Como implemento a medição precisa da distância (ao solo) em um UAV semelhante a um avião para alturas acima de 10m?


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Como implemento a medição de distância drone-solo para pousos no piloto automático em alturas acima de 10m? Eu achei ultrassônico muito impreciso, sem falar no GPS. A altura máxima é de 1000m, o Vmax é de 100 km / h, o Vaverage é de 72 km / h. O drone é como um avião, sem helicóptero ou algo assim.

Obrigado por qualquer entrada!


uh ... 20 m / s é 72 km / h
AndrejaKo

Vmax é de 100 km / h. Vaverage é 20m / s. Obrigado por apontar isso. :)
fakemustache

Você pode clicar no texto 'editar' abaixo das tags para corrigir erros ou esclarecer sua pergunta. Outros usuários com representantes suficientes também podem fazer isso, então eu vou corrigir isso para você.
Kevin Vermeer

@reemrevnikev, thx!
Fakemustache 18/01/11

Por que você precisa de alturas acima de 10m? De qualquer maneira, quando você está pousando, está dentro dos 7 metros ou mais que um sensor ultrassônico pode fazer.
AndreKR 22/02

Respostas:


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Você provavelmente está procurando um altímetro de radar, mas acho que 1000m de altura será um desafio se você quiser construí-lo, devido à energia necessária para obter uma reflexão detectável a essa distância. Duzentas metros podem ser alvos mais realistas para radares de baixa potência caseiros.

Aqui estão esquemas do altímetro de aterrissagem por radar que é útil para cerca de 1000 pés.


Também há equipamentos comerciais, como este: bennettavionics.com/radaraltimeter.html
Jaroslav Cmunt

Nós consideramos isso. Não é um projeto "homebrew", então acho que temos meios para construir, talvez até comprar um radar-altímetro. Obrigado!
Fakemustache

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certificar-se de tudo o que fazemos está em conformidade com as normas de emissão para a sua região
vicatcu

esse projeto é um bom exemplo, mas você pode facilmente chegar a 3000m com um PA de potência mais alta (talvez 200mW) e um circuito receptor mais sensível, além de um pós-processamento aprimorado. Controlar a varredura em uma mansão inteligente e levar a saída do LPF para um DSP para pós-processamento ajudará muito. Nesse ponto, você realmente construiu um radar FMCW e pode obter algumas informações adicionais (condições climáticas, tipo de cobertura do solo, outros aviões sob você, etc.). A antena usada influenciará bastante o desempenho e que tipo de informação você pode determinar.
Mark

O SiverIMA ( siversima.com ) cria alguns front-ends que você provavelmente poderia usar para se salvar do desenvolvimento de RF, mas eles não são baratos e provavelmente um exagero para esse aplicativo. Eu usei o front end FMCW de 10Ghz para teste de protótipo.
Mark

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Em aeronaves reais, eles terão um altímetro de radar e um altímetro barométrico. O altímetro barométrico é usado em altitudes mais altas e o altímetro de radar é usado durante a decolagem e a aterrissagem para medir a distância ao solo real (ou seja, em altitudes em que as mudanças na elevação do terreno são uma preocupação significativa - tipicamente 5000 pés).


Ou para sensores grossos / finos mais gerais, você pode usar o GPS para um sensor grosso e, abaixo de alguma altura, usar radar / ultrassônico / IR / qualquer outra coisa.
Nick T

@ Nick, concordou que a altitude do GPS é de longe a dimensão menos precisa. Vi variações em alguns receptores GPS da ordem de +/- 30 metros para um receptor estacionário.
vicatcu

Tendo a concordar com o vicatcu, o GPS é uma maneira imprecisa. Infelizmente, como o GPS é implementado de uma maneira ou de outra.
Fakemustache

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Na realidade, um único sensor provavelmente não será preciso o suficiente para fazer o que você deseja. A maior parte do que sei está relacionada aos AGVs (Veículos Terrestres), mas acho que alguns dos mesmos princípios se aplicam.

Você provavelmente deseja usar uma combinação de sensores para obter a precisão necessária. Alguns destes podem ser bastante caros.

  • GPS: um módulo GPS padrão deve ser capaz de reduzir a precisão de aproximadamente 1m +/-. Se você adotar uma configuração diferencial (uma estação no solo, uma no avião), poderá obter uma precisão significativamente maior, mas a um custo muito maior. Algo como 10 cm ou até 1 cm deve ser possível (com dados de velocidade), mas com um custo significativamente maior.

  • INS: Você pode complementar o seu sistema GPS com medições interiais. O boom dos dispositivos MEMS disponibilizou sensores de estado sólido relativamente decentes a preços ao consumidor. A adição de dados do acelerômetro, do girômetro e do magnetômetro aos dados do GPS deve tornar o sinal mais preciso e levar em conta possíveis "falhas" nas leituras do GPS.

  • Navegação assistida por rádio: eu não entendo muito disso, mas muitos aeroportos usam uma assistência por rádio para ajudar a pousar os aviões. Você poderá pesquisar como esses sistemas realmente funcionam e implementar seus próprios (legalmente, é claro).

