Além disso, a competição cada vez mais acirrada obrigou a indústria foi forçada antes que o mercado ainda não estava se formando a primeira a lançar produtos discutidos neste artigo, o principal é quantas RF e tecnologia de microondas inovação e remover os obstáculos à questões regulatórias, bem como ajudar a destacar seus fabricantes UAV A diferença na solução, a fim de atacar as oportunidades do mercado.
Com robôs industriais, piloto automático, apareceu para promover novas tecnologias, bem como sistemas de energia, UAV transferido para tornar-se uma evolução natural. Não Tripulados máquinas voadoras pode realizar várias configurações após muito perigoso, demorado ou difícil de implementar pessoal o trabalho, o que é um grande salto amplitude de onda para a frente, está nos levando para um mundo mais automação e maior produtividade. conceito UAV / UAS não é novo, tão cedo quanto no período teve um tipo similar de aeronave era um grande número de aplicações O uso de.
No entanto, devido a limitações na ciência dos materiais, avanço, energia e bateria, sensores e capacidades de tecnologia de software, a aplicabilidade de drones a indústrias e usos específicos é limitada. o uso de veículos aéreos não tripulados, pessoal de despacho encarregados para o local para suportar ambiente de alto risco em que para executar oficiais de reconhecimento de inteligência para substituir tarefa financiamento. ainda hoje, muitas pessoas ainda drones e muitas vezes no noticiário e ouvir A missão militar chegou a.
Por outro lado, os drones de baixo custo, sem equipamentos nus (Bare Bone), desencadearam rapidamente um boom nos círculos de entusiastas e jogadores casuais.Os drones não têm sido amplamente utilizados em aplicações comerciais no passado, mas com a indústria em tecnologia de peças e O software de computação fez um grande progresso, e esta situação está sendo gradualmente revertida.
O mercado de drones comerciais está otimista
Espera-se que o tamanho do mercado de drones aumente para 21 bilhões de dólares em 2020. A principal força do atual mercado (cerca de 82%) está focada em aplicações militares, e a receita do mercado de UAVs comerciais deve chegar a 25 em 2021. Bilhões de dólares norte-americanos, a taxa de crescimento anual atingirá 19%.
Os mercados de drones comerciais e industriais têm uma ampla gama de cenários de uso, como agricultura de precisão (pulverização de pesticidas), geomorfologia e monitoramento ambiental, monitoramento de infraestrutura (pontes e reservatórios), vigilância de segurança pública, Fretes comerciais, controle de fronteiras, monitoramento de oleodutos e gasodutos e muitos outros usos Cada mês, dezenas de novatos lançam produtos e serviços, usando tecnologia de drones para resolver problemas de negócios. Não há quase nenhum limite no primeiro plano.
Embora o calor do mercado de drones continue a aquecer, muitos fabricantes começaram a expandir seus diversos usos, como Amazon e Google, que é de propriedade da Alphabet Holdings, que enfrenta muitos desafios que limitam o crescimento.
Regulamentos / Talentos tornam-se Obstáculos ao Desenvolvimento
A Federal Aviation Administration (FAA) limitar estritamente o uso de drones no espaço aéreo público. De acordo com os regulamentos de 2015, UAVs com peso inferior a 55 libras é limitado a diurna voando em linha do operador da vista e alcance, isso é completamente autoridades independentes proibiu este tipo de UAV voo sem equipe monitorando a situação. FAA fim de manter a segurança pública e prevenir acidentes antes do desenvolvimento dessas especificações. do ponto de vista do governo, porque estes UAVs não está equipado com confiável e sensores precisos, de modo que o risco de derivados é muito alto, não deixá-los voar em locais públicos abertos. mas as autoridades ainda têm de abrir algum espaço aéreo (por exemplo, terras agrícolas aberta), mas na maioria das situações, dado o sensor limitada Tecnologia e confiabilidade de sensores que não foram verificados, a FAA assumiu uma posição mais conservadora para evitar acidentes e manter a segurança pública.
Além de barreiras regulatórias para a formação da concorrência no mercado UAV se tornando, pressão sobre os preços cada vez mais acirrada sobre os fabricantes para produzir. Por crescimento drones potenciais e oportunidades de negócios atraiu todo o mundo existem atualmente mais de 400 empresas a investir em uma variedade de pesquisa e desenvolvimento UAV. Ao mesmo tempo, o foco da maioria dos fornecedores é destacar as diferenças em seu hardware, em vez de enfatizar o valor agregado criado por seus próprios drones.
