本书系统介绍了无人机的核心原理、关键技术与典型应用，内容涵盖无人机发展历程、技术架构、动力系统、飞行控制和导航系统、无线传感器网络等核心技术，深度解析低空遥感、农业植保、生态监测等典型场景的应用实践，并融入作业规范、法规等相关内容。各章节既相互独立，又构成一个统一的整体，力求帮助读者建立起完整的无人机知识体系，同时具备理论素养与实践能力。
本书可作为高等院校本科生、研究生专业课程的教材，也可作为从事相关领域研究与技术开发人员的学习参考用书。
从技术原理到法律法规，帮助读者完整掌握无人机相关知识。
可作为技术小白的入门读物，亦可作为无人机从业人员了解技术进展、判断监管趋势的参考资料。
随着人工智能、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的快速发展，无人机技术已成为推动科技创新与行业变革的重要力量。2024年，中共中央、国务院印发《关于构建数据基础制度更好发挥数据要素作用的意见》，明确提出充分发挥我国海量数据规模和丰富应用场景优势，激活数据要素潜能，做强做优做大数字经济，增强经济发展新动能；次年，司法部出台《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》，从生产制造、登记注册、运行管理等全生命周期对无人机飞行活动进行了规范，依法助推低空经济发展。2026年，市场监管总局会同中央空管办、国家发展改革委等十部门联合发布《低空经济标准体系建设指南（2025年版）》。指南明确指出，到2027年，低空经济标准体系基本建立，基本满足低空经济安全健康发展需求。到2030年，低空经济领域标准超过300项，结构优化、先进合理、国际兼容的低空经济标准体系基本形成，为低空经济安全健康发展提供有力支撑。这一系列政策导向，既标注了低空经济的国家战略定位，也为无人机技术的发展与应用指明了方向作为低空经济的核心载体与技术枢纽，无人机正深度融入农业生产、生态保护、智慧城市等国家重大需求场景，成为连接数字空间与物理空间的空中智能终端。
众所周知，目前无人机已从最初的军事侦察工具到如今广泛应用于测绘、农业植保、物流运输、环境监测、应急救援等众多领域，而无人机技术的演进不仅带动了多学科交叉融合，也深刻改变了传统行业的生产与服务模式，展现出巨大的社会价值和发展潜力。本书旨在系统介绍无人机领域的核心原理、关键技术与典型应用，帮助读者全面理解无人机系统的构成与运行机制，掌握从飞行器平台到传感器集成、从数据获取到行业应用的系统性知识体系。
本书分为10章，内容结构科学完整、层次清晰。第1章概述了无人机的定义、分类、发展历程及技术架构，介绍行业现状与软硬件生态。第2章解析了多旋翼、固定翼等飞行器类型及工作原理。第3~5章介绍了传感器与云台的原理与集成，剖析动力系统、飞行控制与导航系统等核心技术。第6~8章为技术应用层面，深入探讨了无人机低空遥感、农业植保、无线传感网络等典型技术与应用场景。第9章介绍了无人机作业规范、法规与管理体系。第10章总结了无人机应用最新进展，并展望了未来发展趋势。各章节相互独立又互相构成一个统一的整体，力求帮助读者建立完整的无人机知识体系，提升理论素养与实践能力。本书在编写过程中坚持理论与实践相结合，兼顾基础性、前沿性与应用性，得到了来自西北农林科技大学、中国农业大学、北京林业大学、东北林业大学、内蒙古农业大学、中南林业科技大学、西南林业大学、华南农业大学、福建农林大学、山东科技大学、河北地质大学、唐山师范学院等国内兄弟院校的大力支持，既适合作为高等院校本科生专业课程的教材，也可供研究生、高职院校师生以及从事相关领域研究与开发的技术人员参考学习。
本书作为西北农林科技大学2023年校级规划教材建设项目之一，其出版得到了十四五校级规划教材建设项目经费支持，特此致谢！
由于水平有限，本书错误之处在所难免，欢迎读者在学习过程中提出宝贵意见，使本书不断完善与更新。
刘金成，西北农林科技大学资源环境学院教授，博士生导师，暖温带森林生态系统保护修复国家林草局重点实验室副主任，全国智慧林草专家智库特聘专家，兼任Smart Forestry副主编和多个国家级学会委员/理事。长期从事智慧林业遥感、林草生态评估与碳汇计量领域研究工作。主持国家或省部级自然科学基金8项；以第一或通讯作者在遥感领域期刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing等发表高水平论文（含ESI高被引论文、热点论文、封面论文）30余篇；授权发明专利25件；以第一完成人荣获2025年度陕西高等学校科学技术研究优秀成果一等奖等科技奖励。
