Jak wdrożyć dokładny pomiar odległości (do ziemi) na bezzałogowym UAV dla wysokości powyżej 10 m?

11

Jak wdrożyć pomiar odległości dron od ziemi dla lądowań autopilota na wysokościach powyżej 10 m? Uznałem, że ultradźwięk jest zbyt niedokładny, nie mówiąc już o GPS. Maksymalna wysokość wynosi 1000 m, Vmax wynosi 100 km / h, średnia wynosi 72 km / h. Dron jest podobny do samolotu, nie ma helikoptera itp.

Dziękujemy za wszelkie uwagi!

fakemustache
źródło
uh ... 20 m / s wynosi 72 km / h
AndrejaKo
Vmax wynosi 100 km / h. Średnia wynosi 20 m / s. Dzięki za zwrócenie na to uwagi. :)
fakemustache
Możesz kliknąć tekst „edytuj” pod tagami, aby naprawić błędy lub wyjaśnić swoje pytanie. Inni użytkownicy z wystarczającą liczbą przedstawicieli również mogą to zrobić, więc naprawię to dla ciebie.
Kevin Vermeer,
@reemrevnikev, thx!
fakemustache
Dlaczego potrzebujesz wysokości powyżej 10 m? Podczas lądowania i tak jesteś w odległości około 7 metrów od czujnika ultradźwiękowego.
AndreKR

Odpowiedzi:

12

Prawdopodobnie szukasz wysokościomierza radarowego, ale myślę, że wysokość 1000 m będzie wyzwaniem, jeśli chcesz go zbudować samodzielnie, ze względu na moc wymaganą do uzyskania wykrywalnego odbicia w takiej odległości. Kilkaset metrów może być bardziej realistycznym celem domowego radaru małej mocy.

Oto schemat wysokościomierza radarowego przydatny do około 1000 stóp.

Jaroslav Cmunt
źródło
Istnieje również sprzęt komercyjny, taki jak ten: bennettavionics.com/radaraltimeter.html
Jaroslav Cmunt
Rozważyliśmy to. Nie jest to projekt „homebrew”, więc myślę, że mamy środki na budowę, a może nawet na zakup radar-wysokościomierza. Dzięki!
fakemustache
1
upewnij się, że wszystko, co robisz, jest zgodne z przepisami dotyczącymi emisji dla twojego regionu
vicatcu,
taka konstrukcja jest dobrym przykładem, ale można łatwo dostać się do 3000 m przy wyższej mocy PA (może 200 mW) i bardziej czułym obwodzie odbiorczym, a także ulepszonym przetwarzaniu końcowym. Kontrolowanie zamiatania w inteligentnym dworku i przeniesienie wyjścia LPF do DSP do przetwarzania końcowego bardzo pomoże. W tym momencie naprawdę zbudowałeś radar FMCW i możesz uzyskać z niego sporo dodatkowych informacji (warunki pogodowe, rodzaj pokrycia terenu, inne samoloty pod tobą itp.). Zastosowana antena będzie miała duży wpływ na wydajność i rodzaj informacji, które możesz określić.
Mark
SiverIMA ( siversima.com ) tworzy pewne interfejsy, których prawdopodobnie możesz użyć, aby uratować się przed rozwojem RF, ale nie są tanie i prawdopodobnie przesadzą w tej aplikacji. Do testowania prototypów wykorzystałem interfejs FMCW 10 GHz.
Mark
5

W prawdziwych samolotach będą miały zarówno wysokościomierz radarowy, jak i wysokościomierz barometryczny. Wysokościomierz barometryczny jest używany na wyższych wysokościach, a wysokościomierz radarowy jest używany podczas startu i lądowania, aby zmierzyć odległość do rzeczywistej ziemi (tj. Na wysokościach, na których zmiany wysokości terenu są poważnym problemem - zwykle 5000 stóp).

