全球10大无人机激光雷达传感器及用途分析

时间:2021-11-25 09:02来源:OFweek作者:wuping 点击:
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摘要:仅在几年前,无人机检测系统还需要飞行器、大型激光雷达传感器和机组人员配合才能完成图像的捕捉。通过机载激光雷达传感器及复杂的软件,在云层中快速处理激光雷达图像,为使用者提供决策参考。随着激光雷达传感器的快速发展,这种现象已经得到很大改观。 据了解,无人机激光雷达领域正持续保持快速增长,尤其是在过去2年。在很短的时间内,全球最佳飞行器激光雷

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仅在几年前,无人机检测系统还需要飞行器、大型激光雷达传感器和机组人员配合才能完成图像的捕捉。通过机载激光雷达传感器及复杂的软件,在云层中快速处理激光雷达图像,为使用者提供决策参考。随着激光雷达传感器的快速发展,这种现象已经得到很大改观。
据了解,无人机激光雷达领域正持续保持快速增长,尤其是在过去2年。在很短的时间内,全球最佳飞行器激光雷达传感器制造商已经为小型无人机设计了各式各样激光雷达传感器产品。

这些UAV激光雷达传感器的输出功率非常出色,而随着越来越多的制造商进入这一领域,这些传感器也不断得到改进。在未来的几年里,我们将看到大部分激光雷达传感器用于无人机(UAVs)领域。

在这篇文章中,我们将介绍10款用于小型无人机的最佳激光雷达传感器。这些激光雷达传感器制造商包括Velodyne、Routescene、Leddartech、Riegl、YellowScan以及Geodetics。我们还将讨论激光雷达技术的诸多优点,以及激光雷达传感器在采矿、林业、测量、以及制图等不同领域的应用。

关于激光雷达传感器技术

激光雷达 - 光感测距技术(Lidar)是一种遥感技术,通常使用脉冲激光束对周围环境进行扫描,并且测量信号从扫描对象返回到检测器的时间。

激光时间测距原理(ToF)可用于测量从一米到几公里的距离。为了增加激光雷达系统的测量范围,可以使用不可见的近红外激光脉冲。这些激光器的功率远远高于连续波激光器,同时也是符合人眼安全要求的激光功率。

在扫描过程中,激光雷达系统将扫描各个距离点,根据这些点则可以计算出周围环境的3D图像。激光扫描仪使用偏转镜偏转激光束,这使得它们能够实现非常宽的视野(FOV)。

目前大多数无人机激光雷达系统可以围绕轴线旋转,并提供360度的可视性。并能够实现非常高的数据速率,每秒超过一百万个点距离。

激光雷达传感器的工作原理

1.发射激光脉冲;

2.记录回波讯号;

3.距离测量(飞行时间x光速);

4.检索平面位置和高度;

5.精确计算回波位置。

无人机激光雷达传感器用途

1、无人机防撞雷达传感器

在激光雷达传感器中,单个设备集成了多个独立元件,并将生成关键的测距数据,以便进行精确定位和安全导航。激光雷达传感器在广泛的视野中具有障碍物检测功能,使其成为感知与规避解决方案的理想选择。激光雷达是汽车防撞以及无人驾驶汽车的领先技术。

防撞技术现在已经渗透到了消费者无人机领域,其中包括高度创新的大疆Phantom 4 Pro(使用了2个超声波传感器和4个单目镜传感器),以及Yuneec Typhoon H Pro(使用了英特尔RealSense R200 3D摄像机)都具备防撞功能。

2、地面和地表图像激光雷达传感器

最新的激光雷达传感器具有集成的光学高度计技术,可在高于地面水平的情况下提供准确的距离测量,同时还能满足UAV厂商对尺寸、重量以及成本的要求。

农林业可以使用激光雷达来检查叶片和作物等植物生长情况。此外,可以通过去除地表图像(例如森林林冠部分)以观察地表区域。

3、激光雷达结构检测

最好的激光雷达传感器具有强大的内置信号处理、大视野和多段测量功能,可以产生关键的距离数据以及进行高效的障碍物检测,从而在执行结构检查时实现安全导航。

4、夜间激光雷达传感器

激光雷达传感器也被称为激光扫描,能在低对比度或阴暗的情况下、甚至是夜晚进行运作。

激光雷达无人机使用简介

农林业;

考古和文化遗产文献;

通道制图:电力线、铁路轨道和管道检查;

露天开采测绘学;