前言
第1章 无人机系统概述001
1.1 无人机定义及分类001
1.1.1 无人机的定义001
1.1.2 无人机的分类002
1.2 无人机起源和发展历程005
1.3 无人机技术架构010
1.3.1 感知系统架构010
1.3.2 通信系统架构010
1.3.3 导航和控制系统架构014
1.4 无人机厂商及软硬件平台027
1.4.1 无人机厂商027
1.4.2 无人机软硬件平台027
1.5 章节安排031
1.6 本章小结032
思考题032
第2章 无人机飞行器033
2.1 无人机飞行器分类033
2.2 无人机基本结构037
2.2.1 固定翼无人机的基本结构037
2.2.2 多旋翼无人机的基本结构041
2.2.3 无人直升机的基本结构042
2.3 无人机飞行器发展趋势043
2.3.1 无人机的智能化043
2.3.2 无人机的编队飞行044
2.3.3 反制无人机技术045
2.3.4 无人机的新构型047
2.4 本章小结049
思考题049
第3章 无人机传感器与云台050
3.1 无人机传感器技术基础050
3.1.1 传感器原理050
3.1.2 无人机传感器概念052
3.2 无人机传感器种类053
3.2.1 光学传感器053
3.2.2 红外传感器063
3.2.3 成像光谱传感器067
3.2.4 激光雷达传感器073
3.2.5 合成孔径雷达传感器076
3.3 稳定云台078
3.3.1 稳定云台的基本原理079
3.3.2 稳定云台的分类080
3.4 本章小结082
思考题083
第4章 无人机动力系统084
4.1 空气动力学基础084
4.1.1 飞行环境084
4.1.2 关于气流的重要定律085
4.1.3 升力和阻力的产生088
4.2 无人机动力系统分类091
4.2.1 电动力系统092
4.2.2 油动力系统095
4.3 固定翼无人机飞行原理099
4.3.1 常规布局固定翼无人机的基本飞行原理099
4.3.2 常规布局固定翼无人机的操纵原理101
4.4 无人直升机飞行原理102
4.4.1 直升机旋翼的作用102
4.4.2 直升机的典型飞行状态分析103
4.4.3 直升机的操纵106
4.5 本章小结107
思考题108
第5章 无人机飞行控制和导航系统109
5.1 无人机飞行控制系统109
5.1.1 飞行控制系统概述109
5.1.2 飞行控制系统的基本原理112
5.1.3 飞行控制系统的硬件组成113
5.1.4 飞行控制系统的软件组成116
5.1.5 常用开源飞控118
5.2 无人机导航系统120
5.2.1 导航的起源与定义120
5.2.2 导航的基本手段及分类121
5.2.3 导航的性能指标123
5.2.4 现代导航的现状124
5.3 无人机通信系统125
5.3.1 无人机的通信需求125
5.3.2 无人机通信的分类126
5.3.3 通信的基本原理136
5.4 本章小结138
思考题138
第6章 无人机低空遥感技术139
6.1 无人机低空遥感技术概述139
6.1.1 无人机低空遥感技术的概念及特点139
6.1.2 无人机低空遥感技术的发展历程141
6.2 无人机影像数据获取142
6.2.1 无人机影像数据142
6.2.2 无人机影像数据集145
6.3 遥感图像处理方法146
6.3.1 辐射校正146
6.3.2 几何校正146
6.4 无人机影像几何处理技术148
6.4.1 飞行质量检查149
6.4.2 航带整理150
6.4.3 空中三角测量151
6.4.4 DEM生产153
6.4.5 DOM生产155
6.5 无人机影像拼接与融合技术157
6.5.1 影像拼接157
6.5.2 影像融合164
6.6 倾斜摄影实景三维建模方法169
6.6.1 倾斜摄影测量技术简介169
6.6.2 倾斜摄影测量系统组成170
6.6.3 倾斜摄影测量关键技术173
6.6.4 倾斜摄影测量构建实景三维模型方法174
