Comment mettre en œuvre une mesure de distance précise (au sol) sur un drone de type avion pour des hauteurs supérieures à 10 m?

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Comment mettre en œuvre la mesure de distance drone-sol pour les atterrissages de pilote automatique pour des hauteurs de plus de 10 m? J'ai trouvé que les ultrasons étaient trop imprécis, sans parler du GPS. La hauteur maximale est de 1000 m, Vmax est de 100 km / h, la moyenne est de 72 km / h. Le drone ressemble à un avion, pas * d'hélicoptère ou plus.

Merci pour toute contribution!

fakemustache
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euh ... 20 m / s soit 72 km / h
AndrejaKo
Vmax est de 100 km / h. La moyenne est de 20 m / s. Merci de l'avoir signalé. :)
fakemustache
Vous pouvez cliquer sur le texte «modifier» sous les balises pour corriger les erreurs ou clarifier votre question. D'autres utilisateurs avec suffisamment de représentants peuvent également le faire, donc je vais résoudre ce problème pour vous.
Kevin Vermeer
@reemrevnikev, thx!
fakemustache
Pourquoi avez-vous besoin de hauteurs supérieures à 10 m? Quand vous atterrissez de toute façon, vous êtes dans les 7 mètres environ qu'un capteur à ultrasons peut faire.
AndreKR

Réponses:

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Vous recherchez probablement un altimètre radar, mais je pense que 1000m de hauteur sera un défi si vous voulez le construire vous-même, en raison de la puissance nécessaire pour obtenir une réflexion détectable à une telle distance. Quelques centaines de mètres peuvent être une cible plus réaliste pour un radar basse consommation fait maison.

Voici les schémas de l'altimètre d'atterrissage radar qui est utile à environ 1000 pieds.

Jaroslav Cmunt
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Il existe également des équipements commerciaux, comme celui-ci: bennettavionics.com/radaraltimeter.html
Jaroslav Cmunt
Nous avons réfléchi à cela. Ce n'est pas tout à fait un projet "homebrew", donc je pense que nous avons les moyens de construire, peut-être même d'acheter un radar-altimètre. Merci!
fakemustache
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assurez-vous que tout ce que vous faites est conforme à la réglementation sur les émissions de votre région
vicatcu
cette conception est un bon exemple, mais vous pourriez facilement atteindre 3000 m avec un PA de puissance plus élevée (200 mW peut-être) et un circuit de réception plus sensible ainsi qu'un post-traitement amélioré. Contrôler le balayage dans un manoir intelligent et amener la sortie du LPF dans un DSP pour le post-traitement aidera beaucoup. À ce stade, vous avez vraiment construit un radar FMCW et pouvez en tirer un bon nombre d'informations supplémentaires (conditions météorologiques, type de couverture du sol, autres avions sous vous, etc.). L'antenne utilisée influencera grandement les performances et le type d'informations que vous pourrez déterminer.
Mark
SiverIMA ( siversima.com ) fait quelques frontaux que vous pourriez probablement utiliser pour vous sauver du développement RF, mais ils ne sont pas bon marché et probablement excessifs pour cette application. J'ai utilisé l'interface frontale FMCW 10 GHz pour les tests de prototypes.
Mark
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Sur les vrais avions, ils auront à la fois un altimètre radar et un altimètre barométrique. L'altimètre barométrique est utilisé à des altitudes plus élevées et l'altimètre radar est utilisé pendant le décollage et l'atterrissage pour mesurer la distance au sol réel (c'est-à-dire à des altitudes où les changements d'élévation du terrain sont un problème important - généralement 5000 pieds).

vicatcu
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Ou pour des capteurs grossiers / fins plus généraux, vous pouvez utiliser le GPS pour un capteur grossier et en dessous d'une certaine hauteur, utiliser un radar / ultrasons / IR / quoi que ce soit.
Nick T
@ Nick, d'accord cependant, car l'altitude GPS est de loin la dimension la moins précise. J'ai vu des variations sur certains récepteurs GPS de l'ordre de +/- 30 mètres pour un récepteur fixe.
vicatcu
J'ai tendance à être d'accord avec vicatcu, le GPS est un moyen inexact. Malheureusement, puisque le GPS est implémenté dans un sens ou dans l'autre.
fakemustache
5

En réalité, un seul capteur ne sera probablement pas assez précis pour faire ce que vous voulez. La plupart de ce que je sais est lié aux AGV (véhicules terrestres), mais je pense que certains des mêmes principes s'appliquent.