施工现场监测;

建筑和结构检查;

城市环境调查;

资源管理;

防撞;

海岸线和风浪建模;

流体力学建模;

数字高程模型。

多光谱和拍摄测量图像

激光雷达、多光谱和拍摄测量图像都是密切的相关技术。在一些领域以及某些情况下,需要通过上述3个图像以对地形、植被或结构进行全面分析。

ToF 3D相机(瞬动激光雷达)

在某些情况下,你可能会听到人们谈论瞬动激光雷达。ToF相机传感器通常被称为瞬动激光雷达。但其技术和用途有很大差异。

ToF是无扫描仪,意味着整个场景都是用单个光脉冲进行拍摄的,而不是使用旋转的激光束逐点拍摄。ToF相机采用专用图像传感器捕获整个三维场景,因此无需移动部件。

在了解了无人机激光雷达传感器的原理及主要应用之后,接下来将为你盘点十大无人机激光雷达传感器产品,并具体介绍它们的性能参数,以供参考:

一、LeddarTech - Vu8激光雷达传感器

LeddarTech Vu8是一种紧凑的固态激光雷达,可在八个独立部分提供高精度的多目标检测。检测目标在215米范围内,而重量只有75克,Vu8于Leddar M16相比,提供了将近两倍的量程。

Vu8使用了固定的激光光源,从而显著提高了传感器的稳定性和成本效益。Vu8具有较高的抗噪声和抗干扰能力。这意味着它不受其他传感器的信号影响,包括阳光直射在内的照明条件影响,并且可以在各种天气条件(包括雨雪)下提供可靠的检测。

Vu8传感器特别适用于驾驶员辅助、半自动和自动车辆中的导航和防撞应用,如无人机、卡车、建筑和采矿用重型设备、班车、公共汽车以及其他公共交通工具。

诸如先进的交通管理系统(ATMS)等需求较远距离和广泛视野的应用也将从新的Vu8传感器中大大受益。

Vu8激光雷达传感器的特点和优势:

检测范围高达215 m(≈700 ft);

紧凑轻巧(约75克);

8个具有同步采集和横向辨别能力的独立部分;

20°、48°以及100°波束宽度选择,用于优化视野;

快速刷新率高达100 Hz;

免疫环境光;

为了极致牢固性,没有任何移动部件;

易于集成,包括Leddar Enabler SDK;

基于模块化的LeddarVu平台,可进行灵活的集成和定制;

最佳性价比。

二、Velodyne - 3种最佳无人机激光雷达传感器

Velodyne公司提供了一整套能够获取最准确实时3D数据的传感器。他们开发的传感器能构建一个完整的360度视野环境视图,可用于自动车辆、工业设备、3D地图以及监视等用途。Velodyne拥有3种无人机激光雷达传感器。1、HDL-32E激光雷达传感器

HDL-32E LiDAR传感器体积小、重量轻、坚固耐用,可在40度垂直视野内设计多达32个激光器。

HDL-32E重量小于2kg,其设计超出了最具挑战性的现实世界自动导航、3D移动制图以及其他激光雷达应用的需求。以下为其主要特点:

双向返程;

±2厘米精度;

布线重1.3kg(2.86磅);

32通道;

80 - 100米距离;

每秒扫描70万个点;

360°水平FOV;

+ 10°至-30°垂直FOV;

低功耗;

坚固的设计;

重量小于2公斤(4.4磅)。

2、Puck VLP-16雷达传感器

Velodyne的新型PUCK VLP-16激光雷达传感器是Velodyne 3D激光雷达产品系列中最小、最新、最先进的产品。与价格相同的传感器相比,它具有更高的性价比,并且已经实现量产。

它保留了Velodyne激光雷达的主要技术特征:实时、360度水平FOV、3D距离和校准反射率测量。以下为其主要特点:

双向返程;

830克;

16个通道;

100米距离;

每秒扫描30万个点;

360度水平FOV;

±15°垂直FOV;

低功耗;

防护设计;

重量830克(1.82磅)。

3、Puck Lite激光雷达传感器

 

 

Velodyne的Puck LITE激光雷达是VLP-16 PUCK的轻量级版本,适用于要求较低重量以满足其要求的应用。Puck LITE?具有与VLP-16相同的性能,唯一的区别在于其重量仅为590克(1.3磅),而VLP-16的重量为830克。

