Кроме того, все более ожесточенная конкуренция заставила отрасль первыми начать выпуск продуктов до того, как рынок еще не сформировался. В этой статье основное внимание уделяется тому, сколько инноваций в РФ и микроволновой технологии устраняют нормативные барьеры и помогают производителям беспилотных летательных аппаратов Разница в решении, чтобы атаковать рыночные возможности.
С появлением промышленных роботов, автоматического вождения, новых движительных технологий и энергосберегающих систем переход на беспилотные летательные аппараты эволюционировал в естественную эволюцию. Беспилотные летательные аппараты были настроены на выполнение разнообразных операций, связанных с чрезмерной опасностью, трудоемкостью или сложностью управления. Наша работа, эта волна большого скачка вперед, ведет нас к более автоматизированному и высокопроизводительному миру. Концепция БПЛА / БАС не нова. Подобные модели появились уже во время интенсивного использования пилотируемых самолетов. Использование.
Однако из-за ограничений в области материаловедения, продвижения, мощности и батареи, датчиков и возможностей программных технологий применение беспилотных летательных аппаратов для конкретных отраслей и видов использования ограничено. Раньше только военные имели достаточные финансовые ресурсы для разработки и Использование беспилотных летательных аппаратов в среде, где персонал отправляется на объект, должен иметь высокую степень риска, он может заменить задачу офицеров и солдат в поисках интеллекта. Даже сегодня многие люди по-прежнему используют дроны и часто прислушиваются к новостям. Пришла военная миссия.
С другой стороны, недорогие беспилотные летательные аппараты без голого оборудования (Bare Bone) быстро запустили бум в крутых геймерах и энтузиастах. Дроны в прошлом не широко использовались в коммерческих приложениях, но в промышленности по технологиям деталей и Компьютерное программное обеспечение добилось больших успехов, и эта ситуация постепенно меняется.
Коммерческий рынок беспилотников оптимистичен
Ожидается, что размер рынка беспилотных летательных аппаратов в 2020 году вырастет до 21 млрд. Долларов США. Основная сила нынешней рыночной территории (около 82%) ориентирована на военные применения. Ожидается, что к 2021 году доходы от коммерческого рынка БЛА достигнут 25. Миллиард долларов США, годовые темпы роста достигнут 19%.
Коммерческие и промышленные рынки беспилотных летательных аппаратов имеют широкий спектр сценариев использования. Дроны являются новаторскими приложениями, такими как точное сельское хозяйство (опрыскивание пестицидами), геоморфология и мониторинг окружающей среды, мониторинг инфраструктуры (мосты и водохранилища), надзор за общественной безопасностью, Коммерческий транспорт, пограничный контроль, мониторинг нефтегазопроводов и многие другие виды использования. Каждый месяц десятки новичков запускают продукты и услуги, используя технологию drone для решения бизнес-задач. Проще говоря, коммерческие приложения для БПЛА На переднем плане почти нет границ.
Несмотря на то, что теплота беспилотного рынка продолжает нагреваться, многие производители начали расширять свое использование, например Amazon и Google, которые принадлежат Alphabet Holdings. В отрасли существует множество проблем, которые ограничивают рост.
Правила / таланты становятся препятствиями для развития беспилотных летательных аппаратов
Федеральное авиационное управление Соединенных Штатов Америки (FAA) строго ограничило использование БПЛА в общественном воздушном пространстве. Согласно правилам в 2015 году БПЛА весом менее 55 фунтов ограничены полетом в поле зрения оператора в течение дня. Другими словами, власти запретили этим беспилотным летательным аппаратам полностью автономно без контроля персонала. ФАУ установила эти правила для предотвращения несчастных случаев и обеспечения общественной безопасности. С точки зрения правительства эти дроны не оснащены надежными Точные датчики, приводящие к слишком высокому риску деривации, не должны пропускаться в открытых общественных местах. Однако у властей все еще есть какое-то открытое воздушное пространство (например, на открытых, открытых сельскохозяйственных угодьях), но в большинстве случаев, учитывая ограниченное количество датчиков Технология и надежность датчиков, которые на самом деле не были проверены, FAA заняла более консервативную позицию, чтобы предотвратить несчастные случаи и сохранить общественную безопасность.
