福岛核泄漏事件后，开发能够在高放射线环境下及狭窄封闭空间内进行精密且持久作业的机器人显得尤为重要。同时，在灾害频发的日本，随着机器人和无人机在灾害现场及基础设施检查中的广泛应用，对这些机器人和无人机进行有效操控的系统开发也备受瞩目。
为了应对这些严酷环境下的作业需求，如废炉作业、灾害探索与救援、物资运输等，日本福岛国际研究教育机构致力于机器人和无人机的研发。这些严酷环境不仅包括高放射线区域，还涵盖各种复杂且危险的场景。
在应对各种严酷环境下的作业需求时，如废炉作业、灾害探索与救援、物资运输等，日本福岛国际研究教育机构不仅致力于机器人技术的研发，还积极推进无人机技术的创新。这些严酷环境条件多样，包括无户外光线或能见度低的情况、高放射线辐射、电波通信阻断，以及在瓦砾上、泥泞中、森林内等地形状态下的作业。
该机构的未来目标是实现无线通信的同时，具备在电波中断情况下自主返回可回收地点的能力。同时，无人机方面也以高性能化为目标，如长时间飞行和高装载能力等。为了达成这些目标，机构计划进一步推进机器人和无人机的自主化和智能化研究，以及恶劣环境下所需性能的研发。此外，还将研究开发多个机器人和无人机协调作业的技术。为了更全面地把握全球范围内的研究开发动态，并为未来的研究指明方向，机构委托了日本机械学会等三个学会进行调查。其中，关于世界及日本最先进的无人机开发状况的调查，将重点聚焦于“全球最先进无人机开发的现状与挑战”这一核心议题。
第1章 旋翼无人机
1.1 旋翼无人机的机体形态
本节通过对世界顶级无人机的研究，结合过去几年全球权威学术杂志的文献资料，进行了深入的探讨。例如，在p.7中，我们详细分析了飞行稳定性和空气动力、结构稳定性，特别强调了H型无人机形态的优越性。同时，对p.8的非平型六旋翼、p.9的倾斜四旋翼无人机，以及p.11~12中介绍的具有自适应形态变化功能的无人机等进行了详尽的阐释，从而展现了当前全球最尖端无人机技术的发展现状与面临的挑战。
1.2 旋翼无人机的动力装置
本节内容是对旋翼无人机动力装置的一般性介绍，涵盖了马达、螺旋桨、电子速度控制器（ESC）、电池以及发动机等关键部件。虽然这些动力装置组件在不断进化，但本节并未深入探讨其最新进展。同时，对于公众已知的内容，我们进行了简要说明，而未涉及前沿的调查与研究。尽管为提升性能，相关领域已做出了诸多努力，并取得了显著的技术进步，但本节并未介绍这些最尖端的研究与开发成果。此外，关于混合动力推进、燃料电池等最新研究动态，以及未来面临的挑战，本节也未进行任何探讨。
1.3 旋翼无人机的空气动力学
本节内容聚焦于旋翼无人机的空气动力学，涵盖了经典与最新的研究成果。然而，这些内容大多为一般性的解说性内容，并未深入探讨尖端研究。尽管如此，我们也介绍了一些先进的措施，如螺旋桨的静音化等，但这些措施多数仍局限于国内研究领域，缺乏对全球动向的把握。此外，本节也未涉及未来课题的探讨。
1.4 旋翼无人机的Guidance（导）技术
本节内容主要围绕F-REI项目重点研究的自律化、智能化及群控技术展开。尽管其中涉及了作者对相关文献的评价，但遗憾的是，由于缺乏图表等直观展示，读者可能需要对参考文献进行额外检索以深入理解。在内容层面，本节探讨了障碍物回避、着陆、群飞行、移动体追踪与监视，以及机器学习等多个关键领域。尽管已对全球相关动向进行了广泛调查，但作者仍期望能更细致地阐述这些内容，为读者提供更全面的视角。
1.5 旋翼无人机的导航技术
