無(wú)人機(jī)已經(jīng)成為了傳統(tǒng)生產(chǎn)力革命的一支生力軍。根據(jù)各行各業(yè)的具體需求與工作標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施無(wú)人機(jī)作業(yè)，能夠降低人力物力成本，提高工作效率與質(zhì)量，還可以減少環(huán)境污染、節(jié)省時(shí)間，可替代各行業(yè)傳統(tǒng)作業(yè)方式。目前，在農(nóng)業(yè)、電力、通信、氣象、農(nóng)林、海洋、勘探、影視、執(zhí)法、救援、快遞等專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，無(wú)人機(jī)都顯示了極好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效果。

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與無(wú)人機(jī)技術(shù)的相互融合，民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈已從“垂直進(jìn)步”走向“水平進(jìn)步”，通過(guò)開(kāi)拓不同的應(yīng)用場(chǎng)景綜合性地帶動(dòng)整體國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)M足社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的需要。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2018—2023年中國(guó)無(wú)人機(jī)行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)及投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》預(yù)測(cè)，我國(guó)民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)品銷售和服務(wù)總體市場(chǎng)規(guī)模到2020年將達(dá)到465億元，2025年將達(dá)750億元。

無(wú)人機(jī)如何主動(dòng)避障？

ADI公司航空航天與防務(wù)部門戰(zhàn)略營(yíng)銷經(jīng)理SeanD'Arcy認(rèn)為分析市場(chǎng)或考察機(jī)身時(shí)，可以將無(wú)人機(jī)分解為七個(gè)、八個(gè)或九個(gè)不同的子系統(tǒng)。超視線能力將擴(kuò)大無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的運(yùn)行范圍，這對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)這是非常令人興奮的，但這意味著需要非常精確的導(dǎo)航檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)避免碰撞。除了仍然在進(jìn)步的視覺(jué)攝像機(jī)有效載荷之外，我們已經(jīng)看到了一些真正的需求，并且在諸如超光譜成像、紅外線化學(xué)感測(cè)等技術(shù)中有一些很好的進(jìn)展。我們經(jīng)常指出，推動(dòng)飛行技術(shù)被人接受的是有效載荷。換句話說(shuō)，是無(wú)人機(jī)提供的能力和實(shí)用性推動(dòng)其被采用，而不是飛行器本身的實(shí)際能力。

針對(duì)無(wú)人機(jī)的障礙物檢測(cè)和避碰技術(shù)，這里有七種技術(shù)需要我們了解下，分別是聲納或聲波、廣域照明、LIDAR/掃描雷達(dá)、基于像素、雙目視覺(jué)、無(wú)源/紅外以及雷達(dá)技術(shù)。

·?聲納或聲波，利用空氣介質(zhì)或水介質(zhì)發(fā)出一個(gè)聲音脈沖，測(cè)量物體將其反射回來(lái)所需的時(shí)間，返回到水聽(tīng)器或麥克風(fēng)。這是一種非常低成本的解決方案，但它測(cè)量的距離有限，至少在空氣中分辨率不高，并且取決于其應(yīng)用，精度也不高。它還有一些環(huán)境限制，非常依賴于實(shí)際發(fā)送信號(hào)所用的介質(zhì)的密度、含鹽度等。

·?廣域照明，是指創(chuàng)建閃光燈或某種類型的快速照明，可以使用頻閃燈、激光二極管、LED等。其目的是測(cè)量飛行到一個(gè)目標(biāo)并返回所需的時(shí)間，用于在視野中構(gòu)建物體的映射。雖然分辨率相當(dāng)好，但范圍有限，而且受制于環(huán)境因素，如照明。

·?LIDAR，具有出色的精度和非常好的分辨率。最大挑戰(zhàn)之一是必須非常準(zhǔn)確地知道激光指向哪里，如此才能獲得準(zhǔn)確的距離并將環(huán)境映射到其前面。

·?像素分析，使用單個(gè)相機(jī)計(jì)算像素或圖像的變化以確定威脅或障礙物，然后通過(guò)測(cè)量某些像素失真，成功非常有限，但仍然非常好地用于手勢(shì)識(shí)別、面部識(shí)別等方面。