Vous souhaiterez probablement utiliser une combinaison de capteurs pour obtenir la précision dont vous avez besoin. Certains d'entre eux peuvent être assez chers.

  • GPS: Un module GPS standard devrait pouvoir vous descendre à environ 1 m +/- de précision. Si vous passez à une configuration différentielle (une station au sol, une dans l'avion), vous devriez pouvoir obtenir beaucoup plus de précision, mais à un coût beaucoup plus élevé. Quelque chose comme 10 cm ou même 1 cm devrait être possible (avec les données de vitesse), mais avec un coût nettement plus élevé.

  • INS: Vous pouvez compléter votre système GPS avec des mesures intertiales. Le boom des appareils MEMS a rendu les capteurs à semi-conducteurs relativement décents disponibles aux prix à la consommation. L'ajout d'accéléromètres, de gyromètres et de magnétomètres aux données GPS devrait rendre le signal plus précis et tenir compte des éventuels "pépins" dans vos lectures GPS.

  • Navigation radio-assistée: je ne suis pas tout à fait au courant, mais de nombreux aéroports utilisent une radio-assistance pour aider à poser les avions. Vous pourrez peut-être rechercher comment ces systèmes fonctionnent réellement et mettre en œuvre le vôtre (légalement, bien sûr).

Pour un examen plus détaillé de certaines de ces considérations, je consulterais DIYDrones. Ils ont mis en place des systèmes assez étroitement intégrés utilisant le GPS, l'INS, les baromètres et un large éventail d'autres capteurs. Ils ont également abordé certains des défis de filtrage difficiles liés à de multiples sources de données dans un système aéroporté.

mjcarroll
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Très bons points. Je vous remercie. Nous avons eu l'idée avec la station GPS au sol, je ne sais pas pourquoi nous ne l'avons pas poursuivie, je le mentionnerai encore une fois lors de notre prochaine rencontre.
fakemustache
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RTKlib pourrait être une approche à moindre coût possible de la station au sol et du mobile. Il s'agit d'une solution RTK (différentielle) open source. Je crois que le créateur de la bibliothèque a également porté la solution sur un Beagleboard, avec quelques conseils sur la façon de faire de même. Je crois que sa mise en œuvre utilise un capteur uBlox (de l'ordre de 300 dollars) couplé à une station de base plus chère, capable de générer des corrections RTK. Cela réduirait le coût d'achat de deux unités compatibles RTK (plusieurs milliers de dollars).
mjcarroll
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Un baromètre ferait très bien, vous obtiendrez quelque chose comme une résolution de 10 cm, le seul point délicat est que votre drone devra connaître la pression barométrique au niveau du sol et cela a tendance à changer avec la météo.

Si vous voulez un contrôle de localisation très performant, vous ne contournez probablement pas un système basé sur la vision avec un ordinateur haute puissance qui peut reconnaître la piste d'atterrissage et frapper la bonne zone à la bonne vitesse.

dren.dk
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Malheureusement, nous ne pouvons pas mettre en œuvre une solution basée sur la vision en raison de limitations de poids. Le core-CPU du drone est déjà utilisé pour l'entrée des capteurs et d'autres traitements d'images et nous avons atteint la charge maximale.
fakemustache
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Si vous allez atterrir sur des sites d'atterrissage sous votre contrôle, je placerais plusieurs émetteurs radio autour du site et comparerais la puissance du signal. C'est le seul moyen fiable et facile à mettre en œuvre.

