\chapter{绪论}\label{preface}

\section{研究背景}
无人驾驶飞机（Unmanned Aerial Vehicle）是无人飞行器的一种，简称无人机（UAV），它是由机体内部的飞行控制系统自主控制飞行任务，或者由飞机外控制器通过传送指令完成特定飞行任务的飞行器。飞行器内部无驾驶舱，但是由飞行动力装置，自动驾驶仪及程序控制装置组成。

随着科学技术的发展，无人机也能够完成以往只能由载人飞行器完成的任务，同时，无人机因其续航能力强，成本低廉，无人员伤亡等具备的载人飞行器不可比拟的优势，从而使无人机得到了广泛的应用。在军事方面，无人机除了可以完成电子干扰，对敌侦查，无线电中继等常规任务外，在危险恶劣的环境下，无人机还可以携带武器，例如：无人直升机不仅具备了直升机的共同优势，同时，因其垂直起降，自主悬停等独特的优点，无人直升机更适合在狭小的空间内进行飞行任务，在军事方面被广泛的应用在前沿阵地，舰船等狭窄的场地内起降，完成侦察敌情，勘测等任务\cite{yuyanping2010}。

在民用方面，无人机不仅可以应用到航拍技术，地形勘测，同时，还可以被用于抢险救灾，农业森林等方面。在很多载人飞行器无法直接操纵的环境中，无人机基于自身独特的优势，在地震抢险救灾，室内勘测等方面，常常担任空中机器人的角色。比如，新型的小型无人机因其成本低廉，结构简单，形状新颖，性能卓越以及独特的飞行控制方式\cite{liupeng2011},特别适合执行各种近地面环境的特殊任务。

\section{研究内容及论文结构}
本文研究目的是希望通过搭建飞行仿真平台，研究四旋翼无人机和固定翼无人机的飞行运动状态与姿态，从而提高飞行控制模型的鲁棒性。但是，现有的飞行仿真平台一般基于数值形态的计算，并不能够完全提供真实的三维视景仿真系统，从而不能够全面的反映出飞行控制系统的缺陷，具有一定的局限性。因此，本文基于开源的FlightGear飞行模拟软件，提供三维视景仿真系统，对飞机的飞行参数进行实时显示，同时，结合C++编程实现飞行摇杆设备对无人机飞行控制，直观真实的模拟飞行过程，有利于发现飞行控制系统的缺陷，从而使飞行仿真更加逼近真实的飞行情况。

在仿真平台搭建中，三维可视化的研究是非常重要的环节，可以对无人机的运动状态及总体结构进行直观显示\cite{lihaiquan2011}，从而实现实时显示无人机的飞行位置及姿态变化的效果，增加飞行仿真的真实性。飞行仿真实验平台对飞行器测试研究工作有重要的作用，不仅可以总结飞机的飞行规律，而且能够对飞机的性能进行评估，从而降低试飞的风险和成本，提高飞行的安全性。

基于以上内容，本文的论文结构主要由六部分组成，如图\ref{fig1}所示。
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\begin{figure}[!ht]
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\includegraphics[width=0.8\textwidth]{f1.jpg}
\caption{论文结构 }
\label{fig1}
\end{figure}


第\ref{preface}章：主要介绍问题提出的研究背景，研究内容及研究目的，从宏观的角度对本文进行概括，对问题进行概述。

第\ref{introduction}章：推导四旋翼无人机坐标系变换公式与介绍FlightGear软件基础，概述FlightGear 软件的运作流程。

第\ref{conclusion}章：总结建模过程中的创新点与改进之处，提出进一步研究的方向与进度，对未来的研究工作提出展望。