雷達(dá)是一種用于許多應(yīng)用程序的設(shè)備，主要用途包括：測(cè)量距離，計(jì)算運(yùn)動(dòng)物體的速度，環(huán)境感知，估計(jì)物體在空間中的位置等。

對(duì)于雷達(dá)來說，我們感興趣的領(lǐng)域是遙感，更具體地說，是將這種技術(shù)嵌入無人機(jī)中時(shí)。

在遙感領(lǐng)域，最常見的問題之一是：雷達(dá)如何工作？更準(zhǔn)確地說：無人機(jī)雷達(dá)如何工作？

無人機(jī)雷達(dá)操作原理

無人機(jī)雷達(dá)系統(tǒng)主要由以下部分組成：

• 激光傳感器
• 慣性管理單元（IMU）
• GNSS接收器
• 嵌入式電腦

無人機(jī)激光雷達(dá)的激光傳感器

雷達(dá)的激光傳感器由一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器組成。雷達(dá)會(huì)發(fā)出高頻光脈沖。

在無人駕駛飛機(jī)嵌入式雷達(dá)上，這些脈沖中的每個(gè)脈沖都由激光發(fā)射器發(fā)送到地面。當(dāng)這些脈沖之一遇到物體時(shí)，其返回的回聲將被雷達(dá)光接收器捕獲并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該光在發(fā)射器與被反射的障礙物之間傳播所需的時(shí)間用于測(cè)量傳感器與所到達(dá)物體之間的距離。

無人機(jī)激光雷達(dá)通常能夠感測(cè)同一脈沖產(chǎn)生的多個(gè)回波。第一個(gè)回波將被最靠近傳感器（通常也是最高的）的物體反射，例如房屋的屋頂或樹的頂部。通常位于較低位置的物體（例如樹的葉子和下部樹枝或地面）將返回以下回波。雷達(dá)能夠感應(yīng)到的回聲數(shù)量通常為2或3，在某些情況下甚至更多。

通常，雷達(dá)的回波越多，它就會(huì)變得越重，因此將其嵌入到無人機(jī)上更加困難，甚至不可能。然后，必須使用有人駕駛飛機(jī)將這種系統(tǒng)帶入空中，這會(huì)帶來這種解決方案的所有缺點(diǎn)，同時(shí)又會(huì)失去所有無人機(jī)的好處。

慣性管理單元（IMU）

由于無人機(jī)和雷達(dá)始終在移動(dòng)，因此傳感器的位置也在不斷移動(dòng)。

計(jì)算每個(gè)反射點(diǎn)位置所必需的基本信息之一是雷達(dá)在拍攝時(shí)的精確位置。這要?dú)w功于慣性管理單元（IMU）提供的信息，該信息包含在脈沖的精確時(shí)刻及其回波的傳感器方向數(shù)據(jù)。

由慣性管理單元（IMU）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以計(jì)算出傳感器在俯仰，橫滾和偏航軸的精確時(shí)刻的相對(duì)位置。此信息包括在時(shí)間軸內(nèi)這三個(gè)軸中每個(gè)軸的角速度，傳感器的線速度以及與當(dāng)前位置相關(guān)的當(dāng)前位置的估計(jì)。

GNSS接收器

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收器是無人機(jī)嵌入式激光雷達(dá)的重要組成部分。它用于計(jì)算系統(tǒng)的地理位置和發(fā)射每個(gè)激光脈沖時(shí)的精確時(shí)間，以及接收其回波。

除了精確定位外，GNSS接收器還充當(dāng)節(jié)拍器，以使雷達(dá)傳感器與慣性管理單元（IMU）同步。

GNSS接收器的準(zhǔn)確性直接影響機(jī)載雷達(dá)測(cè)量。

如今，GNSS接收器通過使用多個(gè)衛(wèi)星星座（例如GPS，Glonass，Galileo，Beidou，QZSS等）提供非常精確的定位。

根據(jù)使用接收器的區(qū)域，它還可以受益于DGPS（差分）等精密增強(qiáng)系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)）和EGNOS（歐洲對(duì)地靜止導(dǎo)航覆蓋服務(wù)）。

該接收器生成的定位信息將主要與地面參考站發(fā)送的校正數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)RTK（實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)）或PPK（后處理運(yùn)動(dòng)）定位。這將進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，從而提高機(jī)載雷達(dá)運(yùn)行的準(zhǔn)確性。

嵌入式電腦

嵌入式計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的基本組成部分，是無人機(jī)雷達(dá)的大腦。

在其功能中，雷達(dá)機(jī)載計(jì)算機(jī)控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)外圍設(shè)備的操作，例如激光傳感器，慣性管理單元和GNSS接收器。它收集這些子集提供的數(shù)據(jù)，以執(zhí)行定位計(jì)算。它的作用非常重要，沒有它，遙測(cè)操作將無法進(jìn)行。

雷達(dá)解決方案在無人機(jī)上的優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)雷達(dá)遙感具有以下優(yōu)勢(shì)：

光照條件獨(dú)立性：

雷達(dá)是一種有源傳感器，不依賴于環(huán)境光條件。這意味著它能夠與其他無源傳感器（例如相機(jī)）不同，能夠晝夜操作。無論是光線充足的地方還是陰影下的地方，或者在測(cè)量過程中光照條件發(fā)生變化時(shí)，雷達(dá)操作都不會(huì)受到影響。

測(cè)量精度：

無人機(jī)雷達(dá)進(jìn)行的測(cè)量是遙感領(lǐng)域中最準(zhǔn)確的測(cè)量之一。

掃描植被：

取決于植被的密度，無人機(jī)雷達(dá)可以穿透植被，從而感知下面的物體（土壤，建筑物等）。

數(shù)據(jù)采集??速度：

無論是在實(shí)施過程中還是在信息處理過程中，無人機(jī)雷達(dá)都可以非?？焖俚孬@取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

信息質(zhì)量：

借助無人機(jī)進(jìn)行的低空飛行，無人機(jī)雷達(dá)可以精確掃描目標(biāo)位置并增加收集點(diǎn)的密度。無人機(jī)雷達(dá)的接近性，操作的簡(jiǎn)便性和導(dǎo)航的簡(jiǎn)便性提高了所收集信息的質(zhì)量。

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