本节同样聚焦于F-REI项目所关注的自律化、智能化及群控技术的深入探讨。通过图示与文字的详细记载，我们揭示了最新的研究成果，并力求确保内容的清晰易懂。特别值得一提的是，第51页中详细介绍了warm-LIO群飞行技术，第53页探讨了自主无人机导航的最新进展，而第54至56页则深入探讨了BarSLAM架构、DVS-RadarSLAM以及海洋导航中的量子技术等尖端研究。这些内容无疑为未来的技术发展提供了宝贵的启示，彰显了其深远的意义。
1.6 旋翼无人机的控制技术
本节主要介绍了无人机控制领域的一些通用技术，如PID控制、LQR控制、H∞控制等。同时，也涉及到了模型预测控制、反馈线性化控制、滑模控制等高级方法。此外，还探讨了关于干扰观察器的控制、自适应控制以及智能控制等前沿技术。然而，由于这些内容在无人机控制领域已属公认常识，因此本节并未过多涉及当前的世界动态和最新研究成果。
1.7 无人机的通信技术
本节内容深入探讨了无人机飞行中不可或缺的通信技术，涵盖了诸多尖端领域。其中，通信安全新技术的运用、无人机网络与区块链的融合、BCDAIOD框架的探索、SDN架构的创新，以及基于机器学习的架构和Fog/Cloud/Edge的分层结构等，均为当前世界范围内的前沿研究。这些内容不仅对无人机飞行安全至关重要，更展现了通信技术在无人机领域的深度与广度。
1.8 空中操纵技术
本节将深入探讨无人机作为飞行机器人在空中作业时的空中操纵技术。我们将介绍以上方为对象的操纵、以侧面为对象的操纵，以及以下方为对象的操作等多种空中操作方式。此外，还将涵盖其他先进的空中操纵技术。这些内容对于无人机在未来作为飞行机器人进行高效空中作业具有重要意义，同时，也展示了空中操纵技术的复杂性与多样性。
1.9 无人机的自律化与智能化
本节将深入探讨无人机作为飞行机器人的自律化与智能化技术。我们将概述F-REI重点研究课题中的自律化、智能化及群控的相关内容。同时，还将介绍EASA关于AI的路线图（AILevel）和Human-AITeaming的概念（EASAAIRoadmap，2.0），以及AI应用程序的生命周期、AI规则的结构。此外，我们还将探讨实现自律化的Autopilot的构成和ISO的路线图，并总结关于未来AI技术发展的挑战与机遇。这些内容对于无人机技术的进一步发展与应用具有重要意义。
1.10 旋翼无人机的应用
本节深入探讨了旋翼无人机在各个领域的应用。具体而言，涵盖了航空摄影、测量、检查、物流、灾害应对以及娱乐等众多用例，并对其进行了最新的研究解说。这不仅包括了一些众所周知的用例，还涉及了尖端领域的研究进展。在灾害应对方面，特别介绍了通过声音检测人、应对山火、洪水以及滑坡等紧急情况的最新技术。此外，还综合分析了过去五年左右的108篇最新论文，为读者提供了全面的参考。
第2章 固定翼无人机
2.1 固定翼无人机的机体形态
本节主要介绍了固定翼无人机的基本机体结构，包括主翼翼型、主翼平型、主翼安装位置等。虽然这些内容可能已被广泛知晓，但对其高性能飞行特性的探讨仍具有重要意义。此外，垂直尾翼的三维形状和降落装置的设计也是本节的重点内容。
2.2 固定翼无人机的推进装置
本节深入探讨了固定翼无人机的推进技术，包括最新的电动推进法飞机的分类和马达的技术动向。此外，还介绍了混合动力形式的概念图，并对其优缺点及未来展望进行了简要分析。这一领域的研究对于推动无人机技术的进一步发展具有重要意义。
2.3 固定翼无人机的空气力学
本节详细介绍了固定翼无人机在空气力学方面的研究进展。特别是抗侧风的机体形状、固定翼与旋转翼的涉问题等关键领域，进行了深入的探讨。这些研究对于提高无人机的飞行性能和稳定性具有重要意义。
