心，作为国内一流的航空技术研究咨询机构，敏锐地感受到了无人机网络和通信这样一个技术前沿的蓬勃发展，充分认识到无人机网络和通信的基础知识及其最新研究和实践对于航空技术发展的重要性，因此在机械工业出版社的支持下倾心组织翻译了本书，发挥了一份热切为航空业内人士和热爱者提供最新领域发展、最新研究信息的拳拳之心。本书第1和9章由刘亚威翻译，第2和3章由陈蕾翻译，第4章由余骅欣翻译，第5和7章由杜子亮翻译，第6和8章由闫娟翻译。全书校对由刘亚威完成，并在书末给出了全书缩略语中文翻译，供读者参考。
随着技术进步和安全性、隐私、安全保障等法规、政策的实践，无人机将会进一步获得应用方面的拓展，无人机网络和通信技术也将在这样的实践中，逐步得到验证和进步。真诚地希望本书的翻译及出版，能够指导研究人员、专业人士和高校学生广泛了解无人机网络和通信这一新兴热点话题，能够为广大航空业界尤其是无人机领域的研究人员提供最前沿的无人机网络和通信的知识。倘能促进研究、启迪智慧（相信一定会），则是遂了本书翻译者的最大心愿！
由于知识结构所限且时间仓促，未能一一查阅参考文献，错误和疏漏在所难免，敬请指正。

译者　笔于2019年早春

近年来，各类无人机快速发展，在国民经济领域以航拍、植保、物流、安防、应急救援等为代表的无人机应用大放异彩，为社会民生做出了独特的贡献。本书针对无人机系统两个关键问题—通信组网和管控体系做了比较全面和深入的描述和探讨，特别是以大量笔墨分析了现有无线通信解决方案，对比了不同通信协议，得出了很有价值的研究结论。无人机的跨越式发展将涉及公共安全管理的问题，构建管控体系是当务之急，分级管理以及制定相应的适航标准是一件大事情，本书对此也进行了系统的、建设性的讨论。未来，高档无人机和无人机集群将对环境具有更强的感知能力和自适应能力，还有对任务的自规划和学习、调整能力，本书讨论的内容将为它们的发明、部署和监督提供宝贵的信息。

中国工程院院士、飞行器导航控制专家

推荐序
译者序
前言
作者列表
第1章　无人机系统概述 1
1.1　无人机类型和任务 2
1.2　无人机集群化和小型化 14
1.3　无人机小型化：挑战与机遇 15
1.4　无人机网络及其优势 16
1.5　总结 21
第2章　空对地与空对空数据链路通信 22
2.1　载人航空的空对地通信 22
2.2　面向未来的现代化空中通信 27
2.3　实际的无人机与微型无人机数据链路 30
2.4　地面无线宽带解决方案在无人机链路中的应用分析 32
2.5　总结 38
第3章　空中Wi-Fi网络 39
3.1　简介 39
3.2　空中网络特性 40
3.3　空中自主网络的通信需求 42
3.4　量化通信需求 44
3.5　空中Wi-Fi网络的实际测量结果 45
3.6　总结与展望 49
第4章　容断机载网络和协议 51
4.1　简介 51
4.2　机载网络环境 52
4.3　相关工作 54
4.4　航空协议架构 61
4.5　性能评估 72
4.6　总结 84
第5章　无人机系统和网络：仿真和现场演示验证 85
5.1　无人机（UAV）平台系统 85
5.2　无人机网络系统 94
5.3　相关工作 104
5.4　总结 105
5.5　致谢 106
第6章　将无人机系统（UAS）集成到国家空域系统（NAS）中——监管、技术和研究挑战 107
6.1　民航监管框架——过去和现在 107
6.2　监管机构和UAS立法——现在和未来 113
6.3　标准组织 121
6.4　社会影响——隐私和安全 124
6.5　监管需求与最新技术之间的差距 127
6.6　技术挑战 128
6.7　总结 141
6.8　致谢 141
第7章　无人机网络中的安全、安防与隐私问题 142
7.1　引言 142
7.2　空中安全 143
7.3　地面上的隐私 148
7.4　信息安防 148
7.5　无人机级的安防需求 149
7.6　无人机网络级安防需求 152
7.7　正在进行的与无人机安防相关的研究和产品 155
7.8　总结 156
第8章　自主无人机与蜂群之间的协作 157
8.1　引言和背景 157
8.2　使用蜂群无人机系统的必要性 158
8.3　主要问题和研究方向 163
8.4　总结 171
第9章　实际应用案例 173
9.1　简介 173
9.2　野生动物探测 173
9.3　实现应急通信 182
9.4　总结 189
缩略语 190
参考文献 197