第一章 关于本书

1.1 一本不仅关于无人机的书

2012年城堡在美国端盘子，美国餐厅里的服务员是与餐桌挂钩的，菜鸟员工一般只负责一两张桌子，老员工或能力强的服务员会被指派负责更多的餐桌，负责餐桌的数量将直接决定收入的多少。因为美国服务员的收入中仅有一小部分来自于餐厅定期支付的时薪，绝大部分来自于顾客的小费。城堡对这份工作是有期盼的，去餐厅打工希望收入至少能抵消日常花费，最好可以有富余给家人和女友买些礼物，因此这份工作的目标从一开始就非常明确：钱。这必须通过负责更多的餐桌，调到更好的工作时间，接待更多的顾客才能实现。

然而城堡的第一份工作竟然是给老员工整理餐桌……这和增加收入没有任何直接关系啊！而且这份工作是如此枯燥乏味：收拾客户吃剩的盘子，擦桌子，摆配料，摆餐具……也许是看到我的工作状态不好，也许只是无意之中，一位同事——大卫，在休息时间走过来对我说：“Yorx（城堡的英文名），你知道这份工作对我而言，最大的吸引力在哪里么？”这个突如其来的问题让我有些不知所措“呃，收入？”“不，我最喜欢能够布置自己的餐桌，你看，虽然这个餐厅不是我的，但是有四张我专门负责的桌子，它们就是我的领地，我的地盘，我就是这四张桌子的……呃，老板（我怀疑他最初是想用‘国王’这个词），我能够把它们布置得很好，然后看着顾客开心地用餐，没有人能在这里对我指手画脚，就是经理也不能。”他说到这里时声音异常洪亮，经理办公室里的人一定听得清清楚楚，“当然，如果搞得不好，破产的也是我，但这正是最有趣的地方，不是吗？”。

大卫的一席话给我带来了很多思考，我开始关注对自己“领地”的照顾，开始注意不同文化的交流方式，开始了解美国餐厅的管理模式，开始与同事们一起出去聚会，享受生活。

我开始理解到同样的一件事情能够获得不同的收益，而这不同之处完全取决于我们对待它的态度，这样的观点让年轻时的我兴奋不已，似乎每一件小事都变为一座宝山，好的寻宝者总能获取更多的收获。

本书是一本关于无人机的书，但希望能够给大家带来的收获不仅仅停留在无人机的范畴，有多少读者的工作与无人机直接相关呢？有多少读者每天都在使用无人机呢？城堡相信不会很多。但是我们每天都会使用与无人机相关的各种知识：物理公式、数学公式、软件程序、算法实现、硬件系统设计等。这些抽象的内容在课本中让我们摸不到头脑，这些公式在实际产品中是如何使用的呢？这些算法对于机器人系统有什么重要作用呢？这些用数学符号拼凑起来的文字如何在工程中实现呢？现在我们有了一架看得见摸得着的无人机，在这个实际的系统中各种力与力矩的公式每时每刻都在发生作用，各种控制算法都通过程序写进了芯片中，并真实地控制着它进行定点飞行、轨迹跟踪、目标识别等等。这些有用的知识都将通过无人机呈现在我们的面前。

任何一个行业都在不断变化，无人机行业也是如此，新的硬件，新的技术，新的算法，新的实现方式，新的产品模式总会层出不穷，如果我们的收获仅仅停留在当下的无人机技术、产品、工程、算法中，这些知识在未来能有多大的效用呢？并非要否定这些知识的益处，如果我们不知道加减乘除也很难掌握微积分或拓扑学，但是很显然只掌握加减乘除对于学习微积分而言是远远不够的。因此本书将会涉及无人机的原理、技术、算法实现等内容，但更重要的是通过这些来收获更多有着长远价值的内容：如何去理解理论公式？如何在工程项目中使用理论公式？如何通过理论来理解实际系统（比如无人机系统）？如何建立自己的知识体系？如何判断技术的发展方向并做好准备？等等。这些收获并不会随着时间的变化而被淘汰，并能让我们不断改善自己的职业和生活。

1.2 内容的核心是问题

1.一个令人讨厌的名词：问题

“问题”这两个字往往不被当作正面词汇，当我们说起“他的项目出现问题了”“他这个人有问题”“你到底有什么问题”时是不会感到开心的。我们希望没有“问题”，虽然我们的教育中也在某些方面鼓励学生提问，但这些问题大多不是关于“为什么”，而是关于“怎么解决”。在我们的意识里最好的状态是“没有问题”，问题是要被“消除”的，是要被“解决的”，因此最省力的办法就是不要“提出问题”。

