超声波和红外测距技术在无人机定高中的挑战

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图5.28 与Arduino UNO相连的红外传感器超声波和红外传感器都属于测距传感器，作用是采用非接触的方式进行距离测量来获取无人机与特定对象之间的相对位置、相对速度。通过超声波或红外传感器来进行辅助定高时，对地面环境的要求比较高，换言之，如果地面环境比较复杂，就会给超声波或红外测距带来很多干扰。

图5.28 与Arduino UNO相连的红外传感器

超声波和红外传感器（IR distance sensor）都属于测距传感器，作用是采用非接触的方式进行距离测量来获取无人机与特定对象（如地面、障碍物等、跟踪目标）之间的相对位置、相对速度。它们的名称虽然不同，实现状态反馈的途径和适用条件也有区别，但对于无人机系统而言，它们的抽象功能却是相同的。（请思考问题：超声波和红外传感器发出的波有什么区别？它们的特点是什么？如何利用这些特点？这些特点可能会带来哪些麻烦？）

超声波和红外传感器在原理上有彼此相通之处，即通过向指定方向发射，并接收特定对象返回的不同类型的“波”（前者为超声波，后者为一定波长的电磁波），并根据该种波的特性及反馈时间来计算无人机与特定对象之间的距离或无人机本身的运动速度。在不同的无人机应用领域，超声波与红外传感器常被用来进行辅助定高或壁障飞行（请思考问题：无人机GPS不提供高度数据么？），但无论是用于哪一种途径，都只能在有限距离内进行，否则就会由于散射、吸收导致测距精度降低。

通过超声波或红外传感器来进行辅助定高时，对地面环境的要求比较高，换言之，如果地面环境比较复杂，就会给超声波或红外测距带来很多干扰。以超声波定高为例，超声波为了获得足够的反馈信号需要离障碍物比较近，但当地势变化不均匀或植被高低不平时就会给无人机定高带来很大干扰，使无人机无法稳定保持与特定对象的高度，换句话来讲，相对高度误差会在特定干扰或环境中超出允许的最大“边界”。

因此在无人机系统上使用超声波、红外等相对距离传感器时，虽然不需要担心加速度计等传感器的校正问题，但是却不得不面对更多来自环境的干扰因素。(https://www.chuimin.cn)

图5.29 与Arduino UNO相连的超声波测距传感器

图5.30 复杂的地面环境及其变化都会影响无人机的正常飞行，工程师必须时刻牢记无人机是在真实环境中进行运动的，这与虚拟环境有着质的区别

超声波和红外测距技术在无人机定高中的挑战

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