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本书作为无人机的科普类图书，剖析了组成无人机的各个组件，并对用来制作无人机的配件进行了对比，最后通过实例讲解了无人机的组装过程，以及组装零部件的选择。本书适合对无人机感兴趣的科研单位、无人机生产公司以及发烧友阅读。
书名：无人机详解与剖析
ISBN：978-7-115-50531-6
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著 [德]丹尼尔•弗伦泽尔（Daniel Frenzel）
[美]亚历克斯•凯斯（Alex Keyes）
[保]蒂霍米尔•奈德夫（Tihomir Nedev）
[西]佩佩•瓦尔维德（Pepe Valverde）
[美]乔纳斯•沃特林（Jonas Vautherin）
译 韩 萌
责任编辑 陈聪聪
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
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Copyright © 2016 Bleeding Edge Press. All rights reserved. First published in the English language under the title “Deconstructing Drones for Developers”, By Daniel Frenzel, Alex Keyes, Tihomir Nedev, Pepe Valverde, Jonas Vautherin by Bleeding Edge Press, an imprint of Backstop Media.
本书中文简体字版由美国Bleeding Edge出版社授权人民邮电出版社出版。未经出版者书面许可，对本书任何部分不得以任何方式复制或抄袭。
版权所有，侵权必究。
本书是无人机的科普类图书，采用浅显易懂、图文并茂的方式介绍了无人机的整个系统。
本书分为8章，其内容涵盖了无人机的概念，无人机的硬件组成，多旋翼无人机和固定翼机的硬件组成以及优缺点，如何安全地操作无人机以及无人机的监管环境，无人机在各个领域中的应用，最后通过实例讲解了在制作无人机时应该如何选择核心的软硬件。
本书适合对无人机感兴趣的科研单位、无人机生产公司、无人机开发制作人员以及发烧友阅读。
Daniel Frenzel，欧洲分子生物学实验室博士后。他喜欢组装电子设备和编写计算机固件程序。他目前正在建造一种多旋翼直升机——某种带有四足式起落架的行走和飞行机器人。同时他也在编写一个神经网络的函数库，并且喜欢以原型化方式创建脚本语言。
Alex Keyes，福特汉姆大学玫瑰山校区计算机视觉实验室研究员，他还是Adept Technology公司的一名机器人软件工程师实习生。他热爱计算机并且痴迷于编程。
Tihomir Nedev，企业家、工程师，也是无人机软件公司Flyver的联合创始人。早在2010年，他以大学项目的形式制造了第一架无人机，时至今日已经摔掉了几十架无人机。他热衷于硬件和新兴技术，同时拥有一家3D打印公司和一家极富创新精神的义肢制造公司。
Pepe Valverde，对技术充满激情的电信工程师。作为电子学和编程的狂热爱好者，他在无人机生态系统中发现了广阔的机遇，并且每天都在制造和分享一些新东西。在业余时间，他喜欢为ArduPilot开源社区做贡献。
注：
美国Adept Technology公司是一家专门从事工业自动化的高科技生产企业。
美国Flyver是一家从事无人机软件开发的高科技公司。
本书适合那些想以技术视角了解无人机的人（主要是无人机开发与制作人员）阅读。本书还适合对无人机技术感兴趣的人阅读。
阅读本书不需要任何特定知识。然而，若想充分利用本书内容，最好掌握一些电子和编程方面的知识。书中有一些代码是用C语言编写的，但是阅读本书并不一定非要掌握编程知识。
