雷達是一種用于許多應(yīng)用程序的設(shè)備，主要用途包括：測量距離，計算運動物體的速度，環(huán)境感知，估計物體在空間中的位置等。

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

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

無人機雷達操作原理

無人機雷達系統(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

無人機激光雷達的激光傳感器

雷達的激光傳感器由一個光發(fā)射器和一個接收器組成。雷達會發(fā)出高頻光脈沖。

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

無人機激光雷達通常能夠感測同一脈沖產(chǎn)生的多個回波。第一個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，雷達的回波越多，它就會變得越重，因此將其嵌入到無人機上更加困難，甚至不可能。然后，必須使用有人駕駛飛機將這種系統(tǒng)帶入空中，這會帶來這種解決方案的所有缺點，同時又會失去所有無人機的好處。

慣性管理單元（IMU）

由于無人機和雷達始終在移動，因此傳感器的位置也在不斷移動。

計算每個反射點位置所必需的基本信息之一是雷達在拍攝時的精確位置。這要歸功于慣性管理單元（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)可以計算出傳感器在俯仰，橫滾和偏航軸的精確時刻的相對位置。此信息包括在時間軸內(nèi)這三個軸中每個軸的角速度，傳感器的線速度以及與當前位置相關(guān)的當前位置的估計。

GNSS接收器

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

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

GNSS接收器的準確性直接影響機載雷達測量。

如今，GNSS接收器通過使用多個衛(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）等精密增強系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)）和EGNOS（歐洲對地靜止導(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，以實現(xiàn)RTK（實時運動）或PPK（后處理運動）定位。這將進一步提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，從而提高機載雷達運行的準確性。

嵌入式電腦

嵌入式計算機是系統(tǒng)的基本組成部分，是無人機雷達的大腦。

在其功能中，雷達機載計算機控制和協(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)行定位計算。它的作用非常重要，沒有它，遙測操作將無法進行。

雷達解決方案在無人機上的優(yōu)勢

無人機雷達遙感具有以下優(yōu)勢：

光照條件獨立性：

雷達是一種有源傳感器，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）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，或者在測量過程中光照條件發(fā)生變化時，雷達操作都不會受到影響。

測量精度：

無人機雷達進行的測量是遙感領(lǐng)域中最準確的測量之一。

掃描植被：

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

數(shù)據(jù)采集??速度：

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

信息質(zhì)量：

借助無人機進行的低空飛行，無人機雷達可以精確掃描目標位置并增加收集點的密度。無人機雷達的接近性，操作的簡便性和導(dǎo)航的簡便性提高了所收集信息的質(zhì)量。

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