無人機如何完成到手光流激光定位操作

近日，北醒聯(lián)合云訥舉辦了無人機技術(shù)分享直播，兩位主講嘉賓分別是北醒資深產(chǎn)品經(jīng)理-劉揚，研究生畢業(yè)于法國國立奧爾良大學(xué)，在激光雷達領(lǐng)域有多年的行業(yè)經(jīng)驗與研究；另一位是是云訥科技合伙人-王唐林王總，具有軍工院所、公司從業(yè)經(jīng)歷，從事工業(yè)級產(chǎn)品開發(fā)近十年。

直播內(nèi)容從行業(yè)情況、技術(shù)原理、應(yīng)用落地、技術(shù)教程等方面深入淺出的進行了分享，期間大家互動火熱對無人機定高等技術(shù)有諸多探討與頭腦風(fēng)暴。

今天小編針對直播回放內(nèi)容“激光雷達與光流技術(shù)如何強強聯(lián)手”進行深度解析：

大多數(shù)無人機在起飛降落、懸停及水平飛行過程中，需要獲取距離地面的絕對高度信息來控制起降速度及恒定飛行高度，以確保無人機飛行安全。常見的無人機定高傳感器有GPS、毫米波雷達和激光雷達傳感器。GPS在室內(nèi)使用時存在信號丟失及精度差等問題。毫米波體積較大且?guī)瘦^低，不適用于該場景。Kerloud無人機采用PX4FLOW光學(xué)傳感器和北醒單點激光雷達TF-Luna混合感知方案，完美解決無人機在室內(nèi)飛行定位，起降及懸停等問題。如視頻中所示，按照本文所示的操作步驟可實現(xiàn)無人機半自動室內(nèi)飛行。

北醒單點激光雷達TF-Luna是一款高幀率、高精度、小體積、高性價比的空間距離傳感器。TF-Luna體積小、重量輕，將其安裝在無人機下方，可以實時探測無人機到正下方地面的距離信息并反饋給無人機。無人機依據(jù)TF-Luna實時傳回的高度信息，完成起降、懸停及水平飛行等。

具體表現(xiàn)在，激光雷達實時探測無人機對地高度。當無人機飛行高度小于激光雷達量程時，激光雷達可快速且精準輸出高度信息。當無人機飛行高度高于激光雷達量程時，激光雷達會輸出極大值或0，此時無人機需采用其它傳感器數(shù)據(jù)，如GPS。在無人機起降過程中，激光雷達可輸出連續(xù)的隨時間變化的距離曲線。

此時采用激光雷達定高的過程是靈活且安全的，飛控系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)設(shè)的高度信息，結(jié)合激光雷達的距離數(shù)據(jù)，實時調(diào)整飛機上升或下降。當激光雷達輸出的距離值大于設(shè)定高度時，無人機將下降，反之則升高，從而維持在一個恒定的高度飛行。最后激光雷達將輔助無人機緩慢下降直至平穩(wěn)落地，避免墜機風(fēng)險。

激光雷達定高優(yōu)勢

及產(chǎn)品推薦

探測頻率高

測量精度高

體積小，重量輕，易于安裝集成

測距量程遠

平均價格低于毫米波雷達

單點激光雷達視場角小

北醒TF02-Pro激光雷達為例，凈重50g，在無人機下降至低空0.1-40m范圍內(nèi)，通過最高1000Hz的高頻探測，可輔助無人機獲取距地高度。相較于超聲波測距傳感器，不易受復(fù)雜環(huán)境的多次回波干擾，且無探測延時。3°視場角使無人機在定高時，不易因探測光束過大，探測到地面其他干擾物體而產(chǎn)生誤報。

Kerloud UAV

室內(nèi)光流激光定位操作

Kerloud UAV系列作為云訥科技（深圳）面向無人機系統(tǒng)集成愛好者的高性價比開發(fā)平臺，支持PX4、Dronecode、ROS、Nvidia和Ubuntu等高級軟件社區(qū)。產(chǎn)品設(shè)計緊湊，室內(nèi)外場景通用；機身可搭載樹莓派、Nvidia Jetson電腦及Intel Realsense深度相機等，基于ROS開發(fā)環(huán)境及云訥官方提供的開源SDK，用戶可便捷開展實時圖像處理、深度學(xué)習(xí)、室內(nèi)SLAM、室外避障等應(yīng)用開發(fā)。

搭載光流配置的Kerloud無人機，為用戶以少量設(shè)置實現(xiàn)室內(nèi)定位提供了方便的選擇。該平臺配備有PX4FLOW光學(xué)傳感器和北醒TF-Luna激光雷達測距傳感器，PX4FLOW是PX4社區(qū)中的一款基于攝像頭的智能傳感器，在水平速度估計方面表現(xiàn)出色；TF-Luna則可在高度測量中提供厘米級精度。該配置飛機在具備紋理地面的室內(nèi)環(huán)境中，水平、垂直定位精度分別可達到0.1m、0.05m級別。此外，飛機也支持室外環(huán)境下的無GPS飛行。（本教程將演示Kerloud UAV基于光流實現(xiàn)室內(nèi)定位的操作方法，更多信息詳見云訥科技官網(wǎng)。）

1. 環(huán)境要求使用光流傳感器，需要室內(nèi)地面具備豐富的紋理，因此建議用戶使用棋盤紙或其他圖案來對地面進行覆蓋、裝飾。另外，PX4FLOW相機的光照條件也要足夠。

2. 固件設(shè)置搭載光流配置的Kerloud無人機在出廠階段已正確配置。面向室內(nèi)場景，可在QGroundcontrol界面中配置如下參數(shù)：

SENS_EN_TF： 2SENS_EN_PX4FLOW： 1EKF2_HGT_MODE： 2EKF2_AID_MASK： 2EKF2_MAG_TYPE： 0EKF2_OF_POS_Y： -0.07

參數(shù)說明如下：SENS_EN_TF： 啟動北醒TF測距傳感器驅(qū)動程序。SENS_EN_PX4FLOW： 啟動PX4FLOW驅(qū)動程序。EKF2_HGT_MODE： 將激光測距儀設(shè)置為主要高度信息源。EKF2_AID_MASK： 啟動EKF估計中的光流設(shè)置。EKF2_MAG_TYPE： 設(shè)置磁力計航向測量為自動模式。EKF2_OF_POS_Y： 設(shè)置光流傳感器在體坐標系Y軸的相對位置。

3. 光流對焦設(shè)置PX4FLOW傳感器的相機鏡頭在出廠時已調(diào)好，官方調(diào)參指引可參見：https://docs.px4.io/master/en/sensor/px4flow.html。

簡要陳述：用戶可使用提供的micro-usb線，將PX4FLOW傳感器接入運行有QGC的電腦，然后在QGC設(shè)置菜單中選擇PX4FLOW，很快就能在QGC界面中看到來自PX4FLOW相機的圖像。用戶可簡單地放置一本書在地面，將相機抬高到想要飛行的高度（一般為1~3米），擰下固定螺絲，然后通過擰松、擰緊鏡頭尋找焦點位置以實現(xiàn)對焦。當書本的邊緣在圖像中清晰可見時（參見下圖），調(diào)焦結(jié)果可視為能接受。

4. 傳感器數(shù)據(jù)查看設(shè)置后可以通過QGC地面站查看確認光流傳感器和激光測距傳感器數(shù)據(jù)：

以上4步即可完成無人機到手光流激光定位操作，簡單便捷，基本到手即用。