Представьте себе следующий сценарий: дрон для проверки безопасности летит по заданному маршруту под виадуком для проверки конструкции моста. Внезапно пропадает сигнал ГНСС, самолет начинает неуправляемо дрейфовать и чуть не сталкивается с пирсом. Тем временем дрон для доставки электронной коммерции пробирается через городской каньон, окруженный небоскребами. Когда он готовится доставить посылку, спутниковый сигнал блокируется зданиями, что приводит к сбоям в позиционировании и нестабильному зависанию, что делает невозможным точную посадку — это распространенная проблема «черной дыры сигнала» при городских полетах на малой высоте.
В городских условиях, таких как городские каньоны, под мостами и виадуками, сигнал GNSS (глобальной навигационной спутниковой системы, включая GPS) часто выходит из строя по двум основным причинам. Во-первых, эффект многолучевого распространения возникает, когда твердые поверхности, такие как высокие здания и конструкции мостов, отражают спутниковые сигналы, что приводит к множественным задержкам сигналов и резкому увеличению ошибки позиционирования. Во-вторых, блокировка сигнала происходит, когда железобетон полностью блокирует спутниковые сигналы, что приводит к «потере спутника» и потере дроном навигационных ориентиров. Это создает смертельную угрозу для безопасности городских патрулей и служб электронной коммерции на малых высотах, поскольку и то, и другое требует высокой точности и стабильности.
Радар миллиметрового диапазона — единственный стабильный источник зондирования в средах, в которых отсутствует GNSS (в средах, где отсутствует GPS). По сути, он решает проблемы навигации в городских малых сигнальных черных дырах, предоставляя дронам «надежные глаза и измерительную линейку» благодаря своим активным сенсорным возможностям, характеристикам защиты от помех и всепогодной работе.
Радарная технология миллиметрового диапазона — это фундаментальная логика решения проблемы черных дыр в сигналах городских БПЛА.
Радар миллиметрового диапазона является предпочтительным решением для радара беспилотных летательных аппаратов в городских каньонах благодаря своим особым техническим принципам и преимуществам, которые полностью не зависят от использования ГНСС.
-
Активное восприятие: «автономная навигация» без спутников
-
Разработан для сложных городских условий, отличается высокой точностью и защитой от помех.
-
Путь основных возможностей: от динамического предотвращения препятствий к моделированию окружающей среды
-
Городские каньоны: двойная гарантия предотвращения препятствий и планирования пути
-
Под мостами/виадуками: основная поддержка точного позиционирования и стабильности положения.
-
Площадки приземления: последняя защита для нанесения ударов с точностью до сантиметра.
-
Городской патруль безопасности: динамическое определение целей и охват всей территории.
-
Доставка электронной торговли на малой высоте: всепогодная стабильность и точная высадка
Радар миллиметрового диапазона использует высокочастотные электромагнитные волны в диапазоне 30–300 ГГц и отраженные эхо-сигналы для расчета расстояния до цели, скорости и угла без необходимости использования спутниковых сигналов. Даже когда GNSS полностью потеряна в каньоне зданий, радар все равно может сканировать окружающие конструкции, такие как здания и мосты, предоставляя данные о местоположении в реальном времени, чтобы помочь дронам сохранять ориентацию и стабильный полет.
Радар миллиметрового диапазона использует технологию непрерывного излучения с частотной модуляцией (FMCW) для достижения точности определения расстояния на уровне сантиметра и разрешения по скорости всего лишь 0,067 м/с. Он способен идентифицировать узкие коридоры между зданиями, а также стальные конструкции виадуков. Что еще более важно, миллиметровые волны могут проникать в дождь, туман и пыль независимо от условий освещения, обеспечивая стабильную работу даже во время ночных патрулей безопасности или полетов по доставке в суровую погоду. Это предотвращает ухудшение производительности, наблюдаемое в датчиках технического зрения и LiDAR в экстремальных условиях.
Радар миллиметрового диапазона создает комплексную систему восприятия, использующую четыре ключевых технических метода для решения проблем, связанных с полетом сигналов дронов через черную дыру:
Высокоточное моделирование окружающей среды: использует электромагнитные волны для создания облаков точек с высоким разрешением, отображает трехмерные контуры препятствий, извлекает угловые и плоские элементы и создает модель окружающей среды в реальном времени.
Автономная локализация и навигация: использует эффект Доплера для измерения относительного движения, точного счисления с данными IMU и сопоставления функций с предварительно сохраненными картами для достижения позиционирования без использования GNSS.
