传感器在低空经济中的应用

摘要：随着科技的飞速发展和航空技术的日益成熟，低空经济正逐渐崭露头角，成为推动经济增长和创新发展的新引擎。低空经济是以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引，辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。它不仅广泛体现于第一、第二、第三产业之中，还在促进经

随着科技的飞速发展和航空技术的日益成熟，低空经济正逐渐崭露头角，成为推动经济增长和创新发展的新引擎。低空经济是以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引，辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。它不仅广泛体现于第一、第二、第三产业之中，还在促进经济发展、加强社会保障、服务国防事业等方面发挥着日益重要的作用。在这个充满潜力的市场中，传感器技术扮演着举足轻重的角色。

飞行姿态与导航传感器

低空飞行器，如无人机、直升机和eVTOL（电动垂直起落飞行器），主要面向应急、物流、交通、娱乐消费、农林巡检五大场景。这些飞行器自主导航系统中用到的传感器除了超声波雷达，还有GPS、惯性测量单元（IMU）、视觉传感器、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、MEMS超声波传感器、红外传感器、气压计、磁力计和电子气象仪等。

超声波雷达

在近地面范围内，气压传感器无法应对精准测距的要求，而超声波雷达在近地面探测精准度有明显优势，它与气压传感器结合使用，能为无人机、飞行汽车等提供实时障碍物信息，避免碰撞，可保障低空飞行器在空中或近地面的平稳飞行。此外，超声波雷达可与其他传感器如毫米波雷达、激光雷达、摄像头等配合，增强环境感知能力。

毫米波雷达

毫米波雷达因其高精度测距和速度测量能力，在低空飞行器悬停测距中发挥重要作用。它采用毫米波透镜天线技术和高精度测距算法测量目标速度，并通过电磁波传播实现全天候工作。毫米波雷达波束角度小，能量集中，测量精度达毫米级别，测量范围达到100m，具有高空间分辨率、抗外部环境干扰能力强和多目标跟踪等优势，特别适合低空探测。

MEMS超声波传感器

MEMS超声波传感器对无人机低空飞行至关重要，它能够精确探测障碍物，确保避障和安全飞行，同时实现精准自动着陆。这种采用MEMS微纳工艺与封装制造方法，兼具超声波发射与接收复用功能，基于高性能压电功能薄膜与硅基MEMS异质集成的新一代超声波传感器能与IMU、GPS等传感器数据融合，提高导航精度，增强飞行稳定性和控制精度，从而提升无人机的整体飞行性能。

状态监测传感器

传感器还广泛应用于飞行器的状态监测，包括发动机状态、电池包状态、货物状态以及物流设备的运行状态等，需用到压力传感器、电池包热失控传感器、电流传感器、振动传感器等。

压力传感器

在无人机系统中，压力传感器可基于气压随海拔升高而降低的物理规律，通过测量大气压力变化来计算无人机的相对高度，同时监测机身飞行状态。在气流扰动的空中，压力传感器提供的高度信息有助于无人机在飞行中保持稳定。如遇到GPS信号弱或无信号的情况，压力传感器与毫米波雷达、激光雷达、摄像头等传感器融合应用，也能为无人机提供准确的定位。

振动传感器

振动传感器通过将机械振动转换为电信号来监测飞行器的振动状态。它们通常基于质量-弹簧-阻尼系统，当振动发生时，系统的质量块会随之运动，通过传感器检测这一运动变化。例如，加速度传感器通过测量物体加速度变化来间接测量振动，而位移传感器则直接检测物体在振动中的位移变化。这些传感器能够及时发现机械部件的松动、磨损等问题，如不平衡、不对中和轴承磨损，从而预防故障和事故，保障飞行器安全。

数据采集传感器

在巡检过程中，传感器还用于采集各种数据，如地形地貌、建筑物结构、管道线路等，如激光传感器、飞行器离地检测传感器等用于测量地形地貌的高度、距离等信息，内置压电调焦马达的图像传感器用于拍摄建筑物的外观、管道的分布等图像信息，为后续的分析和处理提供数据支持。此外，以飞行汽车为代表的载人飞行器还需应用CPD方案对舱内人员健康状况进行监测。

飞行器离地检测传感器

飞行离地检测传感器通过TOF原理，从发出超声波信号到接收超声波信号的时间，实时计算检测飞行器的离地安全距离，为低空飞行器降落提供了离地距离的数字式信号，抗干扰能力强。

内置压电调焦马达的图像传感器

压电调焦马达通过精确控制和快速响应实现微米级调焦精度，迅速适应不同距离目标，使图像传感器摄取快速聚焦，其结构简单、低功耗、大推力，且无电磁干扰，适合紧凑空间。压电调焦马达提供的稳定图像质量为后续分析处理提供准确数据支持，其可扩展性使其适用于各种图像传感器格式，确保飞行器在拍摄建筑物外观、管道分布等图像信息时，能够获得清晰、高质量的图像数据。

生命体征监测方案

飞行过程中，生命体征监测方案能持续检测乘客的心率、血压和体温，对心脏病患者至关重要。一旦检测到异常，系统会自动调整飞行计划、寻找降落点或联系救援。这种全航程监测增强了飞行安全，提升了乘客信任。该方案收集的数据还能分析飞行对健康的影响，优化设计和策略，预防健康问题引发的事故，实现健康管理。

环境感知传感器

在低空飞行过程中，飞行器需要实时感知周围环境的变化，以确保飞行安全。适用于低空飞行器的环境感知传感器有空气悬架温度传感器、光流传感器、MEMS麦克风等。此外，飞行中的信号传输对于飞行安全极为重要，而信号增强器射频模块能够保障飞行器在多变的环境中实现信号的稳定传输。

信号增强器射频模块

信号增强器射频模块通过提升通信质量和距离、增强抗干扰能力，以及提高定位精度，确保飞行器在复杂环境中稳定传输信号。该模块能够提供高带宽、低时延、高可靠的通信能力，满足飞行控制和数据传输需求，确保用户和无人机等操控类飞行器之间的保持良好的通讯质量和数据传输速率，确保飞行任务顺利完成。

总结

低空经济的崛起为传感器技术带来了巨大的发展机遇。传感器作为低空飞行器的“眼睛”和“耳朵”，负责收集外部环境的信息，是实现飞行器自主导航、避障、状态监测和数据采集等功能的关键元器件。在低空经济中，传感器技术不仅提升了飞行器的性能和安全性，还推动了相关领域的创新和发展。未来，随着低空经济的进一步拓展和传感器技术的不断进步，传感器将在更多领域发挥重要作用，为低空经济的繁荣发展贡献力量。