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Certus Evo 帮助 Nextcore 的无人机激光雷达在高度和性能方面达到新的高度

文章出处：责任编辑：百世精工科技发表时间：2023-10-06 10:59:40

挑战：构建可在 80 m AGL 处进行测量的 UAV-LiDAR

如果说 Nextcore 团队有什么特点的话，那就是他们对不断改进无人机 LiDAR 技术的热情，以制造安全且易于使用的经济高效、可靠的设备。 Nextcore 意识到增加高度可以为无人机测量带来显着优势，因此开始设计和制造一款配备高性能 LiDAR 和导航系统有效负载的无人机，该无人机可以从 80 m 高度提供测量级数据集。这成为了RN80项目。

仔细观察 RN80 无人机有效载荷，显示出 Certus Evo 的小外形尺寸

典型的无人机 LiDAR 测量在大约 40 m AGL 处进行。此高度通常会带来与地形和植被碰撞的风险，并在地形急剧变化时施加限制，例如使 AGL 超出可接受限制的空隙。因此，高海拔测量具有明显的优势，但也对激光雷达传感器和惯性导航系统（INS）提出了深刻的挑战。这些之间的操作性能和准确性之间的任何不匹配都不可避免地会降低调查质量并严重限制系统的使用。

Nextcore着手开发一种可行的解决方案，可以从70 m的初始目标高度维持每m 2 200~500点的点云密度。这相当于每秒生成数百万个点的 LiDAR 点云数据。要实现这一目标，需要 GNSS-INS 提供适当精确的地理参考数据。由于测量数据源自 3D 空间中持续运动的源，因此 GNSS-INS 的功能对于生成有价值的数字孪生至关重要，并且对于任务成功至关重要。

Nextcore 之前的 RN50 无人机激光雷达可以在最大 50 m AGL 处进行测量，尽管该距离很高，但仍然存在与植被和电线碰撞的风险。该团队设定的主要目标是将测量高度提高到 AGL 80 m。对于在日本和马来西亚勘测困难地形的几个 Nextcore 客户来说，更高海拔的勘测也是理想的选择 - 他们需要能够将勘测无人机飞得更高。

80 m高空作业不仅降低了碰撞风险，还使测量人员能够在相同的时间内覆盖更大的区域，大大提高了解决方案的效率。然而，这个雄心勃勃的目标也引起了一些担忧。

“将无人机 LiDAR 有效载荷飞离地面更高的问题是，飞得越高，LiDAR 数据集就越不准确。” Nextcore 首席运营官兼联合创始人 Ashley Cox 说道。

Nextcore 技术官 Tom Simmons 补充道，高海拔测量的一个主要挑战是所使用的 IMU（惯性测量单元）的准确性和可靠性，他说：“此时您实际上依赖于 IMU 的准确性，任何不准确性您在 IMU 中获得的信息将反映在您的 LiDAR 中。这将导致准确性下降，并且不会成为测量指标中的可用数据。”

解决方案：Certus Evo MEMS GNSS/INS 满足精度、易于集成、有效负载和成本效益的要求

Nextcore 之前曾在其 RN50 UAV-LiDAR 装置中使用先进导航空间双 GNSS-INS，并对结果和可靠性非常满意。然而，Nextcore 希望通过 RN80 UAV-LiDAR 尝试改进导航系统，以适应在比以前的系统高出 50% 以上的海拔高度运行的性能挑战。

在测试和评估不同制造商的各种 INS 后，Nexcore 将其 LiDAR 与基于先进导航 MEM 的 Certus Evo GNSS-INS 结合起来，后者提供接近 FOG 的性能，陀螺仪漂移率（偏差不稳定性）为每小时 0.2 度。这种组合产生了非凡的结果，使他们能够将高度上限大幅扩展到 120 m，同时保留一致、准确的测量数据。

选择 Certus Evo 的原因是：

•高精度，对于减少高海拔测量带来的角度误差变得越来越重要。

•与之前的空间双 INS 相比，可轻松集成到 Nextcore 的现有系统中，无需进行额外的工程设计。

•具有成本效益，并以 OEM 形式提供，可最大限度地减少有效负载，使 Nextcore 能够为客户提供更好的价值。

“经过一些试飞后，Advanced Navigation Certus Evo 满足了我们对 RN80 项目的所有要求。这使我们能够利用 Spatial Dual 集成并应用 Certus Evo 作为该系统的直接替代品。它也是一款非常经济高效的传感器，也是一款价格具有竞争力的产品。” 西蒙斯评论。

有效负载最小化也是 INS 的一个关键方面，因为测量员总是寻求更长的飞行时间。这只能通过更轻的有效负载技术堆栈来实现。该团队使用 Certus Evo 的加固外壳版本来提高强度和耐候性，同时保持高效的有效负载设置。

“业界不断寻求更轻的有效载荷、更长的飞行时间以及适合更小、更安全的无人机。监管限制要求行业满足某些规范，无人机激光雷达也是如此。我们遇到了天花板。尽管我们现在所取得的成就是真正的游戏规则改变者，但我们需要能够对此进行改进。”考克斯说。

结果：Certus Evo 帮助 RN80 超越预期

“当我们完成计算后，我们预计能够飞到距地面 80 米的高度。”考克斯说。相反，Certus Evo 的表现非常出色，以至于 Nextcore 能够生产出无人机激光雷达，能够以高达 120 m AGL 的速度提供测量级点云数据集。 120 m 的高度比最初的目标又超出了 50%，提供的解决方案是之前 RN50 高度的两倍多。

海拔较高往往会增加激光雷达测绘带的宽度。海拔约 50 m 处的典型测绘带宽度约为 120 m，具体取决于实际高度以及 LiDAR 朝向测绘带边缘的入射角。在 120 m 处，实现了 180 m 的可靠幅宽。这比之前增加了 50%，相当于测量特定区域的航线减少了约 33%，这显着提高了测量员的生产力和效率。

海拔增加对测绘带（测量宽度）的影响以及减少与植被和电线碰撞的可能性

配备无人机激光雷达的 Certus Evo 随后成为 RN100。 RN100 使 Nextcore 的客户能够飞得比以前高得多，并且安全性更高，同时在相同的飞行时间内测量更大的区域并实现测量级结果。

生成的调查材料包含 LiDAR 点云数据和来自 INS 的地理参考数据。所有数据处理均在飞行后进行，以确保尽可能高的准确性。PPK用于校正 GNSS-INS 位置、横滚、俯仰、偏航和航向数据。然后将处理后的 INS 数据与处理后的点云数据相结合，为点云提供绝对位置。该系统在 120 m AGL 下实现了一致的 30~40 mm 精度。 Nextcore 集成了 LiDAR 和 INS 处理平台，可自动合成数据集，从而缩短调查完成时间。根据规模和复杂性，该解决方案可以在任务完成后 30 分钟内将调查数据处理成客户可用的 3D 地图。

“将 Certus Evo 集成到我们的产品线中，使我们能够以非常实惠的价格为客户提供更高端的解决方案。这为我们在国际和国内开辟了新市场。”西蒙斯总结道。