超声波感应器会被用于何处？—— 第二部分

近年来，消费类无人机越来越受欢迎，用于拍摄震撼的的片段、运送救援物资，甚至用于竞赛。大多数无人机使用各种传感技术实现自主导航、碰撞检测和许多其他功能。超声波传感尤其有助于无人机着陆、悬停和地面跟踪。

无人机降落辅助是无人机所具有的一项功能，可以检测无人机底部与着陆区域的距离，判定着陆点是否安全，然后缓慢下降到着陆区域。尽管GPS监测、气压传感和其他传感技术有助于着陆过程，但在这个过程中，超声波传感是无人机的主要和最准确的判断依据。大多数无人机中还有悬停和地面跟踪模式，主要用于捕捉连续镜头和陆地导航，其中超声波传感器有助于将无人机保持在高于地面的恒定高度。本博文系列的第1部分讨论了如何将超声波传感器与汽车应用相结合。本博文将探讨超声波传感可用于无人机应用的原因。

超声波原理

超声波的定义是使用高于人类听力上限频率的声波 —— 见图1。

图1：超声波范围

超声波可以穿过各种介质(气体、液体、固体)来检测声阻抗不匹配的物体。声速是声波在弹性介质中传播时每单位时间的距离。例如，在20°C (68°F)的干燥空气中，声速为343米每秒(1,125英尺每秒)。空气中的超声波衰减随着频率和湿度的增加而增加。因此，由于过度的路径损耗/吸收，空气耦合超声波通常被限制在500kHz以下的频率。

超声波ToF

与许多超声波传感应用一样，无人机着陆辅助系统使用飞行时间(ToF)原理。ToF是从传感器发射到目标物体，然后从物体反射回传感器的超声波的往返时间估计，如图2所示。

图2：用于无人机着陆的超声波ToF示意图

在图2和图3中的点1，无人机的超声波传感器发出声波，在返回信号处理路径上表示为饱和数据。发送后，信号处理路径变为静音(点2)，直到回波从物体反射回来(点3)为止。