2.4 固定翼无人机的GNC（Guidance，Navigation，Control）技术
本节详细讲解了固定翼无人机的自动驾驶GNC技术。涵盖了线性控制、非线性动态逆控制、神经网络控制等多种先进技术。此外，还介绍了耐故障御和在约有的地方着陆的deepstall御等关键技术，为读者提供了全面的技术视野。
2.5 固定翼无人机的起飞与回收方法
本节详细介绍了固定翼无人机在起飞和回收方面的技术。包括利用跑道、手投发射、弹射器发射等多种起飞方式，以及机身着陆、网络回收、降落伞回收等回收方法。这些内容对于无人机的安全性和效率至关重要。
2.6 固定翼无人机的应用拓展
本节进一步探讨了固定翼无人机在农业监测、森林火灾监测、管道监测等多个领域的应用。这些应用案例不仅展示了无人机技术的广泛适用性，还为未来的技术发展提供了新的思路和方向。
第3章 垂直起降（VTOL）型无人机
3.1 VTOL机特有的GNC（Guidance，Navigation，Control）技术
本节详细介绍了垂直起降（VTOL）型无人机特有的GNC控制技术。特别是针对垂直起降战斗机（VTOL）从旋翼模式到固定翼模式的转换问题进行了深入探讨。此外，还强调了耐故障性和冲突回避在引导和导航中的重要性。这一领域的研究对于推动VTOL技术的发展具有重要意义。
3.2 一般的垂直起降战斗机（VTOL机）介绍
本节详细介绍了2024年全球最新的垂直起降战斗机（VTOL机）情况，并对其机体规格和性能进行了详细分析。这些信息对于了解当前VTOL技术的最新进展具有重要意义。同时，还介绍了推进方面的优势和挑战，如混合动力飞机的发展情况等。
3.3 会聚平面技术的探讨
本节深入探讨了垂直起降机体的会聚平面技术。会聚平面是指机体螺旋桨倾斜的部分，具有倾斜机构的VTOL机总称会聚平面技术。这一技术对于提高VTOL机型的稳定性和效率至关重要。此外，还对倾斜转子机和倾斜翼机进行了介绍和比较分析，为读者提供了全面的技术视野。这一领域的研究仍具有很大的发展空间和潜力。
3.4 Coleopter机体的探讨与应用前景
本节介绍了被称为球墨铸铁风扇机的Coleopter机体情况及其在物流中的应用前景等关键信息虽然相关论文较少但该机体在姿态控制和稳定性方面仍具有很大的研究价值和应用潜力对于推动无人机技术的进一步发展具有重要意义此外还对其他相关内容如尾翼设计等进行了简要介绍和探讨为读者提供了全面的视角和信息资源
第4章 水下与水上无人机技术
4.1 水下无人机的特点与应用
本节主要探讨了水下无人机的独特之处及其在各个领域的应用。水下无人机，或称为潜水无人机，具有在水中进行长时间侦察、监测和探测的能力。它们被广泛应用于海洋科学研究、水下资源勘探、环境监测以及军事领域等。同时，随着技术的不断发展，水下无人机在操作便捷性和功能多样性方面也取得了显著的进步。
4.2 水上无人机的技术解析
本节则主要对水上无人机技术进行了深入剖析。水上无人机，或称为水面无人机，是指能够在水面上起降和进行作业的无人机。它们利用先进的推进系统和飞行控制技术，实现了在水面上的高效飞行和作业能力。同时，水上无人机还具有诸多优势，如操作简单、机动性强以及适应各种复杂水域环境等。这些特点使得水上无人机在海洋渔业、水上交通管理以及环境监测等领域具有广阔的应用前景。
4.3 水下与水上无人机的融合发展