В дополнение к препятствиям, вызванным законами и правилами, конкуренция на рынке БПЛА становится все более ожесточенной, создавая ценовое давление на производителей. Благодаря потенциалу роста и возможностям бизнеса беспилотных летательных аппаратов в настоящее время более 400 компаний инвестируют в исследования и разработки дронов по всему миру. В то же время основное внимание большинства поставщиков заключается в том, чтобы выделить различия в их оборудовании, а не подчеркивать добавленную стоимость, создаваемую их собственными дронами.
Для широкого использования коммерческих и потребительских беспилотных летательных аппаратов эти летательные аппараты должны быть оснащены навигационными датчиками, которые помогут им безопасно и надежно перемещаться. Как и на рынке автомобильного и промышленного оборудования, многие из этих беспроводных датчиков используют радиочастотные и микроволновые технологии. Тем не менее, большинство компаний, которые используют БПЛА сегодня, являются стартапными компаниями. Количество талантливых людей, специализирующихся на радиочастотном и микроволновом дизайне, ограничено. Даже давно созданные OEM-OEM-заводы имеют некоторые знания в области РФ. Тем не менее, он часто вынужден быстро оценивать, проектировать и изготавливать радиолокационные сенсорные решения для обслуживания быстро меняющегося рынка БПЛА.
Отсутствие радиочастотного таланта и коммерчески доступных радиолокационных решений создали порочный круг для отрасли. Рынок беспилотных летательных аппаратов не имеет возможности предоставлять надежные датчики для поддержки полного автономного полета, что, в свою очередь, привело к неспособности государственных властей ослабить существующие ограничения на автономные беспилотные летательные аппараты. Указ.
Технология зондирования защищает безопасность беспилотных летательных аппаратов
Analog Devices полагает, что производители беспилотных летательных аппаратов имеют возможность влиять на пилотажные власти, используя радиочастотные, микроволновые и миллиметровые технологии, и развертывать зрелые датчики на беспилотных летательных аппаратах для обеспечения безопасности полета. Одним из примеров является использование беспилотных летательных аппаратов. Развертывание радиолокатора 24 ГГц является одним из самых простых и универсальных решений, демонстрирующих способность безопасно перемещаться во многих контекстах, поскольку это общепризнанная промышленная / научная / медицинская (ISM) служебная зона.
Радиолокатор с полосой пропускания ISM с частотой 24 ГГц может использоваться в любой точке мира без необходимости получения лицензии. Он может использоваться для управления оборудованием, таким как системы предотвращения столкновения с автомобилем и радиовысотомеры. Радиолокационный диапазон также может использоваться для обнаружения и отслеживания нескольких разных объектов, а также для измерения Высота полета человека-робота, и эти два являются самыми основными функциями безопасного полета гул.
Также обратите внимание, что распространенное заблуждение состоит в том, что радар 77 ГГц может использоваться с радиолокатором ISM с частотой 24 ГГц. Согласно действующим нормам, полоса 77 ГГц является автомобильной спецификой и не включает в себя БПЛА / БАС. С технической точки зрения радар 77 ГГц обеспечивает более высокий уровень Полоса пропускания помогает улучшить разрешение, но в соответствии с действующими правилами она не может использоваться для БПЛА.
Предоставляя решения, которые могут работать автономно на техническом уровне, производители могут взять на себя инициативу, чтобы влиять на существующие правила, а не пассивно ждать, пока власти укажут, как должна работать индустрия.
Для этого производители дронов должны выполнить три шага:
1. Установите базовое понимание радара и его различных режимов.
2. Понимать элементы цепи радиочастотных сигналов, которые составляют полное радиолокационное решение.
3. Используйте соответствующие радиолокационные решения, которые обеспечивают полную аппаратную конфигурацию и программные алгоритмы, позволяющие им быстрее выводить продукты на рынок.
Эти шаги описаны ниже, а также построение одного из возможных решений для поддержки производителей БПЛА в разработке приложений, таких как предотвращение столкновения и радиовысотомеры с использованием радиолокатора 24 ГГц.
Установить базовое понимание радара и его различных режимов
На рынке автомобильного и промышленного оборудования часто используются радиолокационные датчики для обнаружения, измерения и отслеживания объектов, таких как обнаружение слепых пятен и усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS). По сравнению с оптическими / визуальными или ультразвуковыми датчиками радиолокационные датчики могут точно определять И измерение объектов, даже в суровых условиях, таких как пыль, дым, снег, туман или плохой свет, также может обнаруживать экстремальные расстояния и широкие углы.
Типичные радиочастотные / СВЧ-радары могут работать в различных режимах, чтобы соответствовать желаемому способу обнаружения и отслеживания.