本书将为读者介绍无人机生态系统。通过阅读本书，你可以知道无人机的工作原理以及制造方法，你还将认识和了解无人机的组成部分以及一些可能的应用。同时，本书还讲解了一些法律法规和安全方面的内容。学完本书后，你可以为自己的无人机开发一个程序，其中会涉及选择合适的部件、制作和调优无人机，并进行编程。
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人类一直痴迷于飞行。我们一直梦想着能把自己送上天空并俯视大地。全尺寸的飞机和直升机能给我们提供鸟瞰视角，但是却有很多缺点：太大；太贵；需要开辟出很大的一块空间用于起飞和降落。无人机同样可以提供相同甚至更好的观察条件，而且需要的花费要比全尺寸飞行器小。它们可以让使用者获得前所未有的优势来进行观察，而在此之前，这样的优势带来的花费是人们无法承受的。无人机的到来迅速降低了原来使用飞机所伴随的昂贵花销和危险性，也给积极的开发者带来了新的机遇。
无人机也称为“无人飞行系统”或者“无人飞行器”，在当今社会越来越流行。无论是电脑辅助型还是手动控制型，无人机都为软件的开发开创了巨大的市场。无人机软件生态系统随着无人机使用的多样化而变得越来越大。从业余爱好者和竞赛者自制的小型、轻型无人机到商业摄影师的大型、重型多旋翼摄影无人机，每一类无人机的使用者都有不同的软件需求。
幸运的是，目前有众多软件库和软件系统可用于无人机控制。这些软件系统大体分为两部分：机载软件系统和地面控制站。机载软件系统实现各种飞行功能，并实现无人机与地面之间收发信息的任务。地面控制站处理无人机反馈的信息，通过操作者修正相关信息并传给无人机。地面控制站也可同时将无人机的位置、飞行姿态以及其他相关状态，例如电池当前电量等信息，以图像的形式传给导航员。
这两部分软件系统都包含无人驾驶系统的关键部件。没有机载软件系统，无人机就无法飞行；没有地面控制站，虽然无人机仍可以飞行，但是很难对其实施控制并随时掌握它的飞行状态。例如，使用大多数地面控制站所提供的分布广泛的航点，无人机可以进行高效的区域巡逻，而这是手动操控无人机无法实现的。通过在多个阶段使用软件的强大功能，开发人员可以提取多个任务并放入一个软件库中，从而使无人机成为一个全方位动态飞行系统。
开放源代码的优缺点：
自由；需要修补可扩展性；不能完全兼容定制的特定硬件；没有技术支持。
专利权使用的优缺点：
即插即用；不自由；潜在的专业维护费用高昂；特定硬件的扩展性欠佳；附加部件的功能受限制。
对于任何软件，无论是开源软件还是专利权软件，在使用和开发上都存在争议。每一种方式都存在其优点和缺点，所以每一个软件项目的开发都要考虑其侧重点。市场上绝大部分在售的无人机都是在拥有专利的软件中运行的，因为大部分消费者都希望简单而有效地使用无人机，并希望得到熟悉该产品的公司的技术支持。然而，大部分爱好者更愿意选择开源软件，以便自己修补与完善无人机内部的运作方式。通常情况下，开源软件拥有完美的扩展性，并且理论上能与任何硬件配合工作；与之对应的是，专利权软件仅能让开发人员设计一种稳定的、与客户使用习惯相一致的程序，并在特定的硬件上达到最佳的工作环境。根据用户的需求和开发者的理念，两种选项似乎都是有吸引力的。
ArduPilot是一种广泛使用的机载控制系统。基于GNU通用公共许可证（General Public License，GPL），使用者可以获得一个从自动控制逐级递减到完全手动控制的软件包。ArduPilot是一款用C++编写的无人机飞行控制开源解决方案。而且，ArduPilot是“无人机代码工程”的一部分，这意味着它也是用于控制与管理无人机飞行的开源程序体系中的一员。“无人机代码工程”寻求创建一个强大而灵活的开源飞控方案以满足所有无人机的需要。“无人机代码工程”能实现多种模式，例如，定位模式、安全模式和特技模式等。对于任何开源飞控项目，ArduPilot都不能确保完全实现对无人机的控制，但在开发者的热情和努力下，可以在其之上增加飞行控制系统的特色和附属设备。结合ArduPilot，“无人机代码工程”也可以提供一种开源的地面控制程序：QGroundControl。
