Darüber hinaus hat der immer härter werdenden Wettbewerb zwang die Industrie gezwungen wurde, bevor der Markt noch nicht wurde die erste Bahnbildungs Produkte in diesem Artikel beschrieben starten, die wichtigsten ist, wie viele HF- und Mikrowellen-Technologie Innovation und Beseitigung von Hindernissen für Regulierungsfragen, sowie dazu beitragen, seine UAV-Hersteller zu markieren Der Unterschied in der Lösung, um die Marktchancen anzugreifen.
Mit Industrierobotern, automatischem Piloten, erschien neue Technologien zu fördern, sowie Stromversorgungssysteme, UAV eine natürliche Entwicklung zu werden, übertragen. Unbemannte Fluggeräte verschiedene Einstellungen nach zu gefährlich durchführen können, zeitaufwendig oder schwierig zu implementieren Personal Unsere Arbeit, diese Welle des großen Sprunges, führt uns zu einer mehr automatisierten und produktiveren Welt.Das Konzept der UAV / UAS ist nicht neu.Ähnliche Muster sind bereits während des starken Einsatzes von bemannten Flugzeugenaufgetreten. Die Verwendung von.
Aufgrund der Einschränkungen in den Bereichen Materialwissenschaft, Fortschritt, Energie und Batterie, Sensoren und Softwaretechnologie ist die Anwendbarkeit von Drohnen auf bestimmte Industrien und Einsatzgebiete jedoch begrenzt, da in der Vergangenheit nur das Militär über ausreichende finanzielle Ressourcen verfügte, um diese zu entwickeln und zu nutzen der Einsatz von unbemannten Flugzeugen, Versandpersonal, um die Szene damit beauftragte hohe Risikoumfeld zu tragen, in der Aufklärung Geheimdienstler auszuführen Finanzierung Aufgabe zu ersetzen. auch heute noch viele Menschen würden immer noch Drohnen und oft in den Nachrichten und hören Die Militärmission ist angekommen.
Auf der anderen Seite haben Low-Cost-Drohnen ohne bare Ausrüstung (Bare Bone) schnell einen Boom bei Gelegenheitsspielern und Enthusiasten ausgelöst. Drohnen wurden in der Vergangenheit nicht häufig in kommerziellen Anwendungen verwendet, aber mit der Industrie in der Teiletechnologie und Computersoftware hat große Fortschritte gemacht, und diese Situation wird allmählich umgekehrt.
Der kommerzielle Drohnenmarkt ist optimistisch
Die Größe des Drohnenmarktes soll 2020 auf 21 Milliarden US-Dollar anwachsen. Die Hauptstärke des derzeitigen Marktgebiets (ca. 82%) konzentriert sich auf militärische Anwendungen. Bis 2021 wird der Marktumsatz der kommerziellen UAV voraussichtlich 25 betragen. Milliarden US-Dollar, jährliche Wachstumsrate wird 19% erreichen.
Drohnen haben eine breite Palette von Anwendungsszenarien: Drohnen sind wegweisende Anwendungen wie Präzisionslandwirtschaft (Sprühpestizide), Geomorphologie und Umweltüberwachung, Infrastrukturüberwachung (Brücken und Reservoirs), Überwachung der öffentlichen Sicherheit, Kommerzielle Fracht-, Grenzkontroll-, Öl- und Gaspipeline-Überwachung und viele andere Anwendungen Jeden Monat bringen Dutzende von Neuankömmlingen Produkte und Dienstleistungen auf den Markt, die Drohnentechnologie verwenden, um Geschäftsprobleme zu lösen, einfach gesagt, kommerzielle UAV-Anwendungen Es gibt fast keine Grenze im Vordergrund.
Obwohl sich die Markthitze der Drohnen weiter erwärmt, haben viele Hersteller begonnen, ihre verschiedenen Anwendungen zu erweitern, wie zum Beispiel Amazon und Google, das sich im Besitz von Alphabet Holdings befindet.Die Branche steht vor vielen Herausforderungen, die das Wachstum begrenzen.
