无人机激光雷达的工作原理

雷达是一种用于许多应用程序的设备，主要用途包括：测量距离，计算运动物体的速度，环境感知，估计物体在空间中的位置等。

对于雷达来说，我们感兴趣的领域是遥感，更具体地说，是将这种技术嵌入无人机中时。

在遥感领域，最常见的问题之一是：雷达如何工作？更准确地说：无人机雷达如何工作？

无人机雷达操作原理

无人机雷达系统主要由以下部分组成：

• 激光传感器
• 惯性管理单元（IMU）
• GNSS接收器
• 嵌入式电脑

无人机激光雷达的激光传感器

雷达的激光传感器由一个光发射器和一个接收器组成。雷达会发出高频光脉冲。

在无人驾驶飞机嵌入式雷达上，这些脉冲中的每个脉冲都由激光发射器发送到地面。当这些脉冲之一遇到物体时，其返回的回声将被雷达光接收器捕获并转换为数字信号。该光在发射器与被反射的障碍物之间传播所需的时间用于测量传感器与所到达物体之间的距离。

无人机激光雷达通常能够感测同一脉冲产生的多个回波。第一个回波将被最靠近传感器（通常也是最高的）的物体反射，例如房屋的屋顶或树的顶部。通常位于较低位置的物体（例如树的叶子和下部树枝或地面）将返回以下回波。雷达能够感应到的回声数量通常为2或3，在某些情况下甚至更多。

通常，雷达的回波越多，它就会变得越重，因此将其嵌入到无人机上更加困难，甚至不可能。然后，必须使用有人驾驶飞机将这种系统带入空中，这会带来这种解决方案的所有缺点，同时又会失去所有无人机的好处。

惯性管理单元（IMU）

由于无人机和雷达始终在移动，因此传感器的位置也在不断移动。

计算每个反射点位置所必需的基本信息之一是雷达在拍摄时的精确位置。这要归功于惯性管理单元（IMU）提供的信息，该信息包含在脉冲的精确时刻及其回波的传感器方向数据。

由惯性管理单元（IMU）传输的数据可以计算出传感器在俯仰，横滚和偏航轴的精确时刻的相对位置。此信息包括在时间轴内这三个轴中每个轴的角速度，传感器的线速度以及与当前位置相关的当前位置的估计。

GNSS接收器

全球导航卫星系统（GNSS）接收器是无人机嵌入式激光雷达的重要组成部分。它用于计算系统的地理位置和发射每个激光脉冲时的精确时间，以及接收其回波。

除了精确定位外，GNSS接收器还充当节拍器，以使雷达传感器与惯性管理单元（IMU）同步。

GNSS接收器的准确性直接影响机载雷达测量。

如今，GNSS接收器通过使用多个卫星星座（例如GPS，Glonass，Galileo，Beidou，QZSS等）提供非常精确的定位。

根据使用接收器的区域，它还可以受益于DGPS（差分）等精密增强系统全球定位系统）和EGNOS（欧洲对地静止导航覆盖服务）。

该接收器生成的定位信息将主要与地面参考站发送的校正数据结合在一起，以实现RTK（实时运动）或PPK（后处理运动）定位。这将进一步提高数据质量，从而提高机载雷达运行的准确性。

嵌入式电脑

嵌入式计算机是系统的基本组成部分，是无人机雷达的大脑。

在其功能中，雷达机载计算机控制和协调系统外围设备的操作，例如激光传感器，惯性管理单元和GNSS接收器。它收集这些子集提供的数据，以执行定位计算。它的作用非常重要，没有它，遥测操作将无法进行。

雷达解决方案在无人机上的优势

无人机雷达遥感具有以下优势：

光照条件独立性：

雷达是一种有源传感器，不依赖于环境光条件。这意味着它能够与其他无源传感器（例如相机）不同，能够昼夜操作。无论是光线充足的地方还是阴影下的地方，或者在测量过程中光照条件发生变化时，雷达操作都不会受到影响。

测量精度：

无人机雷达进行的测量是遥感领域中最准确的测量之一。

扫描植被：

取决于植被的密度，无人机雷达可以穿透植被，从而感知下面的物体（土壤，建筑物等）。

数据采集​​速度：

无论是在实施过程中还是在信息处理过程中，无人机雷达都可以非常快速地获取准确的数据。

信息质量：

借助无人机进行的低空飞行，无人机雷达可以精确扫描目标位置并增加收集点的密度。无人机雷达的接近性，操作的简便性和导航的简便性提高了所收集信息的质量。

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