随着低空无人机经济的发展，无人机越来越多地在夜间作业，执行从工业巡检、安防监控到物流和应急响应等各种任务。然而，传统的视觉传感器，例如摄像头、红外系统和激光雷达，在弱光条件下面临着严峻的挑战。这些系统经常无法检测到障碍物，也无法在弱光或复杂的城市环境中安全导航。
在这些情况下，77GHz毫米波雷达成为一项关键技术，它能够提供精确的距离、速度和角度信息，且不受环境光线的影响。Linpowave的毫米波雷达解决方案已应用于工业检测、太阳能电站监控、城市低空物流和应急服务等领域，展现出卓越的可靠性，并提高了夜间作业的安全性。
夜间无人机飞行的主要挑战
大型商用飞机夜间飞行并非总是需要毫米波雷达，而是依靠综合导航、地形感知、防撞系统（TCAS）和气象雷达，但低空无人机面临着独特的威胁。由于低空飞行，尤其是在人口稠密地区，任何视觉感知能力的不足都可能导致碰撞。因此，根据美国联邦航空管理局（ FAA ）的夜间飞行和第107部分指南，毫米波雷达已逐渐成为低空夜间无人机作业的必备传感器。
三大基本视觉盲点
1. 低光照盲区：光子数量不足以进行视觉想象
充足的光照对于相机拍摄清晰照片至关重要。在极暗的环境中，信噪比会降低，导致特征点消失、深度估计误差增大以及障碍物检测失败。激光雷达在工作状态下，也会因光子回波弱或多径反射而性能下降。麻省理工学院的研究表明，毫米波雷达即使在完全黑暗的室内环境中也能提供稳定的定位，使无人机能够弥补视觉信息的缺失。
没有雷达的无人机容易与电线或树枝等细小障碍物相撞。像JOUAV CW-15这样的商用无人机，当毫米波雷达与视觉传感器融合时，可以实现稳定的夜间巡检飞行（ JOUAV夜视无人机指南）。
2. 恶劣天气造成的盲区包括雾、雨和雪。
雾、雨和雪会散射或吸收光线，限制视觉传感器的有效探测范围和精度。相机可能会产生模糊或对比度低的图像，而激光雷达可能会因雨滴而产生虚假回波。毫米波雷达的工作波长（3-10毫米）能够以最小的衰减穿透这些恶劣天气条件，即使在强降水条件下也能稳定探测。例如，德州仪器（TI）的76-81 GHz雷达产品已通过验证，可在恶劣天气条件下实现高分辨率探测（ TI毫米波雷达）。
如果没有雷达，无人机可能会误判距离、无法检测到障碍物或偏离预定路线，从而导致城市夜间物流和应急响应行动中的任务失败或事故。
3. 对灰尘、烟雾和颗粒物的盲区
烟雾、灰尘和沙粒会干扰光路，导致图像模糊甚至完全失明。在沙尘暴或工业环境中，视觉传感器可能难以区分目标和背景。毫米波雷达利用调频连续波（FMCW）原理探测多个目标，通过分析频率偏移和多普勒信号，即使在颗粒物干扰下也能有效跟踪障碍物。军用系统，例如旋翼机作业中使用的DVEPS系统，结合毫米波雷达和长波红外技术生成三维地形图，以避免在沙尘暴等恶劣天气条件下发生着陆事故（EASA无人机安全评估）。
商用毫米波雷达产品，例如 Foxtech 的 24GHz 解决方案，在多尘环境中以高刷新率 (50Hz+) 运行，从而实现低延迟避障。
毫米波雷达在夜间飞行中的主要优势
主动感应不受环境光线影响，因此即使在完全黑暗的环境下也能安全操作。
强大的穿透能力：能够穿透烟雾、雾气、雨雪等恶劣天气识别障碍物。
速度测量：提供精确的相对速度数据，用于动态避障。
高分辨率和刷新率支持实时路径规划和快速碰撞响应。
工业级毫米波雷达正日益被广泛接受，成为无人机在夜间、弱光或复杂环境下作业的标准传感器层。有关详细规格和应用，请访问 Linpowave 的产品页面。
传感器融合是一种用于夜间无人机导航的工程解决方案。
视觉传感器、毫米波雷达和惯性测量单元/全球导航卫星系统 (IMU/GNSS) 的结合，使无人机能够持续保持对周围环境的感知。视觉系统提供语义和纹理信息，雷达提供几何结构和相对速度信息，而 IMU/GNSS 则提供空间和时间参考信息。将这些数据流与适当的时间和空间对齐相结合，可以提高障碍物检测率，减少误报，并实现稳定的自主飞行，即使在黑暗的城市环境、工业场所或紧急情况下也能如此。
常见问题解答 (FAQ)
无人机能否仅使用视觉传感器在夜间飞行？
是的，在可控条件下风险较低，但雾、烟或完全黑暗的环境下风险会增加。强烈建议采用毫米波雷达进行传感器融合。
毫米波雷达能够穿透雾和雨吗？
与可见光相比，毫米波雷达在雾和雨中的衰减最小，因此回波稳定；其性能取决于频率、带宽和天线设计。
红外摄像机能否取代毫米波雷达？
红外线可以增强弱光条件下的可视性，但易受烟雾和热对比度的影响。它无法像毫米波雷达那样直接提供速度或几何数据。
毫米波雷达单独使用是否足以进行障碍物检测？
视觉技术除了提供基本的避障功能外，还能提供语义信息。现代系统采用雷达视觉融合技术，以提供更强大的性能。
集成毫米波雷达是否会使无人机变得更加复杂？
现代 77 GHz 雷达模块重量轻、功耗低、集成度高，因此适用于商用无人机平台。