Динамическое предотвращение препятствий и планирование пути: определяет расстояние до препятствия, скорость и направление в реальном времени, прогнозирует риск столкновения и автоматически корректирует траекторию полета, чтобы избежать зданий и опор мостов.
Антипомехи и всепогодность: невосприимчивы к освещению и погодным условиям и используют алгоритмы для подавления электромагнитных помех, обеспечивая точность.
Решения на основе сценариев: конкретные применения в трех городских условиях низковысотных сигнальных черных дыр
Различные городские низковысотные сигнальные черные дыры демонстрируют различные характеристики. Радар миллиметрового диапазона предлагает целевые решения, которые идеально отвечают потребностям патрулирования безопасности и доставки электронной коммерции:
В густонаселенных районах высотных зданий страдают не только серьезные помехи сигналу, но и выступающие балконы, кондиционеры и рекламные щиты. Дроны-доставщики избегают боковых выступов, обеспечивая безопасный проход через городские каньоны, а дроны-охранники сохраняют стабильный полет через промежутки между зданиями благодаря всенаправленному сканированию миллиметрового радара на 360 градусов, который обнаруживает статические препятствия в режиме реального времени и создает пути обхода в сочетании с алгоритмами планирования искусственного интеллекта.
Подмостовые зоны почти полностью блокируют GNSS и содержат сложные конструкции, такие как стальные рамы и подвесные трубы. Для достижения высокой точности относительного позиционирования радар миллиметрового диапазона сравнивает отсканированные структурные особенности с предварительно сохраненными 3D-картами посредством сопоставления местности. Работая с IMU, он постоянно выдает значения местоположения и скорости, предотвращая дрейф или падение дронов, что полностью удовлетворяет потребности проверки безопасности под виадуками.
Целевые зоны для доставки электронной коммерции на последней миле обычно чреваты проблемами с сигналами. Радар миллиметрового диапазона сканирует вниз с точностью до сантиметра по высоте и позиционированию, обеспечивая стабильное вертикальное снижение, избегая столкновений с землей или нестабильного зависания, а также обеспечивая точную доставку посылок.
Реализация в реальных условиях: оптимальные операции для патрулирования и доставки
Патрули безопасности требуют «мониторинга с нулевой слепой зоной», который часто требуется в районах с плохим сигналом GNSS (под мостами и эстакадами). Радар миллиметрового диапазона обеспечивает стабильную навигацию и обход препятствий, позволяя дронам летать вблизи сооружений и обнаруживать подозрительные движущиеся объекты, такие как люди и транспортные средства. Он обеспечивает отслеживание и получение изображений высокой четкости за счет использования камер. Радар позволяет дронам отслеживать движущиеся цели в слепых зонах под виадуками, компенсируя традиционные недостатки наблюдения.
Доставка электронной коммерции требует высокой эффективности и безопасности. Радар миллиметрового диапазона улучшает операции по трем направлениям: всепогодность, обнаружение на большом расстоянии в сочетании с точным обходом препятствий на близком расстоянии и точная посадка для решения последней задачи позиционирования на расстоянии 10 метров.
Technology Fusion: создание более надежной системы восприятия
Для повышения надежности радар миллиметрового диапазона в практических приложениях часто комбинируется с инерциальной и визуальной навигацией. Например:
БПЛА Lingyun U15 обеспечивает длительную навигацию в условиях отсутствия GNSS за счет сочетания радара миллиметрового диапазона и MEMS IMU с точностью навигации более 10 метров.
Система MiFly от MIT рассчитывает позу дрона с 6 степенями свободы с использованием радара миллиметрового диапазона с двойной поляризацией и IMU-синтезатора со средней ошибкой локализации 7,2 см даже в условиях отсутствия прямой видимости.
Поскольку городская экономика на малых высотах быстро расширяется, радары миллиметрового диапазона будут развиваться дальше: меньшие чипы и более низкие затраты сделают их стандартными для потребительских БПЛА; Оптимизация искусственного интеллекта улучшит возможности радиолокационного распознавания окружающей среды.
Обобщение
Радар миллиметрового диапазона с его активным восприятием, высокой точностью, защитой от помех и всепогодными возможностями полностью решает проблемы полета дронов, вызванные потерей GNSS в регионах «черных дыр сигнала», таких как городские каньоны, виадуки и подмостовые районы. Это «надежный партнер» для городского патруля безопасности, обеспечивающий беспристрастную проверку, а также «основной инструмент» для доставки электронной коммерции на малых высотах, обеспечивающий точную высадку. Радар миллиметрового диапазона, являющийся основным решением для радаров городских беспилотных летательных аппаратов в каньоне, меняет определение безопасности полетов на малых высотах в городах и способствует процветанию экономики малых высот.