Para uma visão mais detalhada de algumas dessas considerações, consulte o DIYDrones. Eles reuniram alguns sistemas bem integrados usando GPS, INS, Barômetros e uma grande variedade de outros sensores. Eles também enfrentaram alguns dos difíceis desafios de filtragem que vêm com várias fontes de dados em um sistema aéreo.


Muito bons pontos. Obrigado. Tivemos a idéia com a estação terrestre de GPS, não sei por que não a perseguimos, mencionarei mais uma vez em nossa próxima reunião.
Fakemustache

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Uma possível abordagem de baixo custo para a estação terrestre e o rover pode ser o RTKlib. É uma solução RTK (diferencial) de código aberto. Acredito que o criador da biblioteca também tenha portado a solução para um Beagleboard, com algumas dicas sobre como fazer o mesmo. Acredito que sua implementação utiliza um sensor uBlox (da ordem de 300 dólares) juntamente com uma estação base mais cara, capaz de gerar correções RTK. Isso reduziria o custo com a compra de duas unidades compatíveis com RTK (vários milhares de dólares).
Mjcarroll

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Um barômetro faria muito bem se você obtiver uma resolução de 10 cm, a única parte complicada é que seu drone precisará conhecer a pressão barométrica no nível do solo e isso tende a mudar com o clima.

Se você deseja um controle de localização de alto desempenho, provavelmente não contornará um sistema baseado em visão com um computador de alta potência que possa reconhecer a pista de pouso e atingir a zona certa na velocidade certa.


Infelizmente, não podemos implementar uma solução baseada em visão devido a limitações de peso. A CPU principal do drone já é usada para entrada de sensor e outro processamento de imagem e atingimos a quantidade máxima de carga útil.
Fakemustache

2

Se você vai pousar em locais de pouso sob seu controle, eu colocaria vários emissores de rádio no local e compararia a potência do sinal. Essa é a única maneira confiável e fácil de implementar.

Se você quiser pousar em qualquer lugar - apenas GPS (+ -1m possível nos EUA), medições ultrassônicas ou a laser são opções válidas, mas nenhuma delas é perfeita.


A coisa com os emissores de rádio é muito interessante, mas muito complexa.
Fakemustache

Não é realmente complexo. Seria complexo tentar medir o atraso de propagação, mas o nível de potência é fácil de medir com um simples receptor detector, capacitor e ADC.
precisa saber é o seguinte

Você poderia dar um pouco mais de informações sobre como medir o nível de potência; minhas habilidades no Google têm se mostrado insuficientes.
Kasterma

Bem, confira o receptor RF mais simples - circuito LC, detector de diodo, capacitor para suavizar o sinal. Então você pode medir isso com precisão ADC.
BarsMonster

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Um telêmetro a laser fornecerá boa precisão e exatidão, e foi projetado para a distância esperada, mas pode ser pesado (devido à óptica) e resolverá a distância até um ponto em vez de uma área maior.

O resultado medido pode mudar rapidamente se você estiver percorrendo um terreno com muitas variações (como uma floresta ou cidade), e pode ser difícil obter uma leitura sobre superfícies reflexivas, como a água, que não retornarão muito feixe na direção que veio.

No entanto, isso deve ser considerado como uma opção. Os telémetros portáteis para consumidores para caça ou golfe variam de US $ 50 a mais de US $ 200; Não tenho certeza sobre os preços comerciais para integração em um sistema como um UAV.


Também tínhamos essa ideia e, por enquanto, é a nossa favorita. Como a medição precisa da altura é apenas para pouso no piloto automático, não importa que a altura seja apenas para um ponto. Espero que a área de pouso esteja no chão. :)) O principal problema que vejo com essa técnica é que o resultado varia com o ângulo do UAV, o que é especialmente difícil para os procedimentos de pouso. Ou não estou pensando nisso?
Fakemustache

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Eu sempre quis tentar isso:

Monte uma câmera voltada para baixo no UAV. A qualidade é principalmente irrelevante. Pegue quadros dele em algum intervalo fixo. Analise pares de imagens para determinar a rapidez com que o solo parece estar se movendo. Existem muitas opções aqui para algoritmos. Agora, dada a velocidade do seu GPS (não a velocidade do ar!), Você sabe quão rápido está indo e quão rápido o solo parece estar se movendo. À altitude 0, o movimento aparente (devidamente dimensionado) seria 1: 1. À medida que você ganha altitude, a velocidade aparente do solo diminui.


Técnica interessante! O OP publicou um comentário a esta resposta afirmando que "Infelizmente não podemos implementar uma solução baseada em visão devido a limitações de peso". Ainda assim, seria interessante ver se essa técnica também poderia ser usada para controlar a atitude horizontal.
Kevin Vermeer

Isso realmente parece bonito. : DI fará questão de mencionar.
Fakemustache

Se você pode instalar um GPS, pode instalar uma câmera. Pode levar um pouco de esforço, mas as câmeras de celular são pequenas .
Connor Lobo

O problema não é a câmera, nós temos isso. O problema é o custo (complexidade) do processamento de imagens, pois a CPU principal precisa lidar com isso e não temos a capacidade de alterá-lo.
Fakemustache
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