vicatcu
źródło
Lub w przypadku bardziej ogólnych czujników zgrubnych / dokładnych można użyć GPS jako czujnika zgrubnego, a poniżej pewnej wysokości użyć radaru / ultradźwięków / podczerwieni / czegokolwiek.
Nick T
@Nick, choć uzgodniona wysokość GPS jest zdecydowanie najmniej dokładnym wymiarem. Widziałem różnice w niektórych odbiornikach GPS rzędu +/- 30 metrów dla odbiornika stacjonarnego.
vicatcu
Zwykle zgadzam się z vicatcu, GPS jest sposobem niedokładnym. Niestety, ponieważ GPS jest wdrażany w taki czy inny sposób.
fakemustache
5

W rzeczywistości pojedynczy czujnik prawdopodobnie nie będzie wystarczająco dokładny, aby zrobić to, co chcesz. Większość tego, co wiem, dotyczy AGV (pojazdów naziemnych), ale myślę, że obowiązują niektóre z tych samych zasad.

Prawdopodobnie chcesz użyć kombinacji czujników, aby uzyskać potrzebną dokładność. Niektóre z nich mogą być dość drogie.

  • GPS: Standardowy moduł GPS powinien być w stanie obniżyć dokładność do około 1 m +/-. Jeśli przejdziesz do konfiguracji różnicowej (jedna stacja na ziemi, jedna w samolocie), powinieneś być w stanie uzyskać znacznie większą dokładność, ale przy znacznie wyższym koszcie. Powinno być możliwe coś w rodzaju 10 cm lub nawet 1 cm (z danymi prędkości), ale przy znacznie wyższych kosztach.

  • INS: Możesz uzupełnić swój system GPS o pomiary intertialne. Boom w urządzeniach MEMS sprawił, że stosunkowo przyzwoite czujniki półprzewodnikowe są dostępne w cenach konsumpcyjnych. Dodanie danych akcelerometru, wiatromierza i magnetometru do danych GPS powinno zwiększyć dokładność sygnału i uwzględnić ewentualne „usterki” w odczytach GPS.

  • Nawigacja za pomocą radia: Nie jestem do końca przekonana, ale wiele lotnisk korzysta z radia, aby pomóc w lądowaniu samolotów. Być może będziesz w stanie zbadać, jak te systemy faktycznie działają i wdrożyć własne (oczywiście legalnie).

Aby uzyskać bardziej szczegółowe spojrzenie na niektóre z tych rozważań, sprawdziłbym DIYDrones. Połączyli niektóre dość ściśle zintegrowane systemy wykorzystujące GPS, INS, barometry i wiele innych czujników. Poradzili sobie również z niektórymi trudnymi wyzwaniami związanymi z filtrowaniem, które wiążą się z wieloma źródłami danych w systemie lotniczym.

mjcarroll
źródło
Bardzo dobre punkty. Dziękuję Ci. Wpadliśmy na pomysł ze stacją naziemną GPS, nie wiem, dlaczego jej nie realizowaliśmy, wspomnę o tym jeszcze raz podczas naszego następnego spotkania.
fakemustache
2
Możliwym tańszym podejściem do stacji naziemnej i łazika może być RTKlib. Jest to rozwiązanie RTK (różnicowe) typu open source. Wierzę, że twórca biblioteki przeniósł również rozwiązanie na Beagleboard, z kilkoma wskazówkami, jak to zrobić. Uważam, że jego implementacja wykorzystuje czujnik uBlox (rzędu 300 dolarów) w połączeniu z droższą stacją bazową, zdolną do generowania poprawek RTK. Obniżyłoby to koszty zakupu dwóch urządzeń obsługujących RTK (wiele tysięcy dolarów).
mjcarroll
3

Barometr poradziłby sobie całkiem nieźle z rozdzielczością około 10 cm, jedynym trudnym zagadnieniem jest to, że twój dron musi znać ciśnienie barometryczne na poziomie gruntu i to może zmieniać się wraz z pogodą.

Jeśli chcesz naprawdę bardzo wydajnego sterowania lokalizacją, prawdopodobnie nie obejdziesz systemu opartego na wizji z komputerem o dużej mocy, który może rozpoznać lądowisko i trafić we właściwą strefę z odpowiednią prędkością.

dren.dk
źródło
Niestety nie możemy wdrożyć rozwiązania opartego na wizji ze względu na ograniczenia wagi. Rdzeń procesora drona jest już używany do wprowadzania danych z czujnika i innego przetwarzania obrazu, a my osiągnęliśmy maksymalną ładowność.
fakemustache
2

Jeśli zamierzasz wylądować na lądowiskach pod twoją kontrolą, umieściłbym kilka emiterów radiowych wokół tego miejsca i porównałbym moc sygnału. To jedyny niezawodny i łatwy do wdrożenia sposób.

