本书系统阐述了无人机在复杂工业环境(装配车间)中实现智能感知与自主飞行的关键技术。以四旋翼无人机为研究对象，构建其运动学与动力学模型，并设计姿态与位置控制系统；针对车间场景，提出一种改进的Yolov3目标检测模型，融合图像与激光雷达信息，实现设备精准识别与三维定位；研究无人机路径规划问题，建立多约束优化模型，并提出一种基于参数优化的APFA混合算法，实现高效避障与平滑路径生成；最后，为提升飞行平稳性，引入时间-安全约束，基于MinimumSnap方法进行轨迹优化，降低飞行过程中的冲击与抖动。

第1章　绪论　∥　001 1.1　本书内容的研究背景及意义 001 1.2　目标检测国内外研究现状 003 1.2.1 传统的目标检测算法 003 1.2.2 基于深度学习的目标检测算法 005 1.3　无人机避障路径规划研究现状 008 1.3.1 无人机自主避障 008 1.3.2 无人机路径规划算法 009 1.4　无人机轨迹优化研究现状 015 1.5　本书主要内容和章节安排 016 第2章　无人机目标检测与运动系统设计　∥　019 2.1　概述 019 2.2　无人机的运动学模型 020 2.2.1 坐标系及转换关系 020 2.2.2 P600无人机飞行原理 021 2.2.3 P600无人机动力学模型 023 2.3　无人机目标检测系统设计 026 2.3.1 无人机对目标的观测模型 026 2.3.2 无人机目标检测系统 027 2.3.3 目标有效探测及三维定位 028 2.4　无人机运动系统设计 030 2.4.1 理想的线性状态表达 030 2.4.2 基于PD的无人机姿态控制 031 2.4.3 基于悬停及轨迹的无人机位置控制 032 2.4.4 无人机运动控制系统 034 2.5　本章小结 034 第3章　基于改进YOLOv3 网络模型的目标检测技术　∥　036 3.1　概述 036 3.2　无人机图像信息预处理 036 3.2.1 直方图均衡化 037 3.2.2 中值滤波去噪 039 3.3　YOLOv3 目标检测原理 041 3.3.1 YOLOv3网络结构 041 3.3.2 边界框预测 042 3.3.3 分类预测 044 3.3.4 多尺度预测 044 3.3.5 损失函数 045 3.4　改进的YOLOv3 目标检测模型 047 3.4.1 YOLOv3-SPP网络结构 047 3.4.2 加入CIoU的损失函数 048 3.4.3 K-Means++聚类分析 050 3.5　仿真设计及结果分析 051 3.5.1 实验数据集 051 3.5.2 评价指标 051 3.5.3 仿真结果及分析 052 3.6　本章小结 056 第4章　无人机飞行避障检测及空间环境建模　∥　057 4.1　概述 057 4.2　问题描述和飞行约束 057 4.2.1 问题描述 057 4.2.2 飞行约束条件 058 4.2.3 综合目标模型 061 4.3　无人机避障碰撞检测 063 4.3.1 无人机与障碍物数学建模 063 4.3.2 避障碰撞检测 065 4.4　三维数据融合及空间环境建模 067 4.4.1 雷达与图像信息融合 067 4.4.2 三维空间环境建模 069 4.5　本章小结 071 第5章　基于参数优化APFA*算法的避障路径规划　∥　072 5.1　概述 072 5.2　人工势场法原理 072 5.2.1 引力和斥力势场函数 073 5.2.2 合力势场函数 074 5.3　A*算法原理分析 075 5.3.1 A*算法数学模型 075 5.3.2 A*算法实现流程 077 5.4　APFA*算法的提出 078 5.4.1 搜索步长的改进 078 5.4.2 势场值优化代价函数 078 5.4.3 APFA*算法实现步骤 079 5.5　APFA*算法关键参数优化 080 5.5.1 响应面法参数优化思想 080 5.5.2 实验方案设计 081 5.5.3 方差分析和回归模型 082 5.5.4 参数交互作用的影响 085 5.6　算法仿真分析及实验验证 086 5.6.1 最优性能对比 086 5.6.2 姿态角变化对比 089 5.6.3 飞行高度对比 091 5.6.4 实验验证 091 5.7　本章小结 093 第6章　基于安全约束Minimum Snap 的无人机轨迹优化　∥　094 6.1　概述 094 6.2　无人机轨迹最优问题分析 095 6.2.1 轨迹优化问题描述 095 6.2.2 一般性目标函数 096 6.3　微分平坦理论 096 6.3.1 微分平坦的概念 096 6.3.2 微分平坦的性质 098 6.4　基于空中走廊Minimum Snap 的轨迹求解 098 6.4.1 代价函数和约束条件 098 6.4.2 Minimum Snap轨迹优化闭式解法 102 6.4.3 基于空中走廊的Minimum Snap轨迹 103 6.5　仿真结果分析 105 6.5.1 轨迹优化及仿真 105 6.5.2 时间-安全约束下的轨迹 106 6.6　本章小结 110 参考文献　∥　111