Puck LITE激光雷达传感器没有其他变化,而且保留了其专利的360度环绕视图,以捕获包括距离和校准反射率测量在内的实时3D激光雷达数据。

三、Riegl - VUX-1UAV激光雷达传感器

使用高端无人机载平台的激光扫描提供了在危险和/或难以到达的地区获取数据的可能性,同时为许多应用提供了极好的成本效益比,例如精确的农业、林业和矿业等。

多年来,Riegl机载激光扫描仪已经成功应用于强大的无人机载平台。凭借VUX-1UAV机载扫描仪和Riegls用于无人机激光扫描(ULS)的遥控驾驶航空器系统RiCOPTER——Riegl开发的先进系统,彻底改变了商业和民用市场。

Riegl VUX-1UAV(前身为VUX-1)是一款非常轻便、紧凑的激光雷达扫描仪,可以满足UAS / UAV / RPAS新兴调查解决方案的要求,无论是在系统集成还是在测量性能方面。

鉴于UAS的具体限制和飞行特性,Riegl VUX-1UAV能在任何方向进行安装,甚至是在有限的重量和空间条件下。

该仪器只需要一个电源,因此功耗适度。采集的整体数据集要么通过集成的LAN TCP / IP接口,作为实时线扫描数据进行提供,要么直接存储到内部的240GB SSD内。

VUX-1UAV激光雷达传感器的主要特点:

10 mm测量等级精度;

每秒高达200次扫描的扫描速度;

每秒高达50万次的测量速率;

(@ 550 kHz PRR & 330° FOV)

高达1000英尺以上的飞行高度;

视野达330度,实现无限制数据采集;

普通模式,完美平行的扫描线;

顶尖的Riegl技术提供;

- 回波信号数字化

- 在线波形处理

- 多次处理

多目标功能 - 几乎无限数量的目标回声;

紧凑型(227 x 180 x 125 mm),重量轻(3.5 kg),坚固耐用;

能轻松安装在专业的UAS / UAV / RPAS上;

用于IMU安装的机械和电气接口;

GPS数据串和同步脉冲(1 PPS)的电气接口;

LAN-TCP / IP接口;

存储在内部240GB SSD内存的扫描数据。

VUX-1UAV激光雷达传感器主要应用

农林业;

考古和文化遗产文献;

通道制图:电力线、铁路轨道和管道检查;

露天开采测绘学;

施工现场监测;

城市环境调查;

资源管理。

四、Routescene – 无人机LidarPod

 

 

Routescene – 无人机LidarPod是专门为无人机使用而开发的全套系统。该公司与测量行业合作,开发Routescene UAV LidarPod也是他们的专长。

Routescene为激光雷达应用设计了可靠、实用和经济高效的解决方案。无人机LidarPod是一个拥有强大设计和独立的系统。操作简单,可在现场快速部署。该交钥匙解决方案包括LidarViewer,它是用于处理结果数据的专用软件。

LidarPod传感器结合了市场上最好的技术,以捕获测量级位置精度以及非常高的点云密度。

每秒扫描点数

Routescene LidarPod将每秒收集70万点,高度为40米(131英尺),飞行速度为每小时30公里(18.64英里/小时),相当于每平方米300个点。这提供了一个非常丰富的数据集,极大增强了可以获取的细节。

LidarPod非常轻

Routescene UAV LidarPod总重量小于2.5公斤(5.5磅)。这种低重量特性将能够实现20分钟的持续飞行时间,而这也是进行调查所需的时间。

质量和复原力水平

Routescene无人机LidarPod包含所有收集精确的调查数据所需的功能、实时数据质量控制,并构建一个非常密集和准确的地理参考点云。

这意味着所需要的一切都内置在系统中,包括激光雷达传感器、GPS / INS、无线遥控技术、数据存储和电源管理。不需要外部组件,这就消除了集成问题和不良连接器的可能性。

内部固件控制了传感器,解析原始数据,并将数据样本发送到Routescene地面控制台;它还能对LidarPod的功耗进行管理和监控。

LidarPod使用了上述Velodyne HDL-32e激光雷达传感器,能提供无与伦比的图像分辨率。

LidarPod中Velodyne HDL-32e的亮点:

32个激光传感器/成对侦测器;

1级人眼安全;

波长为905nm;

飞行时间测距与强度;

每秒扫描70万个3D点;

最大范围:100米,范围精度

视野:垂直360度,水平41度;

角度分辨率(垂直):1.33度;

冲击:500 m / sec2幅度,11 msec持续时间;

