近年來無人機(jī)市場飛速增長，消費(fèi)類無人機(jī)也越來越受歡迎，例如無人機(jī)多用于拍攝震撼的片段、運(yùn)送救援物資，其中多數(shù)無人機(jī)使用各種傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、碰撞檢測。隨著無人機(jī)的功能不斷增加，GPS傳感器、紅外傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器越來越多地被用到無人機(jī)上。而你又是否知道，眾多傳感器中超聲波傳感尤其有助于無人機(jī)著陸、懸停、地面跟蹤。
超聲波原理
超聲波可以穿過各種介質(zhì)（氣體、液體、固體）來檢測聲阻抗不匹配的物體。聲速是聲波在彈性介質(zhì)中傳播時每單位時間的距離。例如，在20°C (68°F)的干燥空氣中，聲速為343米每秒（1,125英尺每秒）。空氣中的超聲波衰減隨著頻率和濕度的增加而增加。因此，由于過度的路徑損耗/吸收，空氣耦合超聲波通常被限制在500kHz以下的頻率。
為什么要將超聲波感應(yīng)用于無人機(jī)著陸、懸停、地面跟蹤？
無人機(jī)降落輔助是無人機(jī)所具有的一項(xiàng)功能，可以檢測無人機(jī)底部與著陸區(qū)域的距離，判定著陸點(diǎn)是否安全，然后緩慢下降到著陸區(qū)域。盡管GPS監(jiān)測、氣壓傳感和其他傳感技術(shù)有助于著陸過程，但在這個過程中，超聲波傳感是無人機(jī)的主要和準(zhǔn)確的判斷依據(jù)。大多數(shù)無人機(jī)中還有懸停和地面跟蹤模式，主要用于捕捉連續(xù)鏡頭和陸地導(dǎo)航，其中超聲波傳感器有助于將無人機(jī)保持在高于地面的恒定高度。
無人機(jī)地面跟蹤和著陸的共同要求是能夠可靠地檢測到距離地面5米高的距離。假設(shè)信號調(diào)節(jié)和處理正確，40-60kHz范圍內(nèi)的超聲波傳感器通常可以滿足這個范圍。
超聲波傳感可以檢測其他技術(shù)難以解決的的表面。例如，無人機(jī)經(jīng)常會遇到建筑物上的玻璃窗和其他玻璃表面。光傳感技術(shù)有時會穿過玻璃和其他透明材料，這對無人機(jī)懸停在玻璃建筑物上造成困難。超聲波則能夠可靠地反射出玻璃表面。
雖然眾多的傳感技術(shù)可以檢測物體的接近程度，但是超聲波傳感可在無人機(jī)著陸時的探測距離，然而無人機(jī)下降的時候必須考慮與地面的實(shí)時距離。每一克無人機(jī)的機(jī)身重量都能影響無人機(jī)能在空中的續(xù)航時間，Maxbotix設(shè)計的無人機(jī)超聲波傳感器 XL-MaxSonar-WR系列 - MB7052具有高性能、小體積、低成本、易于使用和輕量級的特點(diǎn)。我們推薦無人機(jī)超聲波傳感器重約5.8克。這款無人機(jī)超聲波傳感器在方案成本以及不同表面的可靠性方面良好運(yùn)行
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無人機(jī)應(yīng)用日趨廣泛避障技術(shù)實(shí)現(xiàn)有哪些方式？接著我們在了解一下傳感器在無人機(jī)避障中的應(yīng)用
避障技術(shù)作為增加無人機(jī)安全飛行的保障也隨著技術(shù)的發(fā)展日新月異。「避障功能」作為無人機(jī)在飛行過程中，通過其傳感器收集周邊環(huán)境的信息，測量距離從而做出相對應(yīng)的動作指令，從而達(dá)到「避障」的作用，帶來的直接的好處就是，以往一些人為疏忽造成的撞擊，現(xiàn)在都能經(jīng)由避障功能去避免，既保障了無人機(jī)飛行安全的同時，也避免了對周圍人員財產(chǎn)的損害，讓飛無人機(jī)的門檻進(jìn)一步得到了降低。目前，無人機(jī)的避障技術(shù)中為常見的是超聲波傳感器、紅外線傳感器、激光傳感器以及視覺傳感器。
超聲波避障：
超聲波其實(shí)就是聲波的一種，因?yàn)轭l率高于20kHz，所以人耳聽不見，并且指向性更強(qiáng)。
超聲波測距的原理比紅外線更加簡單，因?yàn)槁暡ㄓ龅秸系K物會反射，而聲波的速度已知，所以只需要知道發(fā)射到接收的時間差，就能輕松計算出測量距離，再結(jié)合發(fā)射器和接收器的距離，就能算出障礙物的實(shí)際距離，如下圖所示。
超聲波測距相比紅外測距，價格更加便宜，相應(yīng)的感應(yīng)速度和精度也遜色一些。同樣，由于需要主動發(fā)射聲波，所以對于太遠(yuǎn)的障礙物，精度也會隨著聲波的衰減而降低，此外，對于海綿等吸收聲波的物體或者在大風(fēng)干擾的情況下，超聲波將無法工作。
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紅外線傳感器避障
無人機(jī)避障上的應(yīng)用，紅外線避障的常見實(shí)現(xiàn)方式就是「三角測量原理」。
紅外感應(yīng)器包含紅外發(fā)射器與CCD檢測器，紅外線發(fā)射器會發(fā)射紅外線，紅外線在物體上會發(fā)生反射，反射的光線被CCD檢測器接收之后，由于物體的距離D不同，反射角度也會不同，不同的反射角度會產(chǎn)生不同的偏移值L，知道了這些數(shù)據(jù)再經(jīng)過計算，就能得出物體的距離了，如下圖所示。
激光傳感器
激光避障與紅外線類似，也是發(fā)射激光然后接收。不過激光傳感器的測量方式很多樣，有類似紅外的三角測量，也有類似于超聲波的時間差+速度。但是由于激光的波束極窄，可以同時使用多束激光組成陣列雷達(dá)，近年來此技術(shù)逐漸成熟，多用于自動駕駛車輛上，但由于其體積龐大，價格昂貴，故不太適用于無人機(jī)。
視覺傳感器
視覺避障技術(shù)，解決機(jī)器人如何“看”的問題視覺避障技術(shù)，視覺識別系統(tǒng)通常來說可以包括一個或兩個攝像頭。單一的照片只具有二維信息，猶如2D電影，并無直接的空間感，只有靠我們自己依靠“物體遮擋、近大遠(yuǎn)小”等生活經(jīng)驗(yàn)?zāi)X補(bǔ)。故單一的攝像頭獲取到的信息及其有限，并不能直接得到我們想要的效果當(dāng)然類比到機(jī)器視覺中，單個攝像頭的圖片信息無法獲取到場景中每個物體與鏡頭的距離關(guān)系，即缺少第三個維度。
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