Faça comercial e drones de consumo são amplamente utilizados, estes máquinas voadoras deve estar equipado com sensores de navegação para ajudá-los em segurança e navegação confiável autônoma. Como automotiva e mercado de equipamentos industriais, há muitos entre estes sensores sem fio são baseadas em frequência de rádio e tecnologia de microondas no entanto, hoje a maioria dos desenvolvedores estão criando novos negócios UAV a maioria das empresas, é especializada em um número limitado de seu RF pessoal e design de micro-ondas. mesmo equipamento industrial de longa data de fundição OEM, embora tenha um número de frequência de rádio especial No entanto, muitas vezes é forçado a avaliar, projetar e fabricar rapidamente soluções de sensores de radar para atender ao mercado de UAV em rápida mudança.
Falta de talento, bem como soluções de radar RF comerciais para a indústria para formar um círculo vicioso. Mercado UAV não é capaz de fornecer sensores confiáveis para apoiar vôo totalmente autônomo, ao ponto de levar a autoridades anti-governamentais não podem desatar o UAVs independente limite de corrente A ordenança.
Tecnologia de detecção protege a segurança do drone
Analog Devices acho fabricantes UAV têm a oportunidade de influenciar as autoridades competentes do vôo UAV método é usar frequência de rádio, microondas e tecnologia de ondas milimétricas, e equipados com sofisticados sensores a bordo de aeronaves não tripuladas para manter vôo seguro. Um exemplo é implantar radar 24GHz, esta tecnologia pode ser uma das soluções mais básicas e versáteis, a capacidade de demonstrar a segurança da navegação em muitas situações para usar, porque é um industrial / científico / médico (ISM) pública banda reconhecida mundialmente.
24GHz ISM band radar pode ser usado em todo o mundo, sem ter que obter uma licença, ele pode ser usado para operações como sistema anti-colisão automóvel e rádio altímetro e outros equipamentos. O radar banda também pode ser usado para detectar e rastrear um número de diferentes objetos, e medindo nenhum A altitude de vôo humano-robô, e essas duas são as funções mais básicas do voo seguro do drone.
Observe também que um equívoco comum é que 77GHz radar pode ser usado com 24GHz ISM radar. Conforme as normas vigentes, banda de 77GHz é um veículo para, objeto aplicável não contém UAV / UAS. De uma perspectiva técnica, 77GHz radar prevê maior largura de banda, ajudar a melhorar a resolução, mas de acordo com a regulamentação em vigor, não pode ser usado em um UAV.
Ao fornecer soluções a nível técnico pode operar de forma autônoma, os fabricantes podem tomar a iniciativa de afetar as leis existentes, ao invés de esperar passivamente que as autoridades de ditar a forma como o funcionamento da indústria
Para este fim, os fabricantes de drones devem dar três passos:
1. Estabeleça uma compreensão básica do radar e seus vários modos.
2. Entenda os elementos da cadeia de sinal de RF que formam uma solução de radar completa.
3. Usando um radar soluções adequadas, tais programas fornecem algoritmos de configuração de hardware e software completos, eles podem fazer produtos mais rapidamente no mercado.
Estas etapas são descritas abaixo, bem como a construção de uma das possíveis soluções para auxiliar os fabricantes de UAV no desenvolvimento de aplicações, tais como prevenção de colisões e altímetros de rádio usando radar de 24GHz.
Estabelecer uma compreensão básica do radar e seus vários modos
O mercado de equipamentos automotivos e industriais geralmente usa sensores de radar para detectar, medir e rastrear objetos, como detecção de pontos cegos e sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS) .Comparado a sensores ópticos / visuais ou ultrassônicos, sensores de radar podem detectar com precisão E a medição de objetos, mesmo em ambientes agressivos, como poeira, fumaça, neve, neblina ou pouca luz, também pode detectar distâncias extremas e ângulos amplos.
Os radares de RF / microondas típicos podem operar em vários modos para corresponder ao modo de detecção e rastreamento desejado.