Vorschriften / Talente werden zu Hindernissen für die Entwicklung von Drohnen
Die Federal Aviation Administration (FAA) streng an den Einsatz von Drohnen in der öffentlichen Luftraum begrenzt. Nach den 2015 Vorschriften, UAVs mit einem Gewicht von weniger als 55 lbs begrenzt ist in der Fahrersichtlinie und Reichweite tagsüber fliegen, das ist völlig unabhängige Behörden diese Art von UAV Flug ohne Personal der Überwachung die Situation verboten. FAA, um die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten und Unfälle zu vermeiden, bevor die Entwicklung dieser Spezifikationen. vom Standpunkt der Regierung, weil diese UAVs nicht mit zuverlässigem ausgestattet und präzise Sensoren, so dass das Risiko von Derivaten zu hoch ist, lassen sie nicht in offenen öffentlichen Plätzen fliegen. aber die Behörden müssen noch einige Luftraum öffnen (zB weite landwirtschaftliche Flächen), aber in den meisten Fällen angesichts der begrenzten Sensor Technologie und Zuverlässigkeit von Sensoren, die nicht tatsächlich verifiziert wurden, nahm die FAA eine konservativere Position ein, um Unfälle zu vermeiden und die öffentliche Sicherheit aufrechtzuerhalten.
Neben regulatorischen Hindernisse für die Bildung des Wettbewerbs UAV-Markt immer intensiver Preisdruck auf die Hersteller zu produzieren. Durch die Drohnen Wachstumspotenzial und Geschäftsmöglichkeiten angezogen weltweit gibt es derzeit mehr als 400 Unternehmen in einer Vielzahl von UAV Forschung und Entwicklung zu investieren. in der Zwischenzeit ist der Fokus der meisten Hersteller in prominenten differenzierbare ihre Hardware gestellt, anstatt den Mehrwert durch seine eigene UAV erstellt betont.
Machen Sie kommerzielle und Verbraucher Drohnen weit verbreitet werden, müssen diese Flugmaschinen mit Navigationssensoren ausgestattet werden, um sie sicher zu unterstützen und zuverlässig autonome Navigation. Als Automobil- und Industrieanlagen Markt gibt unter diesen drahtlosen Sensoren sind viele basieren auf Radiofrequenz und Mikrowellentechnik heute noch die Mehrheit der Entwickler schaffen neue UAV Unternehmen die meisten Unternehmen, ist spezialisiert auf eine begrenzte Zahl seiner Mitarbeiter HF- und Mikrowellen-Design. auch seit langem etablierte industrielle Ausrüstung OEM Gießerei, obwohl es eine Reihe von speziellen Funkfrequenz Es ist jedoch oft gezwungen, Radarsensorlösungen schnell zu evaluieren, zu entwerfen und herzustellen, um dem sich schnell ändernden UAV-Markt gerecht zu werden.
Mangel an Talent sowie kommerzielle RF Radarlösungen für die Industrie einen Teufelskreis zu bilden. UAV-Markt nicht in der Lage ist, zuverlässige Sensoren zu bieten völlig autonom Flug zu unterstützen, so weit zu führen, um anti-Regierungsbehörden kann die Strombegrenzung unabhängig UAVs nicht losbinden Die Verordnung.
Sensing-Technologie schützt die Drohnensicherheit
Analog Devices denken UAV-Hersteller die Möglichkeit haben, das Verfahren die zuständigen Behörden des UAV Flug zu beeinflussen ist Radiofrequenz zu verwenden, Mikrowelle und Millimeterwellen-Technologie und ausgestattet mit hoch entwickelten Sensoren auf unbemannte Flugzeuge in einen sicheren Flug zu halten. Ein Beispiel auf 24GHz-Radar kann diese Technologie eine der grundlegendsten und vielseitige Lösungen sein, die Fähigkeit, die Sicherheit der Schifffahrt in vielen Situationen zu zeigen, zu verwenden, da es sich um eine weltweit anerkannte Industrie / wissenschaftlichen / medizinischen ist (ISM) Band öffentlich bereitstellen.
24GHz-ISM-Band-Radar kann auf der ganzen Welt verwendet werden, ohne eine Lizenz zu erhalten, kann es für Operationen wie Automobil-Kollisionsvermeidungssystem und Funkhöhenmesser und andere Geräte. Die Band-Radar kann auch eine Reihe verschiedenen Objekte zu erfassen und zu verfolgen, und die Messung nicht verwendet werden, verwendet Menschenflughöhe vom Boden, die beide UAV Flugsicherheit ist auch die grundlegendsten Funktionen.