·?雙目視覺(jué)處理，成本相對(duì)較低，不過(guò)確實(shí)存在與充足光源和下述環(huán)境挑戰(zhàn)有關(guān)的限制，相機(jī)分開(kāi)的距離與其能看到多遠(yuǎn)的地方有關(guān)系，另外在很近的距離內(nèi)存在盲點(diǎn)。

·?無(wú)源紅外，是一種很好的補(bǔ)充技術(shù)。雖然很多時(shí)候它只提供方位角信息，但它在最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中也能很好地檢測(cè)，并且能夠很好地穿透云霧和灰塵。它不受大多數(shù)可視光譜燈的影響，配合雷達(dá)使用時(shí)甚至能更好地表征所看到的目標(biāo)。

·?雷達(dá)，具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他技術(shù)的覆蓋范圍，具有良好的航向分辨率，可穿透幾乎所有的微粒和可見(jiàn)的水氣，而且還具有能增加瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)能力的優(yōu)勢(shì)。

目前，大部分較大無(wú)人機(jī)已經(jīng)致力于將雷達(dá)技術(shù)作為障礙物檢測(cè)方法，以避免碰撞。ADI提供專門用于無(wú)人平臺(tái)的現(xiàn)代高性能解決方案，其中一個(gè)很好的案例就是用于避碰或障礙物檢測(cè)的系統(tǒng)。

此系統(tǒng)使用了數(shù)字波束成形技術(shù)，所以它具有更廣闊的視野。雖然不是真正的相控陣，但足以獲得出色的分辨率，角度分辨率是也是行業(yè)領(lǐng)先的，與之前談到的其他大多數(shù)技術(shù)相比，它能輕松檢測(cè)到更多的物體。

完整的24GHz多通道雷達(dá)避障解決方案

ADI的雷達(dá)技術(shù)是ADI為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)提供的眾多技術(shù)之一，既可以用作組件，也可以用作信號(hào)鏈。下圖左邊是搭建的一個(gè)系統(tǒng)，可用在四軸飛行器上。對(duì)此使用了四根天線和四個(gè)系統(tǒng)，以獲得飛行無(wú)人機(jī)的360度覆蓋。最高速度可以是15節(jié)。右邊的系統(tǒng)Radarbook的新一代評(píng)估系統(tǒng)——DemoRAD，它可以在整個(gè)系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)硬件和軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

24GHz DemoRAD提供開(kāi)箱即用的軟件示例，可在數(shù)分鐘內(nèi)輕松啟動(dòng)雷達(dá)傳感器。DemoRAD可對(duì)雷達(dá)傳感器產(chǎn)品進(jìn)行快速原型制作，從而測(cè)量目標(biāo)/對(duì)象存在、運(yùn)動(dòng)、角位置、速度以及傳感器范圍等實(shí)時(shí)信息。該系統(tǒng)硬件解決方案包括射頻天線和一條完整的射頻到基帶信號(hào)鏈（ADF5904（接收）、ADF5901（發(fā)射），ADF4159(PLL)，ADAR7251(AFE)），其中還包括ADI的ADSP-BF707DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），可通過(guò)易用的圖形用戶界面和雷達(dá)算法軟件快速連接筆記本電腦/PC。

總結(jié)

24GHz硅基毫米波雷達(dá)技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)新一代現(xiàn)實(shí)世界，即越來(lái)越多地用于汽車、無(wú)人機(jī)、泛工業(yè)和消費(fèi)類應(yīng)用等大眾市場(chǎng)應(yīng)用的非接觸式智能傳感器。這類雷達(dá)傳感器可以提供實(shí)時(shí)信息，比如物體存在、運(yùn)動(dòng)、角位置、速度以及幾厘米到幾百米的傳感器范圍。直到現(xiàn)在，毫米波雷達(dá)傳感器仍使用尺寸龐大、復(fù)雜且構(gòu)建成本高昂的離散解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，這限制了其廣泛的市場(chǎng)采用。ADI公司的新型24GHz雷達(dá)產(chǎn)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決方案，適用于物理檢測(cè)、跟蹤、安全控制和防撞警告系統(tǒng)等應(yīng)用。