随着技术的不断进步，水下与水上无人机技术正在逐渐融合发展。这种融合不仅体现在硬件设备的改进上，更体现在软件算法和数据处理技术的提升上。通过这种融合发展，水下与水上无人机能够更好地适应复杂多变的水域环境，实现更为高效和智能的监测与作业能力。同时，这也为水下与水上无人机的进一步应用带来了更多的可能性。
4.1 水下与水上无人机的GNC技术与通信技术
本节将深入探讨水下与水上无人机所涉及的GNC（Guidance, Navigation, and Control）技术和通信技术。这些技术是无人机能够精准执行任务、实现远程操控的关键。同时，本节还将概述ROV（Remote Operated Vehicles）的系统构成及其在通信和控制方面的应用，为读者提供全面的技术视角。
4.2 远程操作型ROV的国内研究动态
本节将聚焦于国内在远程操作型ROV方面的研究进展。这类ROV通过远程操控实现水下侦察、监测等任务，其系统构成和控制方式将进行详细介绍。同时，还将提及福山大学研发的履带式ROV，展示其在水下移动和作业方面的独特优势。
4.3 “自律型”水下无人机的多样化形态与功能
自律型水下无人机（AUV）根据其形状和功能可分为多种类型，如法行型、悬停型和滑翔型等。此外，还有生物模仿型、可着底移动的车轮型和履带式等创新设计。本节将介绍这些不同形态的AUV及其在海洋科学研究、资源勘探等领域的应用。
4.4 水空合体无人机：一种创新的水下无人机技术
本节将探讨一种新颖的水下无人机技术——水空合体无人机。这种无人机在空中无人机飞行到目标水域后着水，将水中无人机分离并通过电缆连接，实现水上和水中协同作业。其独特的设计思路和实用性将得到详细解读。
4.5 水上无人机技术的国际竞争与发展趋势
水上无人机领域是全球范围内激烈竞争的领域之一，世界最先进的技术已经发展到令人瞩目的程度。本节将介绍ASV（Autonomous Surface Vehicle）技术及其在国际上的发展动态，为读者展示这一领域的全球竞争格局和未来发展趋势。
第5章 极限与特殊环境下的无人机传感器技术
本章将深入探讨在极限与特殊环境下，无人机所采用的传感器技术。这些传感器技术对于无人机在复杂环境中的精准定位、稳定飞行以及高效执行任务至关重要。通过详细介绍不同类型的传感器及其工作原理，读者将能够全面了解无人机在面对极限与特殊环境挑战时的技术应对策略。
5.1 无人机的传感系统
本节深入探讨了无人机在各种环境中的传感系统。书中详细介绍了无人机用传感器的电磁波频谱，以及高速照相机、活动照相机等关键传感器的工作原理。此外，还探讨了极限环境下传感技术的挑战，如雨、雾和干扰光的应对策略。同时，介绍了视觉、惯性综合位置估计的VIO技术，以及传感器融合的位置估计等新兴算法，为无人机在复杂环境中的精准定位提供了有力支持。
5.2 极限环境下的GNC技术
本节聚焦于极限环境下的GNC技术。书中介绍了Flexrotor、AeryonLab等先进的GNC系统，并探讨了基于事件摄像机的物体跟踪算法、liquidNeuralNetwork等前沿技术。此外，还介绍了群飞行技术、PilotFree3DMapping等新兴应用，展示了无人机在极限环境下的卓越性能。
5.3 极限环境与特殊环境下的无人机应用案例
本节通过多个案例，详细介绍了无人机在极限环境与特殊环境中的应用。包括高放射线环境下的核电站事故建筑物内飞行无人机、宇宙探测用飞行无人机、高粉尘环境下的无人机、高电磁场下的无人机等。这些案例不仅展示了无人机技术的广泛应用，也为其在复杂环境中的进一步发展提供了宝贵经验。
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