FMCW medição do modo de radar de vários objetos
No modo FMCW, o radar DVD-R / RW é a distância do objeto estacionário Ao ajustar a onda de freqüência, também conhecida como rampa FMCW ou chirp, o radar pode medir Para refletir a resposta da onda e calcular a distância do objeto de destino, a velocidade e a resolução do ângulo
A Figura 1 mostra o mecanismo de geração de onda inclinada ou chirp FMCW durante a transmissão do radar e todo o conjunto de importantes equações de radar usadas para definir as informações de projeto do sensor de radar:
Fig. 1 Conceito de radar FMCW
· Resolução de distância:
Depende da largura de banda de varredura da portadora do transmissor (Sweep Bandwidth), quanto maior a largura de banda de varredura do transmissor, maior a velocidade de alcance do sensor de radar.
Resolução de velocidade:
Depende do tempo de espera e da frequência da portadora, quanto maior a frequência da portadora ou quanto maior o tempo de iluminação, maior a resolução da velocidade.
· Resolução do ângulo:
Depende da frequência da portadora, quanto maior a frequência da portadora, maior a resolução angular.
Comparado à detecção por laser ou métodos de detecção de câmera que medem um único ponto de localização, apenas uma imagem 2D é capturada do campo de visão da câmera.Os lasers FMCW não apenas medem continuamente, mas também medem o alvo. A informação de reflexão leva a média de múltiplos dados, e então integra informações como velocidade, ângulo e distância do objeto medido, e desenha uma visão 3D.A distância varia de vários centímetros a centenas de metros.Pode medir objetos únicos e múltiplos objetos.
Distância - Distância de análise do modo Doppler / velocidade
No modo Distância-Dupuy, a distância e a velocidade do objeto podem ser analisadas.O modo Doppler-distância é um dos modos mais poderosos de operação, pois pode medir transformações bidimensionais de Fourier, processando simultaneamente Múltiplas Rampas de Transmissão ou freqüências de Radão A distância após o processamento - os dados de Doppler são exibidos em um mapa para distinguir objetos de diferentes velocidades, mesmo se eles estiverem distanciados do sensor. O mesmo pode ser distinguido.Isso é útil para distinguir objetos que estão em orientações diferentes e se movendo em alta velocidade, por exemplo, quando muitos veículos estão viajando na direção oposta, ou quando estão passando, eles podem usar esse método para resolver o problema. Calcule a situação complexa do tráfego.
Ângulo do alvo de exibição do modo de formação de feixe digital
No modo de formação de feixe digital (DBF), a distância e o ângulo do alvo podem ser exibidos.Os sinais recebidos dos quatro canais são usados para estimar o ângulo de azimute do alvo.A mensagem exibida reflete o alvo no plano de coordenadas xy. Distribuição Espacial No modo DBF, a configuração do sistema é semelhante ao modo FMCW, mas o sinal convertido em frequência intermediária (IF) é tratado de forma diferente.Depois que a distância é calculada, o alvo é resolvido de acordo com as quatro informações de canal recebidas. Ângulo de azimute.
No modo DBF, o sistema de front-end do radar deve ser calibrado para eliminar mudanças de fase qualitativas entre os canais recebidos.O sistema de exibição de Radar Analógico (Demorad) contém dados de calibração de fábrica que são carregados quando a GUI da GUI está em execução. Em seguida, o sistema corrigirá o sinal IF amostrado e, em seguida, avaliará os dados medidos pelo sensor.
Devido à sua alta precisão, baixo consumo de energia e recursos de tamanho micro, o radar de 24 GHz é amplamente utilizado em aplicações comerciais e industriais, o que também torna o radar de 24 GHz adequado para ajudar a maioria dos fabricantes de drones comerciais e de consumo. Pode reduzir a necessidade de carga útil e eletricidade A Figura 2 mostra uma cadeia completa de sinal de radar multicanal A Tabela 1 mostra as soluções de radar da Analog Devices para a antena, permitindo que os engenheiros desenvolvam rapidamente as aplicações.
Figura 2 Solução de radar multicanal de 24 GHz da Analog Devices
Vantagem de radar de 24GHz
Ao desenvolver sensores de radar, uma melhoria de um dB na sensibilidade do receptor afeta a distância de detecção.A maioria das soluções no mercado se concentra na redução de custos, portanto o desempenho de ruído de fase deve ser sacrificado e o número de canais deve ser reduzido. .
