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是什么成果了无人机的飞翔感知技能?

2018-08-12 09:58

  是什么成果了无人机的飞翔感知技能?

  无人机的飞翔感知技能首要用作两个用处,其一是提供给飞翔操控体系,因为飞翔操控体系的首要功能是操控飞机到达希望姿势和空间方位,所以这部分的感知技能首要丈量飞机运动状况相关的物理量,触及的模块包含陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压计、GNSS模块以及光流模块等。另一个用处是提供给无人机的自主导航体系,也就是途径和避障规划体系,所以需求感知周围环境状况,比方障碍物的方位,相关的模块包含测距模块以及物体检测、追寻模块等。

  

  机体运动状况感知

  陀螺仪

  现在商用无人机遍及运用的是MEMS技能的陀螺仪,因为它的体积小,价格便宜,可以封装为IC的方式。MEMS式陀螺仪常用来丈量机体绕自身轴旋转的角速率,常用的类型有6050A(Invensense),ADXRS290(ADI),衡量陀螺仪功能的目标包含丈量规模(量程)、灵敏度、稳定性(漂移)以及信噪比等。

  

上面是一个陀螺仪温度漂移测验成果图,测验的环境是从25℃升温至50℃,整个进程坚持陀螺仪停止不动,陀螺仪的精确输出应该是一个固定的数值。但从成果来看,两款传感器的实践输出都遭到温度改变影响。比较而言,ADXRS290(ADI)的输出数值改变起伏较小,基本上在0.5左右。

 

  加速度计

  加速度计丈量的是机体运动的线加速度,但因为地球引力,丈量值中还会包含重力加速度重量,宏碁携手成大 打造超级电脑环亚a。在某些运用状况下需求把这部分减去。常用的MEMS加速度计传感器类型有6050A(Invensense)和ADXL350(ADI)。部分传感器生产商为了进步芯片集成度,会将陀螺仪和加速度计封装在一起,称为六轴传感器,例如6050A(Invensense)。

  磁罗盘

  磁罗盘丈量的物理量是地球磁场强度沿机体轴的重量,并依此核算出机体的航向角。常用的MEMS磁罗盘传感器类型有HMC5983L(Honeywell)和QMC5883L(矽睿),两者功能附近,其间前者现在现已停产。磁罗盘首要的功能参数包含灵敏度、黄酒行业门户服务网站红薯制作黄酒,稳定性(漂移)等。

  气压计

  气压计丈量的物理量是大气压值,依据该数值可核算出肯定海拔高度。常用的气压计传感器类型包含MS5611(MEAS)、MS5607(MEAS)以及BMP180(Bosch)。气压计在运用进程中存在的问题是,在近地上飞翔时,“地上效应”的存在会导致飞机周围气体的气压散布与停止状况下的大气不同,使得无法用气压计来测算出高度。一般的处理办法是在起飞或下降时运用其他传感器,比方超声波传感器或激光测距仪。

  GNSS模块

  GNSS模块丈量的物理量相对比较丰富,首要包含地理坐标(经纬度)、海拔高度、线速度以及航向角(RTK体系)。常用的GNSS模块生产商包含瑞士的U-BLOX和加拿大的NOVATEL。在运用GNSS模块时,卫星信号接纳天线的放置需求要注意电磁搅扰的屏蔽,部分有实力的整机生产厂商会依据飞机类型专门定制卫星信号接纳天线。

  光流模块

  光流模块是一个比较特别的模块,既可以用来感知机体的运动状况,如丈量水平方向的位移速度,也可以用来感知周围的环境,用作避障的用处。比较常见的光流模块是开源的PX4FLOW。光流模块一般在室内运用,首要是为了处理室内卫星信号欠安的问题,别的关于拍照的地上需求有必定纹路图画。

  周围环境状况感知

  测距模块

  这儿罗列五个常用的测距模块:超声波、红外TOF、激光、毫米波雷达、深度感知摄像头。

  

超声波和红外TOF各方面功能比较类似,比方丈量间隔都比较近,像超声波丈量的间隔一般在4米左右。别的这两种传感器的运用规模都简单遭到实践环境的约束,比方红外TOF是向被测物体外表发射红光并反射,假如遇到红光反射率不高的物体像玻璃就会失效。但这两种传感器有一个最大的优势就是本钱低,别的模块体积也比较小,所以在消费类无人机上得到了广泛运用。

 

  激光雷达测距一般都比较远,大多数产品都可以到达100米以上,可是大雨大雾的气候环境会影响其丈量成果。别的的下风在于本钱比较高: 在激光雷达职业实力最强的是Velodyne,它的一款适用于无人机运用的小型化产品VLP-16价格也到达了1000美元以上,关于商用无人机来说本钱仍是比较高。

  深度感知摄像头依据丈量技能可以分为三种,立体摄像头,也叫双目视觉技能,代表产品就是大疆的精灵4;结构光技能,代表产品有微软的Kinect;时差测距技能(TOF),因为生产厂家较少并且本钱较高,因而在无人机上的运用很少。深度感知摄像头在运用时也存在局限性,双目视觉技能的缺点是在低光环境下无法正常作业,而结构光技能则与之相反,在强光下无法正常作业。因而有的厂家把两种技能进行组合,补偿互相的缺点,扩展其适用的环境规模。

  进步丈量精度的办法

  传感器校准

  传感器校准,包含精校准和粗校准。精校准作用比较好,但需求贵重的标定设备;粗校准则不需求凭借外部设备,只对传感器自身进行操作即可。

  以磁罗盘的粗校准为例,因为地球上恣意方位的地磁场强度在较长时间跨度内都可视为是稳定的,当滚动磁罗盘时,依据相对运动可假定磁罗盘固定不动,而地磁场矢量随之在滚动,其矢量端点在空间的轨道应为一个规范的球体,但因为传感器存在差错,实践测出的数据并不严厉都在球体的外表,这时候就需求依据丈量出来的数值以及已知的精确值来核算两者之间的换算联系,也就是该款磁罗盘的差错模型。在今后运用该款磁罗盘时就可以依据粗校准得出的差错模型来处理丈量值,使得丈量值的差错减小。

  

磁罗盘校准(SGB sbgcenter)

  多种传感器数据交融

  不同类型的传感器数据交融办法有多种,在业界用的比较遍及并且作用也比较好的是EKF,也就是扩展卡尔曼滤波。

  以核算飞机姿势角的交融办法为例,EKF更新进程首要分为两个部分,猜测更新和量测更新。猜测更新首要运用陀螺仪更新猜测状况量,一起核算该状况量的协方差矩阵。在量测更新中先会核算滤波增益,然后运用滤波增益交融猜测状况量、加速度计以及磁罗盘的数据,成为一个交融状况量,一起核算交融状况量的协方差矩阵,鄙人一次更新周期的核算中运用。

  

核算姿势角的交融办法流程

  传感器冗余规划

  传感器冗余规划首要是将多个同种传感器进行组合,处理办法是首先会除掉数据反常的传感器,然后再进行传感器的交融。冗余规划不只可以进步丈量精度也可以进步整套体系的可靠性,在某一个传感器失效的状况发作时,让整个体系可以持续正常作业。