为什么雷达高度计备受无人机青睐? | 技术文章 | 关于纳雷 | 纳雷科技-凯发k8官网下载客户端中心

发布时间:2016-04-08 点击数:5028

无人机高度计所面临的挑战:

无人机高度计分为绝对高度测量高度计和相对高度测量高度计两种类型,绝对高度测量的是相对海平面的绝对高度,一般用于高空飞行的无人机平台,主要包括气压高度计和gps高度计,相对测量的是无人机平台距离地球表面的相对高度,一般用于低空无人机平台,主要包括超声波高度计、激光、毫米波雷达高度计,目前业界主流用的是超声波高度计,本文重点分析超声波和毫米波雷达高度计。

表1无人机高度计分类

高度计 实现原理 高度 精度 适应场景 优点 缺点

gps

卫星定位

地面3万km以上

>10米

绝对定高    

绝对高度计定高

误差相对较大,低空复杂环境干扰较大       

气压计

大气气压

-200 m~ 10000 m

±10 m

绝对定高

绝对高度高

受干扰较大

超声波

声呐

0.5-3m

<±10 cm

相对定高

成本很低

测距距离短

红外激光

tof 三维建模  

<50m

<±6cm

相对定高

暗光条件下很灵敏,效果较好

干扰大,强光效果很差,成本很高

毫米波雷达    

调频连续波

50m

<±10 cm

相对定高

精度高,全天候

小量购买成本略高

为什么植保无人机要对地形进行追踪:

植保无人机与农作物的距离要求最低保持在1-2m的固定高度,同时无人机不受地形和高度限制,根据地形情况自动定高,调整高度,自动规避障碍物,同时要求精度较高,一般精度不低于20cm,使用环境相对恶劣环境等特点,满足农药喷洒适合的距离,达到均匀和高效喷射。

超声波高度计:

超声波高度计原理简单、使用方便,成本也很低,主流无人已经初步试装,但是由于超声波本身的一些特性,使得超声波高度计在植保无人机、快递无人机等无人机领域适应性不强,主要原因如下:

1、不适合植被覆盖地形:由于超声波频率一般在40khz~45khz左右,波长远大于植被的几何尺寸,因此很容易穿透植被,因此,超声波高度计不太适合于森林、耕地等植被覆盖地形。而毫米波雷达高度计可以根据需求选择合适频段满足不穿透树叶、穿透树叶但不穿透树干、穿透树叶和树干直达地面等不同应用需求,适应性更好。

2、作用距离短:超声波高度计作用距离一般不超过5m,特殊场合使用的超声波高度计可达23m甚至50m,但是距离越远,数据率就越低,就越难以达到无人机平台的应用要求。所以,超声波高度计一般用于飞行高度较低的航拍无人机。

3、抗干扰能力稍差:虽然多数超声波传感器的工作频率为40khz~45khz,远高于人类能够听到的频率。但是周围环境也会产生类似频率的噪音。比如,电机在转动过程会产生一定的高频,轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音,机器人本身的抖动,这些都会引起传感器接收到错误信号。

激光测距传感器工作原理:

激光测距传感器:先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器,被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器,因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间,即可测定目标距离。
1、激光测距的优点是精确,缺点是需要注意人体安全,而且光学系统需要保持干净,否则将影响测量;
2、激光测距传感器在户外使用肯定是会受雨雾天气影响的,特别是在喷洒农药也会有一定的影响;
3、水面反射影响较大,当无人机在水稻地、水面飞行,由于水面的反射,影响较大;
4、玻璃墙面反射和穿透也受一定的影响。

毫米波雷达高度计:

毫米波雷达通过发射波与目标回波的频率差计算目标的距离、速度、角度等信息。下图为安装在无人机平台上毫米波雷达高度计工作原理。

 

其中:光速为3x10^8m/s。后端信号处理模块利用多普勒原理提取回波可以实时获取目标的精确信息如:高度、速度、角度。
毫米波雷达发射波形示意图如下:

当地表粗糙度远小于波长时进行镜面反射,地表粗糙度远大于波长时进行漫反射,一般情况下既有镜面反射又有漫反射,因此电磁波可以工作在各种地形条件下,增加了毫米波雷达的应用范围。同时可以根据应用需求灵活设计天线辐射角度,满足检测目标范围的需求。天线采用泰勒算法对方向图进行低副瓣综合,具有很强的副瓣抑制比,使高度计不容易受地面移动目标的干扰,可提高雷达的探测性能。


1、毫米波雷达精度高:由于工作频率高,可以利用大的信号带宽提高距离、速度的测量精度与分辨能力,并能精确的分析目标特征。纳雷nra24毫米波雷达在0.1-50米的范围内,测量精度±2cm,是uav平台垂直起降(vtol)和悬停的理想传感器;
2、抗干扰能力强:毫米波雷达具有较强的抗电子干扰和抗杂波干扰能力,并具有高度可靠性的特点;
3、环境适应能力强,无论是雾天,水面、玻璃面都有很好解决。

毫米波雷达高度计推荐:

纳雷科技的nra24是一款微型化毫米波雷达高度计,通过发射高频连续波 ,并接收回波信号测量目标高度分布与变化信息。nra24采用24ghz ism频段,2cm精度,具有穿透烟、雾、灰尘的能力,且体积小,集成化程度高,感应灵敏、安装灵活,可以实现全天候,全天时应用,满足无人飞行平台 (无人机/uas)直升机、小型飞艇等多领域应用需求。该款产品是国内目前唯一一款量产的毫米波雷达高度计,产品性能得到众多凯发k8官网下载客户端中心的合作伙伴的高度认可。

无人机高度计选型建议:

综合上述分析,对于个人航拍无人机等超低空作业的廉价无人机(价格低于5000元)、对测高性能要求不高,超声波高度计是比较理想的选择。对于行业无人机,对环境比较复杂场景下,比如植保无人机,快递无人机,测绘无人机,毫米波波雷达高度计已经是不可缺少的配置,不同用途的无人机需要根据无人机自身的技术需求,量体裁衣,选择自己合适的高度计。



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