传感器与载荷系统

传感器与载荷系统

传感器与载荷是无人机执行具体任务的"眼睛"和"工具"，决定了无人机能"看到"什么、“测量"什么。随着无人机应用领域的不断拓展，载荷系统已从简单的可见光相机发展到涵盖多光谱、LiDAR、热红外等多种传感器的综合系统。CAAC 考试中，不同载荷的工作原理、适用场景和关键参数是重要的考查方向。

1. 无人机常用传感器类型和功能

1.1 传感器分类总览

1.2 传感器选型原则

2. 光学相机载荷

2.1 三个核心参数的关系

2.2 三者之间的关系

• 焦距越长 → 视场角越小 → 单张影像覆盖面积越小 → 细节分辨率越高
• 焦距越短 → 视场角越大 → 单张影像覆盖面积越大 → 细节分辨率越低

考试易错点：分辨率和视场角是此消彼长的关系——想要更高的空间分辨率，就必须接受更小的覆盖范围。

2.3 空间分辨率（GSD）

GSD（Ground Sample Distance）是航测中最关键的参数之一，表示影像中相邻像素中心之间的地面距离：

2.4 GSD 的计算公式

$$GSD = \frac{H × p}{f}$$

其中：

• H = 飞行高度（相对于地面）
• p = 像素尺寸（mm）
• f = 镜头焦距（mm）

考试重点：GSD 与飞行高度成正比——飞得越高，GSD 越大（分辨率越低）；飞得越低，GSD 越小（分辨率越高）。

3. 多光谱和高光谱相机

3.1 多光谱相机

多光谱相机（Multispectral Camera）能够同时采集多个特定波段的光谱信息：

3.2 常用植被指数

3.3 高光谱相机

高光谱相机（Hyperspectral Camera）可以采集数十到数百个连续窄波段的光谱信息：

4. LiDAR（激光雷达）的工作原理

4.1 基本原理

LiDAR（Light Detection and Ranging）通过发射激光脉冲并测量回波时间来计算目标距离：

$$距离 = \frac{光速 × 往返时间}{2}$$

4.2 LiDAR 系统组成

4.3 LiDAR 的关键参数

4.4 LiDAR vs 光学摄影

考试重点：LiDAR 的核心优势是不受光照影响且可穿透植被冠层获取地面真实高程，这是光学相机无法做到的。

5. 热红外相机的应用场景

5.1 工作原理

热红外相机通过检测物体发射的红外辐射来生成热图像，辐射强度与物体温度直接相关：

5.2 主要应用领域

5.3 热红外相机的关键参数

6. 载荷对飞行性能的影响

6.1 载荷重量的影响

6.2 载荷功耗的影响

6.3 载荷安装注意事项

7. 考试重点总结

7.1 不同载荷的适用场景

7.2 高频考点归纳

7.3 常见考试陷阱

• 混淆分辨率和 GSD：分辨率是传感器参数，GSD 是与飞行高度相关的综合参数
• 混淆多光谱和高光谱：高光谱波段更多、更窄，数据量更大
• LiDAR 的穿透能力：LiDAR 只能部分穿透植被冠层，不是完全穿透
• 热红外与可见光的互补：热红外检测温度异常，可见光提供视觉参考，两者互补
• 载荷安装位置：靠近重心安装，否则会影响飞行稳定性
• GSD 计算中的单位：焦距和像素尺寸单位需统一（通常用 mm）

理解传感器与载荷的工作原理和选型原则，有助于在实际任务中选择最合适的载荷方案，同时在 CAAC 考试中准确回答相关技术题目。