Si vous souhaitez atterrir n'importe où - seul le GPS (+ -1m possible aux États-Unis), les mesures par ultrasons ou laser sont des options valides, mais aucune d'entre elles n'est parfaite.

BarsMonster
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La chose avec les émetteurs radio est très intéressante, mais trop complexe.
fakemustache
Pas vraiment complexe. Il serait complexe d'essayer de mesurer le retard de propagation, mais le niveau de puissance est facile à mesurer avec un récepteur détecteur simple, un condensateur et un convertisseur analogique-numérique.
BarsMonster
Pourriez-vous donner un peu plus d'informations sur la façon de mesurer le niveau de puissance; mes compétences en recherche sur Google se sont révélées insuffisantes.
kasterma
Eh bien, consultez le récepteur RF le plus simple - circuit LC, détecteur de diode, condensateur pour lisser le signal. Ensuite, vous pouvez mesurer cela avec précision ADC.
BarsMonster
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Un télémètre laser vous donnera une bonne précision et exactitude, et est conçu pour votre distance attendue, mais peut être lourd (en raison de l'optique) et résoudra la distance à un point plutôt qu'à une zone plus grande.

Le résultat mesuré peut changer rapidement si vous allez sur un terrain qui présente beaucoup de variations (comme une forêt ou une ville), et il peut être difficile d'obtenir une lecture sur des surfaces réfléchissantes telles que l'eau qui ne rendra pas beaucoup de faisceau dans la direction où il est venu.

Cependant, cela devrait être considéré comme une option. Télémètres portables grand public pour la chasse ou la course de golf de 50 $ à plus de 200 $; Je ne suis pas sûr des prix commerciaux pour l'intégration dans un système comme un drone.

Kevin Vermeer
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Nous avons eu cette idée aussi, et pour l'instant c'est notre préférée. Comme la mesure précise de la hauteur est uniquement pour l'atterrissage du pilote automatique, peu importe que la hauteur soit pour un point seulement .. J'espère que la zone d'atterrissage est au sol. :)) Le principal problème que je vois avec cette technique est que le résultat varie avec l'angle de l'UAV, ce qui est particulièrement difficile pour les procédures d'atterrissage. Ou est-ce que je n'y réfléchis pas?
fakemustache
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J'ai toujours voulu essayer ceci:

Montez une caméra orientée vers le bas sur l'UAV. La qualité est généralement hors de propos. Saisissez des images à un intervalle fixe. Analysez des paires d'images pour déterminer la vitesse à laquelle le sol semble se déplacer. Il y a beaucoup d'options ici pour les algorithmes. Maintenant, compte tenu de votre vitesse GPS (et non de votre vitesse!), Vous voyez à quelle vitesse vous allez réellement et à quelle vitesse le sol semble se déplacer. À 0 altitude, le mouvement apparent (correctement mis à l'échelle) serait de 1: 1. À mesure que vous prenez de l'altitude, la vitesse apparente du sol ralentit.

Ben Jackson
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Technique intéressante! Le PO a publié un commentaire sur cette réponse indiquant que "Malheureusement, nous ne pouvons pas mettre en œuvre une solution basée sur la vision en raison de limitations de poids." Néanmoins, il serait intéressant de voir si cette technique pourrait également être utilisée pour contrôler l'attitude horizontale.
Kevin Vermeer
Cela semble vraiment magnifique. : DI veillera à le mentionner.
fakemustache du
Si vous pouvez installer un GPS, vous pouvez installer un appareil photo. Cela peut prendre un peu d'effort, mais les caméras des téléphones portables sont minuscules .
Connor Wolf
Le problème n'est pas la caméra, nous l'avons. Le problème est le coût (complexité) du traitement d'image car le processeur central doit le gérer et nous n'avons pas la possibilité de le changer.
fakemustache