Beachten Sie auch, dass ein verbreiteter Irrtum ist, dass 77 GHz Radar mit 24GHz ISM-Radar verwendet werden. Gemäß den geltenden Vorschriften, 77 GHz-Band ist ein Fahrzeug für anwendbar Objekt nicht UAV / UAS enthält. Aus technischen Sicht, 77 GHz Radar hat einen höheres Bandbreite, hilft die Auflösung zu verbessern, aber nach den geltenden Vorschriften, kann nicht auf einem UAV verwendet werden.
Durch Lösungen auf technische Ebene der Bereitstellung kann autonom arbeiten können Hersteller die Initiative ergreifen, bestehende Gesetze zu beeinflussen, anstatt passiv warten auf die Behörden, wie die Industrie Betrieb diktieren
Zu diesem Zweck UAV Hersteller müssen drei Schritte:
1. Stellen Sie eine Grundkenntnisse des Radars und seine verschiedenen Modi.
2. ein vollständiges Verständnis aller Elemente erforderlich, um die Radar-HF-Signalkettenlösungen zu lösen.
3. eine geeigneten Radarlösungen bieten solche Programme komplette Hardware-Konfiguration und Software-Algorithmen, sie Produkte schneller in den Markt machen.
Diese Schritte werden im Folgenden beschrieben, ebenso wie der Aufbau einer der möglichen Lösungen zur Unterstützung von UAV-Herstellern bei der Entwicklung von Anwendungen wie Kollisionsvermeidung und Funkhöhenmessern unter Verwendung von 24 GHz-Radar.
Stellen Sie grundlegendes Verständnis von Radar und seinen verschiedenen Modi her
Der Markt für Automobil- und Industrieausrüstungen verwendet häufig Radarsensoren, um Objekte zu erkennen, zu messen und zu verfolgen, wie zum Beispiel die Totwinkelerkennung und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) .Die Radarsensoren können im Vergleich zu optischen / visuellen oder Ultraschallsensoren genau erkennen Und selbst in rauen Umgebungen wie Staub, Rauch, Schnee, Nebel oder schlechtem Licht können Objekte gemessen werden, die auch extreme Entfernungen und große Winkel erkennen können.
Typische HF / Mikrowellenradare können in einer Vielzahl von Modi arbeiten, um mit dem gewünschten Detektions- und Trackingmodus übereinzustimmen.
FMCW Radarmodus Messung mehrerer Objekte
Im FMCW-Modus stellt die Radar-DVD-R / RW den Abstand zum stationären Objekt dar. Durch Einstellen der Frequenzwelle, auch bekannt als FMCW-Rampe oder Chirp, kann das Radar messen Um die Reaktion der Welle zu reflektieren, berechnen Sie dann die Entfernung des Zielobjekts, die Geschwindigkeit und die Auflösung des Winkels
1 zeigt den FMCW-Slantwave- oder Chirp-Erzeugungsmechanismus während der Radarübertragung und den gesamten Satz wichtiger Radargleichungen, die zum Definieren der Radarsensor-Entwurfsinformation verwendet werden:
Abb. 1 FMCW-Radarkonzept
· Entfernungsauflösung:
Abhängig von der Sweep-Bandbreite des Sweepers (Sweepbandwidth): Je höher die Sweep-Bandbreite des Senders ist, desto höher ist die Entfernungsgeschwindigkeit des Radarsensors.
Geschwindigkeit Auflösung:
Es hängt von der Verweilzeit und der Trägerfrequenz ab, je höher die Trägerfrequenz oder je länger die Beleuchtungszeit, desto höher ist die Geschwindigkeitsauflösung.
· Winkelauflösung:
Abhängig von der Trägerfrequenz ist die Winkelauflösung umso höher, je höher die Trägerfrequenz ist.
Im Vergleich zu Laserdetektions- oder Kameradetektionsmethoden, die einen einzigen Ortspunkt messen, wird nur ein 2D-Bild aus dem Sichtfeld der Kamera aufgenommen, FMCW-Laser messen nicht nur kontinuierlich, sondern messen auch das Ziel. Die Reflexionsinformation nimmt den Durchschnitt mehrerer Daten auf und integriert dann Informationen wie Geschwindigkeit, Winkel und Entfernung des gemessenen Objekts und zeichnet eine 3D-Ansicht, die von einigen Zentimetern bis zu mehreren hundert Metern reicht und einzelne Objekte und mehrere Objekte messen kann.