Como resultado, a relação sinal / ruído do receptor global (SNR) diminuirá, limitando a capacidade do radar de detectar objetos ou alvos menores, de modo que nenhum objeto pequeno próximo a objetos grandes possa ser detectado. Situações freqüentemente ocupadas ou congestionadas podem causar ruído na fase do sistema, fazendo com que a sensibilidade do receptor do radar seja reduzida.O ruído mais alto do sistema pode obscurecer ou ocultar objetos menores, fazendo com que o radar detecte objetos, o que leva a sensores. Problemas de segurança Por exemplo, ao detectar ramos finos, eles podem ficar obscurecidos por edifícios e não podem ser detectados.A maioria das soluções de baixo custo, com um único chip e canal único não pode fornecer o desempenho necessário para realizar tal identificação.
Utilizando a plataforma multicanal 24GHz, os fabricantes de UAV serão capazes de:
1. A utilização de FMCW radar para detectar a velocidade e a distância ao objecto, a distância de detecção mais longa de até 200 metros, com uma resolução de até cerca de 60 centímetros (Se o desenho da antena propriedade específica da aplicação adoptada, a resolução pode ser aumentado para até 15 cm ).
2. O ângulo de visão horizontal de cerca de 120 graus, de um ângulo de visão vertical de 15 graus, dependendo do campo real de vista sobre a concepção do conjunto de antena; uma pluralidade de antena de feixe digital de ligação, de radar DBF pode ser calculado utilizando os dados de ângulo, assim soletrar maior campo de visão.
3. Em comparação com as soluções tradicionais de radar de canal único de baixo custo, atingir pelo menos 2 vezes a sensibilidade, até 1,5 vezes a distância de detecção e reduzir o consumo de energia.
Sistema Demorad ajuda na eficiência do desenvolvimento
sistema de radar Demorad 24GHz é um novo conceito das soluções de plataforma de avaliação radar, paradigma software contém fora da caixa, permitindo que os usuários em apenas alguns minutos para começar imediatamente a projetar o sensor de radar. Além disso, Demorad permite aos usuários construir rapidamente produtos vários factores protótipo, desenvolvido para sensores de radar e de radar desenvolvidos ao longo dos produtos, a várias informações em tempo real a energia medida, tais como a distância entre a presença de um alvo / objecto, movendo-se em azimute, e da velocidade, e sensores.
solução de hardware sistema inclui uma antena de rádio frequência, um RF completa para baseband cadeia de sinal e DSP, o utilizador apenas através do software de interface gráfica (GUI), e software de algoritmo de radar, você pode rapidamente ligar para o laptop / PC.
Usuários através desta suite, apenas alguns minutos para se conectar a um computador e carregar o software, construção de transformação rápida de Fourier (FFT), incluindo radar 2D / 3D, taxa de falso alarme fixo (CFAR) e algoritmos de classificação, fazer um radar completa Protótipos e o lançamento acelerado de novos drones equipados com radares funcionais.
A Figura 3 mostra diferentes perspectivas do kit Demorad de 24 GHz com transmissor de canal duplo integrado e antena de receptor de 4 canais.
Figura 3 Solução de plataforma de radar Demorad 24GHz
O Demorad vem com uma biblioteca completa de funções de suporte ao radar GUI e DSP.A cadeia de sinais do Radar dentro do Demorad contém muitos algoritmos básicos de software que permitem que os projetistas desenvolvam o trabalho de pesquisa e desenvolvimento sem ter que escrever código de programa. Os engenheiros podem usar rapidamente o radar do PC host para detectar e distinguir alvos.
Além disso, os desenvolvedores também podem editar o código do programa de software existente para detectar e distinguir vários objetos em seus aplicativos.O Demorad fornece aos fabricantes um nível mais alto de flexibilidade de projeto, tenham ou não experiência em design de RF. Pode desenvolver rapidamente aplicativos para facilitar o vôo seguro do drone.
O mercado UAV / UAS não apenas cresceu rapidamente, mas também trouxe um infinito potencial para muitas novas aplicações comerciais.No entanto, para realizar essa visão, os fabricantes de drones devem liderar a indústria, usar sensores RF, micro-ondas e ondas milimétricas para provar Os drones podem voar de forma autônoma e segura Além disso, a tecnologia de sensores está evoluindo rapidamente e novas tecnologias, incluindo LiDAR, ToF e ultrassom, também estão surgindo.
Os fabricantes de drones devem continuar atentos a essas novas soluções, a fim de selecionar as tecnologias mais recentes para seus drones. Ao avaliar essas tecnologias, os padrões críticos de avaliação devem incorporar o desempenho do radar e funções diversificadas, não apenas hardware. O custo