6.7 本章小结177
思考题178
第7章 无人机植保技术179
7.1 植保机械发展的历史和趋势179
7.1.1 农业植保机械发展历史180
7.1.2 农业植保机械应用现状180
7.1.3 农业植保机械发展趋势181
7.1.4 植保无人机市场规模182
7.2 无人机植保系统组成183
7.2.1 无人机植保系统概念183
7.2.2 无人机植保系统特点184
7.2.3 无人机植保系统组成187
7.3 无人机植保关键技术191
7.3.1 精准施药技术191
7.3.2 遥感监测技术192
7.3.3 自主避障技术192
7.3.4 航线规划技术193
7.3.5 静电喷雾技术195
7.4 无人机植保作业规范196
7.4.1 作业前准备196
7.4.2 作业流程197
7.4.3 作业后处理198
7.5 无人机植保典型应用场景198
7.5.1 病虫害防治199
7.5.2 播种、授粉和除雪200
7.5.3 投饵、吊运和施肥201
7.5.4 消杀作业202
7.5.5 驱鸟防害202
7.5.6 农田信息监测202
7.6 无人机植保技术的优势与挑战203
7.6.1 无人机植保技术的优势203
7.6.2 无人机植保技术的挑战204
7.7 本章小结204
思考题205
第8章 无人机无线传感网络技术206
8.1 无线传感器网络基础206
8.1.1 无线传感器网络的定义206
8.1.2 无线传感器网络系统的组成207
8.1.3 无线传感器网络的特点207
8.1.4 无线传感器网络发展历程208
8.1.5 无线传感器网络发展趋势209
8.2 UAVWSN系统构成209
8.2.1 UAVWSN系统定义209
8.2.2 UAVWSN集成方式210
8.2.3 UAVWSN数据传输与处理213
8.2.4 UAVWSN能量管理213
8.3 无人机无线传感器网络关键技术218
8.3.1 数据融合和挖掘技术218
8.3.2 定位与导航技术221
8.3.3 网络安全226
8.4 无人机无线传感器网络的设计与优化229
8.4.1 无人机传感器网络的设计229
8.4.2 无人机自组网技术230
8.5 无人机无线传感网络的应用231
8.5.1 环境监测中的应用231
8.5.2 农业管理中的应用231
8.5.3 灾害营救中的应用232
8.5.4 无人机无线传感网络在其他领域的扩展应用233
8.5.5 未来展望233
8.6 本章小结234
思考题234
第9章 无人机作业规范、法规与管理235
9.1 无人机适航管理与安全规范235
9.1.1 无人机适航管理的概念235
9.1.2 无人机适航管理的内容236
9.2 我国无人机适航管理标准236
9.2.1 标准概述236
9.2.2 无人机适航管理标准体系建设238
9.2.3 当前正在使用的无人机行业协会标准242
9.3 无人机的安全飞行243
9.3.1 无人机安全飞行的重要性243
9.3.2 无人机安全飞行需求243
9.3.3 无人机安全飞行体系244
9.3.4 无人机整体安全246
9.4 无人机飞行前准备和飞行后维护247
9.4.1 信息准备247
9.4.2 飞行前的检查248
9.5 无人机运行法规254
9.5.1 民用航空法概述255
9.5.2 我国航空法规文件体系255
9.5.3 我国现行无人机专题规定256
9.6 无人机管理规章制度257
9.6.1 无人机空域划分257
9.6.2 空中交通管制258
9.7 本章小结261
思考题262
第10章 无人机典型应用及发展前景263
10.1 无人机典型行业应用案例263
10.1.1 地理测绘领域应用263
10.1.2 农林领域应用269
10.1.3 三维建模应用276
10.1.4 其他行业应用278
10.2 无人机技术面临的挑战280
10.3 无人机技术发展趋势281
10.3.1 机身材料和机载传感器创新趋势281
10.3.2 新型电池技术285
10.3.3 无人机自主飞行及智能特征287
10.3.4 其他新兴技术288
10.4 本章小结290
思考题291
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