【应用】北醒激光雷达传感器助力无人机实现精准定高，安装简单、精度高

时间： 2020-06-08 来源：北醒

技术问答

无人机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。

图3 TF02 Pro无人机定高激光雷达参数

03.案例分析及产品选型

案例1分析

1、安装方式：TF02-Pro被安装于多旋翼无人机下方约30cm高度，为无人机提供精确的绝对高度信息。

2、工作方式：在6m以内高度采信TF02-Pro的测距信息，6m以上主要采信GPS等其他传感器信息，当无人机到达目的地，会在1m左右高度悬停进行物品抛投，无人机根据雷达反馈的高度信息维持在1m高度悬停，当抛投完毕，无人机飞回起点（配送点），下降到6m高度时，速度变慢，无人机会根据雷达高度数据缓慢下降直至完全落地。

客户收益

• 体积小、盲区小、安装极其灵活

• 探测频率、数据稳定性、精度高，解决GPS信号缺失、低空精度差的问题

• 有信号强度信息辅助飞控对数据做滤波

• 波束角小，复杂环境的指向精准度优于毫米波

案例2分析

1、安装方式：在航测多旋翼或固定翼无人机下方距离地面20cm高度安装1台TF02-Pro，为其提供地面的绝对高度。

2、工作方式：在无人机降落过程中飞控系统结合雷达的测距信息实时控制无人机的下降速度，直至无人机平稳落地。

客户收益

• 体积小、盲区小，安装极其灵活，支持Pixhawk

• 满足高空测距值稳定、精度高的需求

• 解决GPS信号缺失、低空精度差的问题

• 波束角小，复杂环境的指向精准度优于毫米波

案例3分析

1、安装方式：将TFmini-s安装于无人机下方，光源冲向地面。

2、工作方式：距离地面约5cm高度，实时探测无人机与地面的高度，飞控可以根据绝对高度信息、结合编队表演需要，控制不同无人机的上升、下降和悬停，从而组合出美观的图案。

客户收益

• 体积约5角硬币大小，安装简单，易于集成

• 探测频偏、数据稳定性、精度高，不受环境影响，室内外均可使用

案例4分析

1、安装方式：将TF03安装于驾校教练飞机翼下方，光源冲向地面。

2、工作方式：雷达作为辅助降落系统的一部分，为飞机提供机翼与地面的高度信息，在学员驾驶飞机将要着陆时，辅助降落系统会根据雷达的测距信息为学员实时播报飞机与跑道的高度信息，以便采取相关操作平稳地控制飞机。

客户收益

• 体积小，安装简单，易于集成，支持Pixhawk

• 解决GPS信号缺失、低空精度差的问题

• 波束角小，复杂环境的指向精准度优于毫米波

• 能在室外获取0.1~180m范围内高度信息

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