Лидар против одноточечного дальномера: что ставить на БПЛА

Что меряет каждый

Одноточечный дальномер даёт одно расстояние вдоль оптической оси, обычно от десятков до тысячи раз в секунду. Это датчик высоты или датчик «есть препятствие прямо по курсу», не более.

Сканирующий лидар отклоняет луч и строит облако точек в поле обзора. Из облака можно получить и высоту, и профиль поверхности, и положение препятствий по сторонам.

Промежуточный класс — многозонные датчики с матрицей 4×4 или 8×8 зон. Они дешёвы, компактны и заметно надёжнее одноточечных на неровной поверхности, но облаком это назвать нельзя.

Где одноточечный подводит

Над водой и над мокрым асфальтом: зеркальное отражение уводит луч, и возврата нет. Датчик отдаёт максимум дальности или ноль, а полётный контроллер получает скачок высоты.

Над высокой травой и посевами: часть импульсов возвращается от верхушек, часть от земли, и высота скачет на десятки сантиметров. Многозонный датчик здесь заметно устойчивее, потому что берёт статистику по зонам.

На солнце: фоновая засветка снижает отношение сигнал-шум, и паспортная дальность, снятая в помещении по белой мишени, на ярком поле уменьшается в разы.

Что читать в паспорте

Дальность всегда указывают для заданного коэффициента отражения мишени — обычно 90 % или 10 %. Разница между этими двумя числами у одного и того же прибора может быть трёхкратной; сравнивать нужно одинаковые условия.

Частоту обновления и задержку. Для удержания высоты на скорости 10 м/с датчик с частотой 10 Гц даёт метровые «слепые» промежутки.

Интерфейс и протокол: I²C, UART, CAN. Датчик, который прошивка полётного контроллера не поддерживает, придётся заводить через промежуточный вычислитель, и это добавит задержку.

Что решает на практике

Для точной посадки и небольшого агродрона достаточно многозонного датчика: он дёшев, лёгок и устойчив к неровностям поля. Серийные агродроны для следования рельефу часто оснащают радаром миллиметрового диапазона: ему не мешают пыль и распыл.

Для обхода препятствий в помещении и в лесу нужен сканирующий 2D или 3D — одноточечные датчики по секторам не заменяют его, потому что между лучами остаются проёмы, куда провод или ветка помещаются целиком.

Для съёмки рельефа лидар выбирают не по дальности, а по точности и по совместимости с инерциальным блоком: без точной привязки ориентации облако точек не превращается в карту.

В каталоге есть все классы до 3D включительно. Одноточечные TFmini-S и TF-Luna весят до 5 г и меряют 100 раз в секунду, матричные DFRobot — до 20 г. Сканирующие 2D RPLIDAR дают от 8 тысяч измерений в секунду у A1 до 32 тысяч у S2, а STL27L весит всего 46 г. Из 3D — Livox Mid-360 с полем 360° × 59° и Livox Avia, сенсор того же класса, что применяют в съёмочных лидарах.