无人机可以利用地面控制站建立并获得自主功能。机载软件只具有利用无人机设备资源来对其进行操纵和管理的能力。利用MAVLink协议，QGroundControl可以让开源软件与单个或多个无人机进行通信。整个系统可以分为若干节点，每一个节点负责控制完成一个特定任务。利用MAVLink协议和开放式系统互联（Open System Interconnection，OSI）分层模型，QGroundControl节点不需要像无人机那样进行通信连接，只需处理来自QGroundControl的信息即可。例如，当使用者想要设置航点路径让监控无人机完成扫描任务时，利用QGroundControl，待扫描区域的边界和模式可以事先设定好，然后由无人机按照预订顺序航行到特定的位置。启动扫描设备就像创建一个MAVLink对象并确保QGroundControl能对其进行控制一样简单。QGroundControl的可扩展性还包括提供一个平台环境，让开发者能创建新节点用于实现未曾加入的新特色。如同“无人机代码工程”开源软件具有的能力一样，QGroundControl是展现MAVLink协议强大能力的示范。要想了解使用QGroundControl的更多信息，请参考QGroundControl开发者指南。
MAVLink是一种无人机通信协议，是“小型飞行器连接”的英文缩写。它允许用户使用XML格式（随时转换为适用于各种语言环境的源文件格式）来发布数据。该协议由Lorenz Meier在GNU宽通用公共许可证（Lesser General Public License，LGPL）下于2009年发布。MAVLink是一种用C语言头文件来编组的程序库，已经在很多商用无人机上得到使用，例如Parrot AR.Drone/Bebop和3DR Solo。MAVLink还是QGroundControl的必备组件。
任何一架无人机都要有基本控制模式，才能让飞手（无人机控制人员的简称）准确无误地操作并完成各种动作和任务。模式标准清单包括手动模式、特技模式（ACRO）、简单飞行模式、定位模式、定高模式、返航模式、自动着陆模式以及其他模式。如果使用像ArduPilot这样的开源软件系统创建另一种模式，那就跟自己编写测试一个新软件差不多了。
顾名思议，所谓手动模式就是机载软件直接接收用户的输入信息并翻译成指令传给无人机硬件系统。通常情况下，大多数飞手利用这种模式直接控制无人机硬件系统。各种自动驾驶仪也会提供不同等级的手动模式，可以让新手逐渐掌握无人机的操控技能。ArduPilot半手动模式是一个很好的案例。这种模式能够让用户将无人机保持在相对固定的位置，而不用考虑无人机面对的方向。像这种半手动模式和手动模式能够让新手迅速上手无人机的操控。
特技模式被认为是一种先进的控制方式。在特技模式下，当使用者将摇杆推至中间位置时，无人机并不会恢复到平飞状态。这样，高级使用者就能够让无人机做出更不可思议的动作，就像在无人机自由式飞行比赛或者无人机竞速赛中看到的那样。然而即便是专家级别的使用者也会出现失误，并且当你已经可以心平气和地熟练使用这种飞行模式时，还是避免不了频繁的碰撞事故。
定高模式可防止无人机快速改变高度，让无人机在二维平面内更容易飞行。这种模式在半自主飞行中经常使用到，可以让操作者免于不停管理无人机的飞行高度。
定位模式和悬停模式可以令使用者在不触碰任何操作按钮和摇杆的情况下让无人机保持在恒定位置。这两种模式的关键区别在于：定位模式允许使用者手动控制飞行动力而悬停模式则不能。准确的GPS定位、较低的振动、较小的磁场干扰是这两种模式能良好运行的关键。
返航模式让无人机能够自动飞回到它的起飞位置。返航模式常与自动着陆模式结合使用，使无人机能自动导航飞回预期的着陆点。很多使用者利用这些模式作为一种失效保护。例如，一旦电脑检测到电量降低到某个数值，就会自动切换为返航模式，从而保证无人机能返航并安全着陆。