环保:IP67。

处理激光雷达数据

Routescene开发了专门的LidarViewer软件,可以轻松导入、可视化以及将过滤器应用到所收集的大量数据,此后便可以使用GIS和CAD软件包。

LidarPod GPS \\ INS

集成载波相位实时动态差分(RTK)GPS和惯性导航系统(INS)的最先进技术,在最苛刻的条件下都能提供准确的位置、速度、加速度和方位。双天线移动载波相位实时动态差分(RTK)GNSS解决方案确保了LidarPod可以通过最低重量实现最高精度。

GPS \\ INS传感器将经过温度校准的加速度计、陀螺仪、磁力计和压力传感器与多通道RTK GNSS接收器相结合。这些仪器耦合在一个复杂的融合算法中,以提供准确可靠的导航和方向。

提供高达1厘米精度定位的三频GNSS接收机,并支持当前和未来的所有卫星导航系统,包括GPS、GLONASS、GALILEO(欧洲卫星导航系统)以及中国北斗卫星导航系统。它还支持Omnistar服务,无障碍高精度定位。

无人机安装套件(可选)

一个经过专门设计和测试的解决方案,用于将LidarPod和2个GPS天线安装到旋转无人机上。安装套件包括与12 mm直径无人机设备导轨兼容的设备板,两个导轨间隔160 mm。该设备板包括一个快速释放夹具,便于部署。

五、YellowScan - 2无人机激光雷达传感器

YellowScan设计和开发了超紧凑轻巧的激光雷达3D激光测绘和空中遥感解决方案,用于工业和科学应用中的无人机部署。

YellowScan无人机激光雷达传感器的优点

扫描植被和作物:YellowScan的技术是少数能进行近乎实时距离扫描植被的技术之一。可以根据需要频繁扫描快速增长的植被和作物。

优化的维护操作:快速、轻便、易于调动,整个系统(UAV + Lidar)可以通过汽车后备箱或飞机行李箱进行携带;非常适合快速测量无法通过大型机载激光雷达进行扫描的网络中的限制区域。

安全:YellowScan无人机可以快速获取完整的图形,同时消除载人空降或地面物流的需要。

Yellow扫描激光雷达解决方案旨在实现:

小区域(小于10平方公里或100线性公里)扫描;

需要穿透植被;

达到难以接近的区域;

需要近实时/频繁/定期的数据;

5-50厘米的精度范围。

六、YellowScan Mapper无人机激光雷达传感器

YellowScan Mapper激光雷达传感器是为无人机和其他超轻型飞行器设计的轻量级交钥匙测量解决方案。其小巧的体积、轻便特性使得其可以安装在大多数无人机上。

Yellow Scan Mapper用途:

过道绘图;

环境工程;

考古;

林业。

Yellow Scan Mapper激光雷达传感器的优点

通过专业人士在各种情况下进行了测试操作;

坚固可靠;

交钥匙,操作简单;

具有可互操作软件的开放架构:适用于从研究到工业制图等许多应用;

全自动,可以快速安装在任何无人机上;

Yellow Scan Mapper规格

精度:10厘米;

绝对精度:15厘米;

激光扫描仪频率:40 kHz;

重量:包括电池2.1公斤;

功耗:10W;

自动飞行时间:2小时;

尺寸(mm):L172×W206×H147。

YellowScan Mapper激光雷达系统包括:

高端姿态与航向参考系统(AHRS)可以精确测量姿态;

双频GNSS接收机,能够在RTK或PPK定位模式下运行;

多回波激光扫描仪;

车载计算机,用于数据的连续采集和处理;

电池(续航时间最多2小时);

全球技术和业务支持。

YellowScan Surveyor无人机激光雷达传感器

 

 

YellowScan Surveyor是为土木工程和矿业专业人士所设计的最轻和最精确的激光雷达传感器解决方案之一。该YellowScan激光雷达无人机测量解决方案具有最高的精度和密度,也可以生成实时地理参考点云数据。

YellowScan Surveyor是一个完全集成的系统,专为最苛刻的地形而设计。YellowScan Surveyor运行块,很容易适应任何无人机。

YellowScan Surveyor并没有取代上述YellowScan Mapper,而是通过非常适用于精确地形以及对土木工程和采矿应用要求很高的解决方案进一步完善了YellowScan Mapper。

Yellow Scan Mapper激光雷达传感器的优点

由测量员为测量员而设计;

坚固可靠;