Distanz - Doppler-Modus Analyse Entfernung / Geschwindigkeit
Im Distance-Dupuy-Modus kann die Entfernung und Geschwindigkeit des Objekts analysiert werden.Der Distanz-Doppler-Modus ist einer der leistungsstärksten Operationsmodi, da er zweidimensionale Fourier-Transformationen messen und damit gleichzeitig bearbeiten kann Multiple Transmit Ramps oder Radon Frequenzen Die Entfernung nach der Verarbeitung - Doppler Daten werden auf einer Karte angezeigt, um Objekte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu unterscheiden, auch wenn sie vom Sensor entfernt sind. Das Gleiche kann unterschieden werden: Dies ist nützlich, um Objekte zu unterscheiden, die sich in unterschiedlichen Orientierungen befinden und sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen, beispielsweise wenn viele Fahrzeuge in die entgegengesetzte Richtung fahren oder wenn sie vorbeifahren, können sie diese Methode verwenden, um das Problem zu lösen. Berechnen Sie die komplexe Verkehrssituation.
Digitaler Beamforming-Modus zeigt Zielwinkel an
Im Modus "Digital Beamforming" (DBF) können Entfernung und Winkel des Ziels angezeigt werden.Die von den vier Kanälen empfangenen Signale werden zur Schätzung des Azimutwinkels des Ziels verwendet.Die angezeigte Nachricht gibt das Ziel in der xy-Koordinatenebene wieder. Räumliche Verteilung Im DBF-Modus ist die Systemeinstellung ähnlich wie beim FMCW-Modus, aber das abwärts konvertierte Zwischenfrequenzsignal (IF) wird unterschiedlich behandelt.Nach der Berechnung der Entfernung wird das Ziel gemäß den vier empfangenen Kanalinformationen gelöst. Azimutwinkel.
Im DBF-Modus muss das Front-End-System des Radars kalibriert werden, um qualitative Phasenverschiebungen zwischen den empfangenen Kanälen zu eliminie- ren. Das analoge Radar-Display-System (Demorad) enthält Werkskalibrierungsdaten, die geladen werden, wenn die GUI-GUI läuft. Dann korrigiert das System das abgetastete ZF-Signal und wertet dann die vom Sensor gemessenen Daten aus.
Aufgrund seiner hohen Genauigkeit, seines niedrigen Stromverbrauchs und seiner geringen Größe ist das 24GHz-Radar weit verbreitet in kommerziellen und industriellen Anwendungen.Diese Merkmale machen das 24-GHz-Radar auch für die Unterstützung der meisten kommerziellen Drohnenhersteller interessant. Es kann den Bedarf an Nutzlast und Elektrizität reduzieren Abbildung 2 zeigt eine komplette Mehrkanal-Radarsignalkette Tabelle 1 zeigt die Radarlösungen von Analog Devices bis zur Antenne, sodass Ingenieure schnell Anwendungen entwickeln können.
Abbildung 2: Die 24-GHz-Multi-Channel-Radar-Lösung von Analog Devices
24 GHz Radarvorteil
Bei der Entwicklung von Radarsensoren wirkt sich eine Verbesserung der Empfängerempfindlichkeit um 1 dB auf die Erkennungsentfernung aus.Die meisten Lösungen auf dem Markt konzentrieren sich auf die Kostenreduzierung, so dass die Phasenrauschleistung geopfert werden muss und die Anzahl der Kanäle reduziert werden muss. .
Als ein Ergebnis wird das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des gesamten Empfängers abnehmen, was die Fähigkeit des Radars begrenzt, kleinere Objekte oder Ziele zu detektieren, so dass keine kleinen Objekte neben großen Objekten detektiert werden können. Häufig ausgelastete oder überlastete Situationen können dazu führen, dass sich Systemphasenrauschen anhäuft, wodurch die Empfindlichkeit des Radarempfängers abnimmt.Höhere Systemgeräusche können kleinere Objekte verdecken oder verbergen, wodurch das Radar Objekte erkennt, was wiederum zu Sensoren führt. B. beim Erkennen von feinen Verzweigungen, können diese durch Gebäude verdeckt sein und können nicht erkannt werden Die meisten einkanaligen, kostengünstigen Einzelchip-Lösungen können nicht die erforderliche Leistung bereitstellen, um eine solche Identifikation durchzuführen.
