随着低空经济计划的推进，无人机的飞行场景正从开阔、可预测的环境转向密集的三维城市空间。如今，它们被用于建筑巡检、安保巡逻、物流配送、应急响应和基础设施监控等任务，但城市环境中的避障仍然是无人机工程领域最棘手的挑战之一。与郊区或乡村飞行不同，城市飞行会受到物体反射、动态物体、密集障碍物以及快速变化的光照和天气条件等诸多因素的影响，从而带来诸多不确定性。
为了解决这些可靠性问题，77GHz毫米波雷达正成为下一代无人机的关键传感器。它提供了低空飞行真正安全所需的稳定性、耐候性和动态目标感知能力。
了解城市无人机避障的挑战
城市障碍物的密度和复杂性
城市环境中充斥着许多形状不规则、截面较小的障碍物，这些障碍物极难用传统传感器探测到。例如，电线、电缆、天线、金属杆、屋顶立柱和暖通空调结构等，它们反射光线的方式难以预测，或者体积过小，导致光学传感器无法可靠地探测到它们。许多此类障碍物会造成视觉特征模糊或不一致，使得相机和激光雷达难以进行深度估计。
玻璃和金属表面造成的困难。
玻璃幕墙是城市天际线的主要景观，但它们也显著影响着感知结果。摄像头会受到眩光和反射引起的失真影响，而激光雷达则会遇到多径反射和部分透明等问题。发表在IEEE期刊（ https://ieeexplore.ieee.org ）上的研究反复记录了自主系统中玻璃幕墙读数的不稳定性。这些问题会导致漏报、误报和感知突然中断，进而可能导致在狭窄通道中出现危险的飞行行为。
动态、不可预测的运动带来了挑战。
无人机必须与人类、自行车、送货机器人、汽车、宠物和其他无人机共享空域和地面通道。这些移动物体频繁改变方向，因此不仅需要探测，还需要运动预测。不具备多普勒感知能力的传感器只能在障碍物穿越路径时做出反应，这会缩短无人机在快速城市机动飞行中的决策时间。
光照、天气和多源干扰都会产生影响。
城市照明条件极其不稳定，阳光反射、建筑物间的阴影以及夜间作业都会降低基于摄像头的系统的性能。雾、毛毛雨、霾和沙尘对光学清晰度的影响更大。同时，“城市峡谷”内的GNSS多径效应也会导致导航问题。在这些条件下，即使是微小的传感误差也可能导致系统失效。
为什么GHz毫米波雷达比其他传感器更适合城市无人机
在各种天气和光照条件下均具有可靠性
77GHz雷达是一种主动传感技术，无需环境光。它在夜间、阴影处、逆光下以及雾、雨、尘或霾等环境下都能稳定工作。这种稳定性对于在昏暗的小巷、工业区或复杂的高层建筑环境中飞行的无人机至关重要。
对玻璃和金属反射的敏感度降低
与摄像头和激光雷达不同，毫米波雷达受玻璃和金属表面光学特性的影响很小。这使其成为商业区、校园、商业大楼和具有反射性外墙的住宅区的理想选择。
同时测量距离和速度
雷达利用多普勒处理技术自动测量距离和速度。这使得无人机能够解读运动轨迹、探测动态危险并预测飞行轨迹。在行人或车辆密度高的区域，动态感知对于安全高效飞行至关重要。
具有极强的抗电磁干扰能力。
城市中通信和工业设备高度集中，会产生大量的电磁噪声。与无法承受电磁干扰的光学系统不同，现代77GHz雷达的设计使其能够在这样的环境中保持稳定运行。
现代传感器融合的核心组件。
无人机感知技术的未来发展方向是多方面的。视觉技术提供分类和精细的纹理信息，而雷达则在低能见度环境下提供可靠性，并进行运动分析。这种协同作用符合美国联邦航空管理局（FAA， https://www.faa.gov ）等监管机构的建议，这些建议鼓励采用多传感器方法以确保低空飞行安全。在这些架构中，雷达是主要的稳定传感器。
Linpowave 的 77GHz 雷达如何提升城市无人机作业效率
适用于复杂空间的高分辨率MIMO架构。
Linpowave 的 77 GHz 雷达产品组合（ https://linpowave.com ）采用高分辨率 MIMO 传感技术，能够在复杂环境中实现精确的距离和角度测量。这种架构能够更好地探测薄障碍物、反射面和快速移动的目标。
视觉挑战性强的场景需要稳定性。
在商业区、住宅区、工业园区和老城区巷道进行的数千次实际测试表明，Linpowave 雷达在摄像头经常被眩光或阴影遮挡的环境中也能稳定运行。当视觉传感器失效时，雷达可提供可靠的备用方案，保障飞行安全。
针对无人机重量、功率和集成进行了优化。
Linpowave雷达模块重量轻、体积小、能效高，这对无人机的续航能力至关重要。它们可以轻松集成到现有的飞行控制器和融合框架中，从而降低开发成本并加快部署速度。
常问问题
77GHz雷达能够探测到细小的物体，例如电线吗？
高分辨率 MIMO 模型大大提高了在弱光条件下检测相机和激光雷达可能漏检的薄型、低反射率障碍物的可能性。
雷达会缩短无人机的飞行时间吗？
现代雷达模块功耗低、重量轻，因此对飞行续航能力的影响可以忽略不计。
雷达的目的是取代摄像头或激光雷达吗？
不。传感器融合可提供最高性能。雷达可在光学系统失效时提供稳定性，而视觉则提供上下文深度信息。
雷达能否在玻璃表面附近可靠运行？
是的。雷达不受反射或部分透明的影响，因此非常适合人口密集、玻璃幕墙林立的城市地区。
哪些应用最能受益于 77 GHz 雷达？
城市巡查、应急响应、安全巡逻、交通监控、校园运营和短途物流等场景都需要在视觉复杂的环境中安全飞行。
总结
当光线条件变化、反光材料扭曲光学信号、车辆和行人移动轨迹不规则或导航变得不清晰时，城市无人机作业需要稳定的感知系统。77GHz雷达能够提供全天候感知、运动感知和抗城市常见干扰的能力，从而确保必要的可靠性。
随着全球城市发展低空基础设施并开始规划可控空中走廊，配备77GHz雷达的无人机将拥有显著优势。这项技术是未来城市无人机生态系统的关键要素，因为它能够实现更安全、更可预测、更具可扩展性的作业。