轻松的事情与错误的事情不同，但有趣的是这两者在很多时候是相互吻合的，就好比更加困难的事情往往更有意义，很容易让人联想到尼古拉斯·凯奇著名电影“天气预报员”里的经典台词：“你知不知道：难做的事和应该做的事往往是同一件事？凡是有意义的事都不会容易。成年人的生活里没有容易二字。”

到底是提问题更难呢，还是解决问题更难呢？这可真是一个复杂的哲学问题，但事实上没有人能够解决所有的问题，任何一个老问题的处理都会带来更多的新问题，正如古希腊哲学家芝诺的名言“你知道的越多，你会发现自己不知道的更多”。我们与真理的距离就像圆周率后面不断出现的小数一样永远不能消失，但提问题，却能够让我们不断接近真理。

“发现问题”是任何一个理工科工程师、研究人员、从业人员及在校学生必须重视的技能。缺乏“发现问题”的能力与欲望会在很大程度上限制我们事业的发展。试问如果“没有问题”，那为什么还要创新呢？为什么还要进步呢？为什么还要努力呢？如果我们诚实一些，就会发现这个世界上并不存在“完美”的产品、个人和技术，因此“没有问题”既是懒惰的，又是骄傲的，一个同时具备懒惰和骄傲的个体是无法取得进步的。“提问题”不是前进道路上的绊脚石，而是求索与进步的必经之路。

2.一道不为填饱肚子的菜肴

在城堡本人接受的教育历程中，老师的角色大多是答案的提供者。这和我们对于书籍的定义与期盼很类似，一本书应该是提供了满满的“答案”，最好能够覆盖很多在看之前都没有考虑过的问题，而且这些答案一定要新颖、简单、明快、直接、可操作性强。现在有了对这一类内容的统一称呼：“干货”。我们喜欢干货就如同我们喜欢快餐一样，吃下去就能填饱肚子，至于有多少最终被排出体外，有多少为身体提供营养？这是另一个问题，问题都是无聊的，还是填饱肚子最要紧。

如果将书看作一道菜肴，城堡看重的不在于能够让大家吃下多少东西来填饱肚子，而在于最终有多少能够被读者消化吸收，产生有益于成长的营养。“答案”的灌输能够提供满满的饱腹感，而“问题”提出与解答的整个流程更有助于大家对养分的吸收利用。因此本书在后面的所有内容中都会不断抛出问题，有些问题会在对应的章节中给出答案，有些问题需要读者慢慢思考。

希望我们能够在这个快节奏、快收益、快处理的时代中一起感受一下探索的自由和乐趣。

1.3 章节介绍

本书由三篇，共七章组成。

第一篇“热身”侧重挖掘本书对读者的价值。第一章的内容主要关于本书的写作目的，内容核心，内容介绍，使用建议等。第二章着重从职业属性层面构建无人机与读者的关系。

第二篇“认识无人机”从无人机发展历史和不同机型的实际系统出发，帮助大家从最直观的资料中培养对无人机的“感觉”。第三章从无人机历史和数据系统两个视角审视无人机。第四章从机身结构、动力与姿态控制等角度描述固定翼无人机、直升机型无人机、多旋翼无人机、涵道无人机、自转旋翼机等飞行器。

第三篇“了解无人机”结合实例与代码给出硬件系统和开发中使用的理论知识。第五章介绍了无人机系统中常见的硬件组成及各个部分的功能、参数等，并在最后一节结合前述内容给出了小型多旋翼无人机的基本设计流程。第六章介绍无人机系统涉及到的坐标系，姿态描述方法，数学模型，控制概念与控制算法的代码实现等。第七章把视角从无人机延伸至与读者工作、生活、学习相关的内容，其中既包括城堡的个人建议也涵盖对一些工具、资源的介绍。

1.4 如何使用本书

1.无处不在的问题

本书会在每部分内容的开头、中间、结尾提出数目不一的问题，建议读者在阅读过程中不断思考这些问题，结合书中的内容形成自己的观点，并通过对实际系统的观察、搭建等来体会解答的实现过程，不断丰富自己对无人机的感触，并形成属于自己的答案寻求模式。

2.讨论与交流

一本好书不应该在读完最后一页后戛然而止，欢迎各位读者在阅读过程中或完成阅读内容后与城堡分享心得，讨论问题，大家可以在知乎或城堡的微信公众号中通过私信或留言的方式将问题提供给城堡。事实上本书的很多内容都是与专栏或公众号读者讨论的结果。

城堡会将好的问题或讨论以具名方式通过专栏文章或者知乎Live与更多读者分享，甚至会写入到后续的新书中。传播知识与观点不是某一个人的专利，你、我、他，我们每一个人都有权利与责任让更多人接触到好的观点与想法。