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无人机如何实现精准定高及其控制方法

2020-08-17

无人机（UAV：Unmanned Aerial Vehicle）按照技术特征分类，可分为固定翼无人机、多旋翼无人机、复合翼无人机和无人直升机，这些无人机都是通过无线电遥控技术及自身控制系统实现飞行的不载人航空器。大多数无人机在接近或降落到地面的过程中，需要得到与地面的绝对高度信息，来维持恒定高度的飞行或安全稳定的降落。人为操控无人机难度较大，GPS存在信号丢失、精度差等问题，采用北醒激光雷达传感器可以克服这两种操作的技术难点，辅助无人机实现精准定高或稳定降落。

图1 激光雷达定高示意图

01 无人机定高应用描述

北醒激光雷达传感器是一种高频发射近红外光的低功耗、高精度、小体积的测距模块，将其安装在无人机下方，可以实时探测雷达到正下方地面的距离信息并反馈给无人机，使无人机在下降过程或悬停过程中，可以及时调整下降速度或飞行高度。

具体表现在，当无人机在高空飞行时，激光雷达会输出一个极大值或0，此时主要采信GPS数据。当无人机快速下降过程中，主要采信激光雷达输出的距离信息，数据会由一个较大值逐渐减小。此时采用激光雷达定高的过程是灵活且安全的，飞控系统会根据预设的高度信息，结合激光雷达的距离数据，实时调整飞机上升或下降，当激光雷达输出的距离值大于设定高度时，无人机将下降，反之则升高，从而维持在一个恒定的高度飞行。最后激光雷达将辅助无人机缓慢下降直至平稳落地，避免坠机风险。

图2 激光雷达定高示意图

02 激光雷达定高优势

测量精度高

测距量程远

探测频率高

成本低于毫米波

互相干扰影响小

波束角度小，指向精准

体积小重量轻，易于安装集成

北醒TF02-Pro激光雷达为例，净重50g，重量仅为毫米波雷达的3/5。在无人机下降至低空40-0.1m范围内，通过100Hz高频探测，可辅助无人机快速反馈地面高度。相较于超声波测距传感器，不易受复杂环境的多次回波干扰，且无探测延时。3°波束角使无人机在定高时，不易因波束过大，探测到地面其他干扰物体而产生误报。