交钥匙,快速,操作简单;

全自动,可以快速安装在任何无人机上;

YellowScan Mapper激光雷达系统规格:

精度:4厘米;

绝对精度:5厘米;

激光扫描仪频率:300 kHz;

重量:包括电池1.6公斤;

功耗:15W;

自动飞行时间:2小时;

尺寸(mm):100×150×140。

七、Leica Geosystems激光雷达传感器

Leica Geosystems以成像和激光雷达传感器闻名。鉴于脉冲和扫描速率最佳的性能,他们提供的激光雷达系统能提供高测量精度。

由于它们在无人机上安装了多光谱和成像传感器,因此其机载激光雷达传感器尺寸大而且重。Leica有2个机载激光雷达传感器,对于小型无人机来说太重了。用于载人飞行器的大型重型激光雷达传感器如下:

Leica ALS80机载激光雷达传感器:这是用于城市制图和公用事业通道调查的高性能机载传感器。ALS80的重量是47kg(103磅),所以它真的是一个机载激光雷达传感器。

Leica DragonEye Oblique激光雷达传感器:业界领先的1 MHz机载倾斜激光雷达传感器。

DragonEye激光雷达传感头的重量为37公斤(81.5磅)。这也是一个飞行器激光雷达传感器。

八、Geodetics - 2无人机激光雷达传感器

 

 

Geodetics成立于1999年,由一个科学家团队成立,目标是为民用市场提供精确的定位技术。

从那时起,Geodetics已经发展成为为民用和国防应用提供广泛的定位、导航和计时系统的产品和集成解决方案提供商。

他们的产品和系统已部署在关键业务应用中,包括空中加油、空中作战训练、侦察监视系统、无人机、航空器和步行士兵跟踪等。

九、Geo-MMS SAASM无人机激光雷达传感器

Geodetics Geo-MMS SAASM是一个完全集成的激光雷达制图有效载荷,可与小型无人驾驶车辆集成。Geo-MMS系统包括惯性导航系统,利用带有M-Code路径的SAASM GPS传感器,并配有激光雷达传感器。

从集成GPS、IMU和激光雷达传感器获取的原始数据记录在内部数据记录设备上,可以使用Geodetics的激光雷达工具软件包进行后处理,以直接对激光雷达点云进行地理参照。

Geo-MMS SAASM规格

适用于包括无人机、UAS、地面车辆和机器人在内的不同平台的灵活安装;

最小化传感器尺寸和重量以满足有效载荷限制(最小有效载荷5磅);

可用于许多IMU以支持广泛的应用需求;

厘米级位置精度(双频RTK配置);

所有传感器和导航解决方案数据的车载数据记录;

用来完全控制单独和集成GPS、IMU以及激光设置的用户界面;

支持通过RTD-Post和CYO对GPS / IMU / LiDAR进行全面后处理;

LAS文件输出。

Geo-MMS SAASM激光雷达应用

侦察监视系统(ISR);

情境感知;

感知与规避;

资产管理;

沿海监视;

水文测绘;

关键油气基建检查;

DEM / DSM生成;

室内测绘能力(SLAM)。

十、Geo-MMS无人机激光雷达移动测绘系统

Geodetics Geo-MMS是与小型无人驾驶车辆完全集成的激光雷达制图有效载荷。Geo-MMS包括与激光雷达传感器耦合的惯性导航系统。从集成GPS、IMU以及激光雷达传感器获取的原始数据记录在内部数据记录装置上。

然后,可以通过Geodetics的激光雷达工具软件包进行后处理,以LAS格式输出,直接对激光雷达点云进行地理参照。Geo-MMS可用于各种传感器。

Geo-MMS规格

适用于包括无人机、UAS、地面车辆和机器人在内的不同平台的灵活安装;

最小化传感器尺寸和重量以满足有效载荷限制(最小有效载荷5磅);

可用于许多IMU以支持广泛的应用需求;

厘米级位置精度(双频RTK配置);

所有传感器和导航解决方案数据的车载数据记录;

用来完全控制单独和集成GPS、IMU以及激光设置的用户界面;

支持通过GPS / IMU Geo-Post Processing完成后期处理;

LAS文件输出。

Geo-MMS 激光雷达应用

侦察监视系统(ISR);

情境感知;

感知与规避;

资产管理;

沿海监视;

水文测绘;

关键油气基建检查;

DEM / DSM生成;

室内测绘能力(SLAM)。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:wuping )
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