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详解:无人机中超声波原理

浏览: 发布日期:2020-10-21  当前栏目:新闻中心    编辑:济南手机棋牌

  近年来,消费类无人机越来越受欢迎,多用于拍摄震撼的片段、运送救援物┿资,多数无人机使用各种传感技术实现自主导航、碰撞检测。而你又是否知道,超声波传感尤其有助于无人机す着陆、悬停、地面跟踪。

  无人机降落辅助是无人机所具有的$一项功能,可以检测无人机底部与着陆区域的距离,▇判定着陆点是否安全财,然后缓ぼ慢下降到着▋陆区域。 卍ゅ尽管GPS监测、№气压传感和其他ぬ传感技术有助于着陆过【】 程,但在べ这个过程中,超声波传感是无㎡人机的主§要和最准确的判▍▎断依据。大多数无人机中还有悬▄停 和地面跟踪模式 ,主要用于捕捉连续镜头 和陆地▁导航 手机棋牌透视辅助软件,其中超声波传感器有助◣于将无人机保持在高于地面的恒定△ 高度。

  超声波原理

  超声波的定义是¥ 使用高于人ぞ 类听力上限频率的声波 —— 见图1。

  图1:超声波范围

  超声波可ゑ以穿过各种介质(气体、液体、固体)来检测声阻抗不匹配的物体。 声速是声波在弹性介质中传播时每…单位时间的距离。例如,在20°C (68°F)的干燥空气中‖ ,声速为343米每秒(1,125英も尺每秒)。空气中的超声波衰减随着频率和湿度的增加而增加。 因此,由于过度的路径损耗/吸收,空气耦合◢超声波通常被限制在500kHz以下的频率。

  超声波ToF

  与许多超声波传感应用一样,无人机着陆そ辅助系统使用飞行时间(ToF)原理 ▏ぢ。ToF是从传感器发射到目标物体,然后从物体反射回传感器的超声波的往返时间估计↓,如图2。

  图2:用于无人机着陆的超声波ToF示意图

  在图2和图3中的点1,无人机的超声波传感器发出声波,在返回わ信号处理路径上表示为饱和数据。发送后,信号处理路径变为静音(点2),直到回波从物体反射回来(点3)为止。

  图3:超声波ToF的相位

  公式1计算从无人机到地面或从无人机到另一个物体的距离:

  距离(d)是从无人机ぅ上的超声波传感器到地面/物体的距离,ToF(√t)是前面定义的ToF,而SpeedOfSound(v)是通过介质的声速。ToF(t)×SpeedOfSound(v)除以2,因为ToF计算超声回△波往返物体的时间。

  为什么要将超声波感应用于无人机着陆?

  虽り然に众多的传感技术可以检测物体的接近程度,但是超声波传感可在无人机着陆时的探测距离、方案成本以及不同表面し的可靠性方面良好运行 。

  无人机地面跟踪和着陆的共同要求是能け够可靠地检测到ざ距离地面5米高的距离。な ら▽ 假设信号调节★和お处理正确,40♂-60kHz范围内的超声波传〓感器通常可以满よ足这个范围。

  德州仪器的PGA4囍60 ▼ 是超声波信号处理器和传感ぜ器驱动器,用有 于无人机等↑空气耦合应用中的超声波传感,可达到或超过5米的は要求。然而,超声波传感的协调是物体近场检测中的限制。所有用于空ぇ气耦合应用的超声波传感器都有一段激励期,称为衰减时间或振荡?时间,在这个时间内,压电薄膜振动并发出超声波能量,@难以检测到任何进入的回波。

  为了在# 振铃期间有效地测量物体,许多无人机设计者为发射机和接收机安装单独的传感器。通过分离円接收器せ,无人机可以在发射器的激励期间检测物体。因此PGA460 る具有优越的近场▉检测性能——低至5cm或更少。

  超声波传感技术也是一项具有成本竞争力的技术,特别是在使用PGA460 等集成解决方案时‖,其中已包括大部分所需的芯片。PGA460 既可以使用半桥或むH桥直接驱动传感器,也可以使用变压器驱动传感器;后者主要用于密封的的“密闭”传感器。PGA460 还包括用于接收和调节超声回波的完整模拟前端。此外,该器件还可以通过数字信ぺ号处理来计算ToF(见图4)。

  图4:PGA460 功能框图

  超声波传感可以检测其他技术难以解决的的表面 。例如,♂无人机经常会遇到建筑物上的玻璃窗和其他┽玻璃表面。光传手机棋牌游戏换现金 感技术有时会穿过玻璃和其他透明材料,这对无人机悬停在玻璃建筑物上造成困难。超声波则能ふ够可靠地反射出玻璃表面。

  虽然超声波传感主要用于无人机着陆辅助和悬停,但其强大的性价比正促使无人机设计人员探索该技术的其他应用 。快速发う展的无人机领域潜力巨大。

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