Jeśli chcesz wylądować w dowolnym miejscu - tylko GPS (+ 1 m możliwy w USA), pomiary ultradźwiękowe lub laserowe są poprawnymi opcjami, ale żaden z nich nie jest idealny.

BarsMonster
źródło
Sprawa z nadajnikami radiowymi jest bardzo interesująca, ale zbyt złożona.
fakemustache
Niezbyt skomplikowane. Trudno byłoby zmierzyć opóźnienie propagacji, ale poziom mocy można łatwo zmierzyć za pomocą prostego odbiornika detektora, kondensatora i ADC.
BarsMonster,
Czy możesz podać trochę więcej informacji na temat pomiaru poziomu mocy; moje umiejętności googlowania okazały się brakujące.
kasterma
Sprawdź najprostszy odbiornik RF - obwód LC, detektor diod, kondensator, aby wygładzić sygnał. Następnie możesz zmierzyć to z precyzyjnym ADC.
BarsMonster,
2

ZA Dalmierz laserowy daje dobrą precyzję i dokładność, i jest przeznaczony dla planowanej odległości, ale może być ciężki (ze względu na optykę) i rozwiąże odległość do punktu zamiast większej powierzchni.

Zmierzony wynik może się szybko zmienić, jeśli pokonasz teren o dużej zmienności (np. Las lub miasto), a odczytanie powierzchni odbijających, takich jak woda, może nie być trudne. promień w kierunku, w którym przyszedł

Należy to jednak uznać za opcję. Ręczne dalmierze konsumenckie do polowania lub gry w golfa od 50 USD do ponad 200 USD; Nie jestem pewien co do cen komercyjnych za integrację z systemem takim jak UAV.

Kevin Vermeer
źródło
My też mieliśmy ten pomysł i na razie jest to nasz ulubiony. Ponieważ dokładny pomiar wysokości dotyczy tylko lądowania autopilota, nie ma znaczenia, że ​​wysokość dotyczy tylko punktu. Mam nadzieję, że lądowisko znajduje się na ziemi. :)) Głównym problemem, jaki widzę w tej technice, jest to, że wynik zmienia się w zależności od kąta UAV, co jest szczególnie trudne w procedurach lądowania. A może nie zastanawiam się nad tym?
fakemustache
2

Zawsze chciałem spróbować:

Zamontuj kamerę skierowaną w dół na UAV. Jakość jest w większości nieistotna. Chwyć z niego ramki w ustalonych odstępach czasu. Przeanalizuj pary zdjęć, aby ustalić, jak szybko ziemia wydaje się poruszać. Istnieje wiele opcji algorytmów. Teraz, biorąc pod uwagę prędkość GPS (nie prędkość!), Jak szybko jedziesz i jak szybko ziemia wydaje się poruszać. Na wysokości 0 (prawidłowo wyskalowany) pozorny ruch wynosiłby 1: 1. Gdy zdobędziesz wysokość, pozorna prędkość gruntu zwolni.

Ben Jackson
źródło
Ciekawa technika! OP opublikował komentarz do tej odpowiedzi, stwierdzając, że „Niestety nie możemy wdrożyć rozwiązania opartego na wizji z powodu ograniczeń masy”. Ciekawe byłoby jednak sprawdzenie, czy ta technika mogłaby zostać wykorzystana również do kontroli położenia poziomego.
Kevin Vermeer
To naprawdę brzmi pięknie. : DI na pewno o tym wspomni.
fakemustache
Jeśli możesz dopasować GPS, możesz zamontować aparat. Może to wymagać trochę wysiłku, ale aparaty komórkowe są małe .
Connor Wolf,
Problemem nie jest kamera, mamy to. Problemem jest koszt (złożoność) przetwarzania obrazu, ponieważ rdzeń procesor musi sobie z tym poradzić i nie mamy możliwości jego zmiany.
fakemustache