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RLM-S12应用于植保无人机

2016/8/1 17:21:01      点击:

    

     目前无人机高度测量所用的传感器一般为气压高度计、GNNS(全球定位系统)及IMU(惯性测量单元),多数无人机利用融合技术,将以上传感器数据进行融合实现无人机高度的测量及定高飞行控制。

        然而在旋翼无人机在田间进行低空飞行时,由于农田作物冠层结构而造成的复杂地效、无人机机动以及大气温度均会对气压高度计的测量产生影响,此外GNNS提供的高度数据的精度也难以满足超低空稳定飞行的要求,从而使得飞行的稳定性难以保证。而且以上测量系统均为绝对高度检测,无法对田间无人机与作物之间相对高度进行检测,目前仍缺乏适合复杂农田环境下(海拔不同、地理位置不同、作物种类不同)作业的微小型农用无人机的高稳定、高可靠性的自主飞行控制系统,以适应田间超视距、超低空、随时起降等特殊要求。

 -繁杂的测距传感器-

       随着测量技术的发展,测量手段也不断丰富,诸如伺服垂直加速度计、无线电高度表、SAR(合成孔径雷达)、红外、微波、声呐、激光及RGB-D等测距传感器在无人机领域得到了广泛的应用。
       RGB-D:基于结构光或TOF(飞行时间)原理可直接获取目标表面完成定高飞行,然而测量结果会受到光照等因素影响,同时较高的功耗及对处理器性能需求的高门槛约束了其在农业喷洒中的使用。
       伺服垂直加速度计:积分获取高度信息,精度相对IMU更高。然而测量数据仍会漂移,也无法感知地表的变化。
       无线电高度表:通过传播电磁波进行高度测量,而电磁波易受到环境因素的干扰。且目前市面上开发的无线电高度表体积、质量、成本无法满足农业无人机的要求。
       红外:可利用TOF获取距离信息,距离分辨率低,角度分辨率高。然而其测量距离近,精度不高,方向性也一般,同时光照等因素也会影响其测量的距离及精度。
       声呐:声纳也是无人机测量高度的一种重要传感器,精度可达厘米级。然而因为测量原理的原因导致其数据刷新率较低,同时近地面时测量数据会出现明显的跳变。此外空气、温度等也会对其测量精度产生较大的干扰。
       微波测距:定向传播及反射性能介于超声波和激光之间,其高端部分即为毫米波。然而其数据的稳定性有待提高,尤其是无人机起降时的数据跳变较大。
       激光测距:利用脉冲激光或连续波激光进行测距,可获得较高精度(毫米级),同时具有很好的角度和距离分辨率,然而传统激光测距传感器价格比较昂贵。
       农用旋翼无人机因其作业环境的特殊性,同时为了保证无人机在喷洒时的作业时间尽可能长,搭载药物尽可能能多,飞行状态尽可能稳定及整机的成本尽可能低,因此其机载传感器应具有如下特点:体积小、质量轻、功耗低、成本低及稳定性高。
 -新的契机-
       上海誉煊电子自主研发的激光测距模块,其具有距离测量较远、数据刷新率高、测量精度高及受室外环境影响小等优势,配合GNNS、气压高度计及IMU等传感器,可以实现无人机在农田中稳定的定高喷洒作业,成为无人机在农业应用中的最大助力。
       此外,除了田间的定高飞行外,无人机的自主起降也是田间自主作业的重要功能,相对于手动起降,自主起降更加安全可靠,同时对操作人员的要求更低。而此时对高度测量的要求就相当之高,自主起降时,不同的高度下,无人机的升降速度是不同的,接近地面时,厘米级的高度误差对无人机来讲都是致命的。
       诸如声呐及微波等类似测距传感器,在无人机接近地面时会出现较大的数据跳变,跳变的程度随着无人机载重级别的增加而增大,因此会给自主起降带来危险,甚至会导致摔机的发生。而激光传感器则不会受此影响,完全可以保证起降过程中的数据准确稳定。
       结合激光传感器的高频率的数据刷新率,通过改装可以实现2维甚至3维的作业表面勘测,实现更加稳定及有针对性的测量,可进一步提升喷洒作业的性能。
       近年,随着电子元器件行业的井喷式发展,带动了测量传感器新一轮的成本革命,使得原有保持高价格的测距传感器出现了价格上的松动。尤其是一些低成本的激光测距解决方案,在维持测量精度,并保证测量距离及数据刷新率的基础上,实现了成本的大幅下降,这使得旋翼无人机在农业作业中定高飞行的发展出现了新的契机。
       随着激光测距成本的进一步降低,其在无人机农业喷洒中必将进一步普及,成为解决农业喷洒关键问题的重要一环!
  
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