1. 课程导入与自主起降任务界定

无人飞行器（UAV）的自主起降，是指从起飞准备、离地爬升、进场下滑、触地/回收，到发动机关停或旋翼停转的整个过程中，飞行器在无需人工直接操纵舵面或油门的前提下，依靠机载感知、导航、控制与决策系统完成姿态稳定、轨迹跟踪、能量管理与安全保护的能力。它并不是“遥控起降的自动化包装”，而是把起降阶段中原本由飞手承担的判断——现在能不能起、往哪条路径落、风有多大、偏差怎么修、什么条件下必须复飞——转化为可计算、可验证、可复现的机载逻辑。

从控制系统的角度看，自主起降至少包含四个相互耦合的子系统：感知与状态估计（相对地面/甲板的位置、速度、姿态、高度）、制导与轨迹生成（下滑道、速度剖面、触地点约束）、控制律与执行机构（姿态/速度/位置闭环，舵面、电机、刹车）、健康管理与安全决策（故障检测、复飞/中止判断、应急回收）。四者缺一不可：只有控制律没有可靠相对导航，起降会“稳而不准”；只有轨迹没有能量管理，会出现拉平过晚或接地速度过大。

1.1 典型场景与任务差异

不同场景对自主起降的要求差异极大，不能套用同一套参数。固定翼在跑道起降时，关注的是滑跑方向保持、抬前轮速度、接地垂直速度与刹车距离；多旋翼在野外起降时，关注的是地面平整度、下洗流对沙尘的扰动、触地瞬间的垂直速度；舰载或车载移动平台起降，则额外引入平台运动补偿与相对坐标系的时变问题。下表给出三类典型场景的关键差异，便于后续章节按场景选择控制策略。

这些数字是工程中常见的示例性指标，实际型号需根据结构强度、起落架行程、任务风险等级重新标定。课程后续会给出指标分解与验证方法，而不是直接照搬。

1.2 控制目标与安全边界

自主起降的控制目标可以概括为“准、稳、柔、安”四个字：准——触地点与期望点偏差小；稳——下滑/爬升过程中姿态与速度波动小；柔——接地瞬间垂直速度与过载在结构允许范围内；安——任何异常都能触发复飞、中止或应急回收。四者之间存在权衡：过分追求“准”可能导致末端修正过猛，反而增大接地垂直速度；过分追求“柔”可能拉长拉平段，增加受风扰动时间。

安全边界通常由三组参数界定：包线边界（速度、高度、姿态角、角速率）、环境边界（风速、风向、能见度、地面坡度）、系统边界（导航精度、链路延迟、电池/燃油余量）。当任一参数接近边界时，系统应降级或中止，而不是“再试一次”。例如，多旋翼在触地前若水平偏差持续大于0.5 m且无收敛趋势，应触发复飞；固定翼在决断高度以下若下滑道偏差超限，应执行复飞而非强行接地。

1.3 课程整体路线

本课程共30章，按“任务界定 → 建模 → 感知 → 制导 → 控制 → 安全 → 验证”的主线组织。第1章建立任务边界与术语；第2–6章讲动力学建模、坐标系与相对导航；第7–12章讲下滑道/拉平轨迹生成与速度剖面；第13–18章讲姿态/位置/速度控制律与执行机构；第19–24章讲故障检测、复飞决策与应急回收；第25–30章讲仿真、试飞验证与典型场景综合。每章都会给出可复现的示例参数、判断依据与结果观察方法，而不是停留在概念层面。

学习本课程时，建议始终带着三个问题：这个环节的输入是什么？输出是什么？什么条件下判定它“做对了”？例如，拉平段的输入是高度与垂直速度，输出是期望推力/桨距，判定依据是触地垂直速度是否落在0.2–0.3 m/s区间且水平偏差收敛。把这三个问题贯穿30章，就能把“自主起降”从一句口号变成可设计、可调试、可验证的工程能力。