Измерение радара FMCW для нескольких объектов
В режиме FMCW радиолокатор DVD-R / RW является расстоянием от неподвижного объекта. Регулируя частотную волну, также известную как рампа FMCW или чирп, радар может измерять Чтобы отразить реакцию волны, а затем вычислить расстояние целевого объекта, скорость и разрешение угла
На рисунке 1 показан механизм наклонной волны FMCW или генерации чирпа во время радиолокационной передачи и весь набор важных радиолокационных уравнений, используемых для определения информации о конструкции радиолокационного датчика:
Рис.1 Концепция радиолокационных станций FMCW
· Разрешение расстояния:
Зависит от ширины полосы развертки несущей передатчика (ширина полосы развертки), чем выше ширина полосы развертки передатчика, тем выше скорость дальности радиолокационного датчика.
Разрешение скорости:
Это зависит от времени задержки и несущей частоты, чем выше несущая частота или чем больше время подсветки, тем выше разрешение скорости.
· Разрешение по углу:
Зависит от несущей частоты, чем выше несущая частота, тем выше угловое разрешение.
По сравнению с методами обнаружения лазера или обнаружения камеры, которые измеряют единую точку местоположения, из поля зрения камеры фиксируется только 2D-изображение. Лазеры FMCW не только измеряют непрерывно, но и измеряют цель. Информация отражения принимает среднее значение нескольких данных, а затем объединяет информацию, такую как скорость, угол и расстояние измеряемого объекта, и рисует трехмерный вид. Расстояние колеблется от нескольких сантиметров до сотен метров. Оно может измерять отдельные объекты и несколько объектов.
Расстояние - измерение доплеровского режима расстояние / скорость
В режиме Distance-Dupuy расстояние и скорость объекта могут быть проанализированы. Дистанционно-допплеровский режим является одним из самых мощных режимов работы, поскольку он может измерять двумерные преобразования Фурье, тем самым одновременно обрабатывая Несколько передающих рампов или частот радона. Расстояние после обработки - данные Допплера отображаются на карте, чтобы различать объекты с разными скоростями, даже если они удалены от датчика. То же самое можно различить. Это полезно для различения объектов, которые находятся в разных ориентациях и движущихся с высокой скоростью, например, когда многие транспортные средства движутся в противоположном направлении или когда они проходят, они могут использовать этот метод для решения проблемы. Рассчитайте сложную ситуацию с дорожным движением.
Конечный угол отображения режима цифрового луча
В режиме цифрового формирования диаграммы направленности (DBF) можно отображать расстояние и угол цели. Сигналы, полученные от четырех каналов, используются для оценки азимутального угла цели. Отображаемое сообщение отражает цель в координатной плоскости xy. Пространственное распределение. В режиме DBF системная настройка похожа на режим FMCW, но сигнал с пониженной частотой промежуточной частоты (IF) обрабатывается по-разному. После того, как расстояние вычисляется, цель решается в соответствии с четырьмя полученными каналами. Азимутальный угол.
В режиме DBF передняя плата радара должна быть откалибрована, чтобы исключить качественные фазовые сдвиги между принимаемыми каналами. Система Analog Radar display (Demorad) содержит данные заводской калибровки, которые загружаются при запуске GUI GUI. Затем система исправит выбранный ПЧ-сигнал, а затем оценит данные, измеренные датчиком.
Благодаря своей высокой точности, низкому энергопотреблению и микроразмерам, радар 24 ГГц широко используется в коммерческих и промышленных приложениях. Эти функции также делают радар 24 ГГц подходящим для оказания помощи большинству коммерческих и потребительских производителей дронов. Это позволяет снизить потребность в полезной нагрузке и электроэнергии. На рисунке 2 показана полная многоканальная радиолокационная сигнальная цепь. В таблице 1 показаны радиолокационные решения от Analog Devices к антенне, что позволяет инженерам быстро разрабатывать приложения.
Рисунок 2 Многоканальное радиолокационное решение 24 ГГц Analog Devices
Преимущество радара 24 ГГц
При разработке радиолокационных датчиков повышение чувствительности приемника на один дБ влияет на дальность обнаружения. Большинство решений на рынке сосредоточено на снижении затрат, поэтому производительность фазового шума должна быть принесена в жертву, а количество каналов должно быть уменьшено. ,
В результате общее отношение сигнал / шум приемника (SNR) будет уменьшаться, что ограничивает способность радара обнаруживать объекты или объекты меньшего размера, чтобы не было обнаружено мелких объектов рядом с крупными объектами. В практических приложениях радарные приложения, Часто загруженные или перегруженные ситуации могут привести к накоплению фазового шума системы, что приведет к ухудшению чувствительности приемника радиолокатора. Более высокий системный шум может скрывать или скрывать более мелкие объекты, заставляя радар обнаруживать объекты, что, в свою очередь, приводит к датчикам. Проблемы безопасности. Например, при обнаружении тонких ветвей они могут быть затенены зданиями и не могут быть обнаружены. Большинство одноканальных одночиповых недорогих решений не могут обеспечить требуемую производительность для такой идентификации.
