利用24GHz雷达技术 无人机主动避障方案介绍

无人机已经成为了传统生产力革命的一支生力军。根据各行各业的具体需求与工作标准实施无人机作业，能够降低人力物力成本，提高工作效率与质量，还可以减少环境污染、节省时间，可替代各行业传统作业方式。目前，在农业、电力、通信、气象、农林、海洋、勘探、影视、执法、救援、快递等专业领域的应用，无人机都显示了极好的技术效果和经济效果。

随着大数据、云计算、移动互联网等信息技术与无人机技术的相互融合，民用无人机产业链已从“垂直进步”走向“水平进步”，通过开拓不同的应用场景综合性地带动整体国民经济发展，推动新兴产业发展满足社会经济活动的需要。据前瞻产业研究院发布的《2018—2023年中国无人机行业市场需求预测及投资战略规划分析报告》预测，我国民用无人机产品销售和服务总体市场规模到2020年将达到465亿元，2025年将达750亿元。

无人机如何主动避障？

ADI公司航空航天与防务部门战略营销经理SeanD'Arcy认为分析市场或考察机身时，可以将无人机分解为七个、八个或九个不同的子系统。超视线能力将扩大无人机市场的运行范围，这对大多数人来说这是非常令人兴奋的，但这意味着需要非常精确的导航检测系统来避免碰撞。除了仍然在进步的视觉摄像机有效载荷之外，我们已经看到了一些真正的需求，并且在诸如超光谱成像、红外线化学感测等技术中有一些很好的进展。我们经常指出，推动飞行技术被人接受的是有效载荷。换句话说，是无人机提供的能力和实用性推动其被采用，而不是飞行器本身的实际能力。

针对无人机的障碍物检测和避碰技术，这里有七种技术需要我们了解下，分别是声纳或声波、广域照明、LIDAR/扫描雷达、基于像素、双目视觉、无源/红外以及雷达技术。

· 声纳或声波，利用空气介质或水介质发出一个声音脉冲，测量物体将其反射回来所需的时间，返回到水听器或麦克风。这是一种非常低成本的解决方案，但它测量的距离有限，至少在空气中分辨率不高，并且取决于其应用，精度也不高。它还有一些环境限制，非常依赖于实际发送信号所用的介质的密度、含盐度等。

· 广域照明，是指创建闪光灯或某种类型的快速照明，可以使用频闪灯、激光二极管、LED等。其目的是测量飞行到一个目标并返回所需的时间，用于在视野中构建物体的映射。虽然分辨率相当好，但范围有限，而且受制于环境因素，如照明。

· LIDAR，具有出色的精度和非常好的分辨率。最大挑战之一是必须非常准确地知道激光指向哪里，如此才能获得准确的距离并将环境映射到其前面。

· 像素分析，使用单个相机计算像素或图像的变化以确定威胁或障碍物，然后通过测量某些像素失真，成功非常有限，但仍然非常好地用于手势识别、面部识别等方面。

· 双目视觉处理，成本相对较低，不过确实存在与充足光源和下述环境挑战有关的限制，相机分开的距离与其能看到多远的地方有关系，另外在很近的距离内存在盲点。

· 无源红外，是一种很好的补充技术。虽然很多时候它只提供方位角信息，但它在最具挑战性的环境中也能很好地检测，并且能够很好地穿透云雾和灰尘。它不受大多数可视光谱灯的影响，配合雷达使用时甚至能更好地表征所看到的目标。

· 雷达，具有远远优于其他技术的覆盖范围，具有良好的航向分辨率，可穿透几乎所有的微粒和可见的水气，而且还具有能增加瞬时运动检测能力的优势。

目前，大部分较大无人机已经致力于将雷达技术作为障碍物检测方法，以避免碰撞。ADI提供专门用于无人平台的现代高性能解决方案，其中一个很好的案例就是用于避碰或障碍物检测的系统。

此系统使用了数字波束成形技术，所以它具有更广阔的视野。虽然不是真正的相控阵，但足以获得出色的分辨率，角度分辨率是也是行业领先的，与之前谈到的其他大多数技术相比，它能轻松检测到更多的物体。

完整的24GHz多通道雷达避障解决方案

ADI的雷达技术是ADI为无人机系统提供的众多技术之一，既可以用作组件，也可以用作信号链。下图左边是搭建的一个系统，可用在四轴飞行器上。对此使用了四根天线和四个系统，以获得飞行无人机的360度覆盖。最高速度可以是15节。右边的系统Radarbook的新一代评估系统——DemoRAD，它可以在整个系统参考设计中实现硬件和软件应用开发。

24GHz DemoRAD提供开箱即用的软件示例，可在数分钟内轻松启动雷达传感器。DemoRAD可对雷达传感器产品进行快速原型制作，从而测量目标/对象存在、运动、角位置、速度以及传感器范围等实时信息。该系统硬件解决方案包括射频天线和一条完整的射频到基带信号链（ADF5904（接收）、ADF5901（发射），ADF4159(PLL)，ADAR7251(AFE)），其中还包括ADI的ADSP-BF707DSP（数字信号处理器），可通过易用的图形用户界面和雷达算法软件快速连接笔记本电脑/PC。

总结

24GHz硅基毫米波雷达技术正在实现新一代现实世界，即越来越多地用于汽车、无人机、泛工业和消费类应用等大众市场应用的非接触式智能传感器。这类雷达传感器可以提供实时信息，比如物体存在、运动、角位置、速度以及几厘米到几百米的传感器范围。直到现在，毫米波雷达传感器仍使用尺寸庞大、复杂且构建成本高昂的离散解决方案来实现，这限制了其广泛的市场采用。ADI公司的新型24GHz雷达产品提供出色的性能和高集成度，是小尺寸、低成本且易用的超低功耗解决方案，适用于物理检测、跟踪、安全控制和防撞警告系统等应用。