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无人驾驶设计中的传感和感知技术展望

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作者:Caty Fairclough | Senior Marketing Communications Writer, Ansys

翻译:Kimi

自主系统如何观察周围的世界?首先,它们依赖计算机视觉来感知周围环境。计算机视觉通过分析和解释来自检测物理刺 激(如光、声、热或射频(RF))的传感和感知系统的数据来工作。

实际上,对于自主系统来说,通过传感器收集数据并通过感知系统进行解读是它们的首要功能步骤。例如,考虑一架在沙漠上空运送物资的自主直升机。为了执行这一功能,直升机首先需要观察周围的地形,以决定其飞行路径。

这就是传感和感知技术发挥作用的地方。自主系统可以使用摄像头、雷达、激光雷达、热像仪、超声波传感器、全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMUs)等来获取外部刺 激的信息。然后,它们利用这些信息来做出决策。

这些自主技术在航空航天和国防(A&D)行业的应用同样广泛。用途范围从无人机在飞行中拍摄下方土地的高分辨率图片,到使用先进的实时雷达系统检测其他飞行器的自主电动垂直起降(eVTOL)车辆。

值得一提的是,虽然传感和感知系统是自主设计中的关键硬件组件,但还有其他重要的物理组件。例如,工程师还需要在他们的设计中考虑连通性和车对一切(V2X)。确保自主系统拥有所需的硬件,以便能够持续有效地与基础设施、网络、其他车辆和设备进行通信,这对于许多自主设计至关重要。此外,所有这些硬件组件也需要完全集成到软件组件中,如控制系统。

在设计这些关键硬件时,A&D行业的工程师必须专注于开发准确可靠的集成设计。随着这项技术变得越来越复杂,设计这些硬件系统将成为团队必须克服的障碍,以便在这一领域进行创新。

雷达系统使用电磁无线电波在不同条件下探测目标和距离

值得关注的四种传感和感知技术

尽管推动A&D自主性的技术多样且不断增长,但有四种类型的传感和感知系统在行业中普遍存在。自主系统处理从这些技术收集的信息,并以它们可以根据预设动作解释和采取行动的格式返回。

1. 摄像头

自主系统使用摄像头记录和捕捉周围世界的视觉图像。因此,工程师专注于开发高分辨率摄像头,无论自主车辆的速度、摄像头与主题之间的距离、天气条件或其他外部现象(如阳光或眩光)如何,都能捕捉高质量的视觉信息,以实现准确的感知和分析。

设计摄像头时工程师面临的一些主要挑战包括在不同光照条件下实现高质量图像,并平衡分辨率、帧率、运动和功耗的需求。

2. 激光雷达系统

光检测和测距(激光雷达)是一种使用光脉冲映射环境的遥感技术。除了自主系统外,激光雷达还常用于地形分析、测绘和机器人技术。自主车辆使用激光雷达系统创建详细的3D地图和准确的物体检测,以增强感知。

为了履行其功能,激光雷达系统需要实现高分辨率质量,覆盖大范围,并确保即使在恶劣天气条件下也能保持性能。

3. 雷达系统

无线电检测和测距(雷达)系统使用电磁无线电波进行可靠的物体检测和测距。雷达的一些常见应用包括空中交通控制和天气预报。雷达系统能够在许多不同条件下进行可靠的物体检测和距离测量。

在挑战方面,雷达系统需要确保即使在复杂环境中也能保持准确性,并必须管理来自其他雷达系统的干扰。

4. 热像仪

热像仪用于检测温度变化和热模式,可以使自主系统更容易在低能见度环境中感知周围环境,例如黑暗环境。

设计热像仪的工程师需要确保它们能够实现高灵敏度和分辨率,同时将热数据与其他传感器数据集成。

展望未来:优化A&D中的传感和感知技术

无论具体技术如何,从事传感和感知系统的工程师都面临一些主要挑战。这些包括在整个设计和开发过程中优化尺寸、重量、功率和成本(SWaP-C),确保设计即使在A&D行业各个细分市场中的多种平台和应用中也能最佳地运行,以及满足关键的安全和性能标准。

为了克服这些障碍,工程仿真软件已成为必要的解决方案,使您能够:

  • 使用AI优化成像系统,并采用综合多物理方法(考虑热量、振动、变形等)创建更强大的产品

  • 使用射线追踪和射频分析虚拟验证和优化天线和阵列设计

  • 在空中、陆地、海洋和太空的各种条件和现实环境中集成和验证系统

  • 通过可扩展性、更高效的测试、减少对物理原型的需求和自动化,提高效率并缩短上市时间

得益于数字工程,跨学科专家团队将能够开发出不仅功能齐全,而且高效、准确、稳健,并尽快部署的传感和感知设计。

我们可能在这一领域看到的进步包括:

  • 具有增强视觉感知、更好的多波段成像系统和改进的目标识别与跟踪的摄像头

  • 即使在所有天气条件下也能可靠检测、增强距离测量、目标跟踪、最小重量和消除幽灵目标的雷达

  • 具有精确3D映射和目标检测、最佳放置和增强导航以及避障功能的激光雷达

  • 在低能见度条件下改善感知,并增强检测热模式和异常的热像仪



来源:老猫电磁馆
振动航空航天UG通信海洋机器人控制无人机ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-29
最近编辑:3小时前
老猫电磁馆——学无止境也
理无专在,而学无止境也,然则问...
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