Используя многоканальную платформу 24 ГГц, производители БПЛА смогут:
1. Используйте радиолокатор FMCW для обнаружения расстояний и скоростей от объектов. Максимальное расстояние обнаружения составляет до 200 метров, а разрешение составляет до 60 см (при использовании антенного дизайна конкретного приложения разрешение можно даже улучшить до 15 см. ).
2. Горизонтальный угол обзора составляет около 120 градусов, а вертикальный угол обзора - 15 градусов. Фактический диапазон поля зрения зависит от конструкции антенной решетки. При объединении антенн с несколькими цифровыми лучами радиолокатор может использовать DBF для вычисления информации угла, чтобы заклинать более широкое поле обзора.
3. По сравнению с традиционными недорогими одноканальными радарными решениями достигается, по меньшей мере, в 2 раза больше чувствительности, до 1,5-кратного расстояния обнаружения и снижения энергопотребления.
Система Demorad помогает эффективности разработки
Радиолокационная система Demorad с частотой 24 ГГц представляет собой новое решение для платформы радарной оценки с готовыми примерами программного обеспечения, которые позволяют пользователям запускать радиолокационные датчики всего за несколько минут. Кроме того, Demorad позволяет пользователям быстро создавать продукты. Прототип, оценивающий различные факторы радиолокационных исследований и разработки идеальных продуктов радиолокационных датчиков, измерение энергии различных данных в реальном времени, таких как наличие / отсутствие цели / объекта, движение, азимут, скорость и расстояние от датчика.
Системное аппаратное решение состоит из радиочастотной антенны, полной цепочки RF-to-baseband и DSP. Пользователь может быстро подключиться к ноутбуку / ПК, используя только программное обеспечение GUI и программное обеспечение для алгоритма радиолокации.
Пользователи могут использовать этот комплект для подключения к компьютеру всего за несколько минут и загрузить программное обеспечение для создания быстрого преобразования Фурье (FFT), включая радар 2D / 3D, фиксированную скорость ложной тревоги (CFAR) и алгоритмы классификации для создания полного радара. Прототипы и ускоренный запуск новых беспилотных летательных аппаратов, оснащенных функциональными радарами.
На рисунке 3 показаны различные перспективы набора демораторов 24 ГГц со встроенным двухканальным передатчиком и 4-канальной приемной антенной.
Рисунок 3 Решение для радарной платформы Demorad 24GHz
Demorad поставляется с полной библиотекой функций поддержки радиолокатора и DSP. Цепочка радиолокационных сигналов в Demorad содержит множество базовых программных алгоритмов, которые позволяют дизайнерам разрабатывать НИОКР без необходимости писать программный код. Используйте эти встроенные программные алгоритмы для создания Инженеры могут быстро использовать радар с главного ПК для обнаружения и распознавания целей.
Кроме того, разработчики могут также редактировать существующий программный код для обнаружения и различения различных объектов в своих приложениях. Demorad предоставляет производителям более высокий уровень гибкости дизайна, независимо от того, имеют ли они опыт разработки RF. Может быстро разрабатывать приложения для обеспечения безопасного полета беспилотных летательных аппаратов.
Рынок UAV / UAS не только быстро развивается, но и приносит бесконечный потенциал для многих новых коммерческих приложений. Однако для реализации этого видения производители беспилотных летательных аппаратов должны вести промышленность, использовать радиочастотные, микроволновые и миллиметровые датчики, чтобы доказать свою собственную Дроны могут летать автономно и безопасно. Кроме того, технология датчиков быстро развивается. Появляются новые технологии, включая LiDAR, ToF и ультразвук.
Производители Drone должны продолжать уделять внимание этим новым решениям, чтобы выбрать новейшие технологии для своих беспилотных летательных аппаратов. При оценке этих технологий критические стандарты оценки должны включать в себя характеристики радара и разнообразные функции, а не только аппаратные средства Стоимость.