Mithilfe der 24-GHz-Multi-Channel-Plattform können UAV-Hersteller:
1. Verwenden Sie FMCW-Radar, um Entfernungen und Geschwindigkeiten von Objekten zu erkennen.Die maximale Erkennungsentfernung beträgt bis zu 200 Meter und die Auflösung beträgt bis zu 60 cm (wenn das Antennendesign der spezifischen Anwendung angenommen wird, kann die Auflösung sogar auf 15 cm verbessert werden. ).
2. Der horizontale Betrachtungswinkel beträgt etwa 120 Grad und der vertikale Betrachtungswinkel beträgt 15 Grad.Der tatsächliche Sichtfeldbereich hängt von der Antennenanordnung ab.Mit der Kombination der Antennen mit mehreren digitalen Strahlenkann das Radar DBF verwenden, um die Winkelinformation zu berechnen, um einweiteres Sichtfeld zu buchstabieren.
3. Im Vergleich zu herkömmlichen kostengünstigen Einkanal-Radar-Lösungen erreichen Sie mindestens die doppelte Empfindlichkeit, bis zu 1,5-fache Reichweite und reduzieren den Stromverbrauch.
Das Demorad-System hilft bei der Entwicklungseffizienz
Das 24-GHz-Radar-Demorad-System stellt eine neuartige Radar-Evaluierungsplattform mit vorgefertigten Softwarebeispielen dar, mit denen Anwender innerhalb weniger Minuten mit dem Entwurf von Radarsensoren beginnen können. Prototyp, Bewertung verschiedener Faktoren von Radar R & D, und Entwicklung idealer Radarsensor Produkte, Energiemessung von verschiedenen Echtzeitinformationen wie das Vorhandensein / Fehlen eines Ziels / Objekts, Bewegung, Azimut, Geschwindigkeit und Entfernung vom Sensor.
Die Systemhardwarelösung besteht aus einer Radiofrequenzantenne, einer kompletten RF-zu-Basisband-Signalkette und einem DSP.Der Benutzer kann sich schnell mit dem Laptop / PC verbinden, indem er nur GUI-Software und Radaralgorithmussoftware verwendet.
Benutzer können mit diesem Kit innerhalb weniger Minuten eine Verbindung zu einem Computer herstellen und Software laden, um eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) mit 2D / 3D-Radar, festen Fehlalarmen (CFAR) und Klassifikationsalgorithmen zu einem vollständigen Radar zu erstellen. Prototypen und der beschleunigte Start neuer Drohnen, die mit funktionsfähigen Radargeräten ausgestattet sind.
Abbildung 3 zeigt verschiedene Perspektiven des 24-GHz-Demorad-Kits mit eingebautem Zweikanal-Sender und 4-Kanal-Empfängerantenne.
Abbildung 3: Demorad 24GHz Radar Platform Solution
Demorad mit einem kompletten GUI und DSP-Funktionsbibliothek Unterstützung Radar. Das Radarsystem Signalkette in Demorad viele grundlegende Software-Algorithmen enthält, so Designer müssen Forschung und Entwicklung erweitern keine Programmcode schreiben werden können. Diese nutzen die integrierte Software-Algorithmen, die Ingenieure können schnell Radar vom Host-PC verwenden, um Ziele zu erkennen und zu unterscheiden.
Darüber hinaus können Entwickler den vorhandenen Softwareprogrammcode bearbeiten, um verschiedene Objekte in ihren Anwendungen zu erkennen und zu unterscheiden.Mit DemoRad erhalten Hersteller ein höheres Maß an Designflexibilität, unabhängig davon, ob sie Erfahrung im RF-Design haben oder nicht. Kann schnell Anwendungen entwickeln, um einen sicheren Drohnenflug zu ermöglichen.
Der UAV / UAS-Markt ist nicht nur schnell gewachsen, sondern hat auch endloses Potenzial für viele neue kommerzielle Anwendungen gebracht.Um diese Vision zu realisieren, müssen Drohnenhersteller die Industrie anführen, RF-, Mikrowellen- und Millimeterwellensensoren einsetzen, um ihre eigenen zu beweisen Drohnen können autonom und sicher fliegen, außerdem entwickelt sich die Sensortechnologie rasant und es entstehen neue Technologien wie LiDAR, ToF und Ultraschall.
Die Drohnenhersteller sollten weiterhin auf diese neuartigen Lösungen achten, um die neuesten Technologien für ihre Drohnen auszuwählen.Wenn diese Technologien bewertet werden, sollten kritische Evaluierungsstandards Radarleistung und diversifizierte Funktionen, nicht nur Hardware, umfassen Die Kosten.