无人机的高度是飞行操作中的核心参数,涉及多种定义方式和测量技术。根据参考基准的不同,常见的高度类型包括绝对高度、相对高度、真实高度和海拔高度等。与此同时,传感器类型也会影响高度的测量,如气压高度、GPS高度和雷达高度等,提供了各异的高度测量手段,其精度、范围和适用场景各不相同。此外,无人机的高度性能指标,如起飞高度、巡航高度、最大使用高度等,直接影响其任务能力与飞行安全。最后,根据不同飞行高度,无人机还可进行相应分类。本文将系统解析无人机的高度相关概念与技术。
海拔高度
某点与平均海平面(Mean Sea Level, MSL)的垂直距离。需注意,不同国家采用的海平面基准可能不同。我国使用的是“1985国家高程基准”,以青岛黄海平均海水面为起算面,国家水准原点的高程为72.260米。尽管海拔高度是地理测量的基础,但因国际基准不一,其在无人机实际飞行中并不常用。
标高
通常指机场跑道最高点或特定地点(如建筑物、山顶)相对于平均海平面的垂直距离,其物理意义与海拔高度一致。
绝对高度
无人机相对于平均海平面的垂直距离,数值上与海拔高度相同。无人机的高度性能参数,如最大飞行高度、巡航高度等,多基于绝对高度定义。
相对高度
无人机与某一参考点(如起飞点或着陆点)之间的垂直距离,在起飞、降落和任务执行阶段广泛应用。
真实高度
无人机与正下方地形或地物(如地面、建筑、山峰)的实际垂直距离,对避障、地形跟随与仿地飞行等功能至关重要。
标准气压高度
航空领域常用的高度基准,指无人机与国际标准大气(海平面气温15°C、气压101.325kPa)所定义的海平面之间的垂直距离。该基准为理论值,用于统一高度指示,消除区域气压波动的影响。
修正气压高度
通过根据实际海平面气压对气压高度进行校正,使其更接近真实海拔高度。该修正可提高起飞和着陆阶段的高度测量准确性,减少因气压变化导致的撞地风险。
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气压高度:
借助气压计测量大气静压,并依国际标准大气模型换算为高度值。这一测量值通常指无人机的标准气压高度,再减去起飞时的标准气压高度,即可得出无人机的相对高度。尽管气压高度的精度略低,约为10~30米,但其测量范围广泛,可达高空30km,且相对稳定,因此成为无人机常用的高度测量方式。
GNSS高度:
通过卫星导航系统(如GPS、北斗)获取,属于绝对高度,基于WGS-84椭球体基准。其垂直精度通常为5~10米,其精度相对较低,且可能发生跳变,因此一般作为气压高度的辅助参考。
RTK高度:
基载波相位差分技术,能够提供厘米级精度的垂直坐标,极大提升了定位与高度数据的可靠性,在无人机配备RTK高度测量条件时,RTK高度成为首选。
无线电高度:
通过发射和接收无线电波测量无人机与地面的垂直距离,测量范围通常为0~200米,精度可达分米级,它为无人机起降和仿地飞行提供关键的高度信息。
毫米波雷达高度:
与无线电高度测量原理相似,但工作在24~300GHz的频段,与无线电高度表的工作频段有所差异。其测量结果同样为真实高度值,且测量范围通常在0~200m内,精度可达到分米级。
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使用升限

最大使用高度

悬停升限

临界高度

最低飞行高度

最大起飞高度

垂直起降转换高度

限高高度

离地高度

安全起飞高度

巡航高度或设计飞行高度

最低航线高度

下滑高度

飘落高度

最低开伞高度

拉起高度

决策高度
无人机的高度管理是飞行控制与任务执行的关键环节。从多种高度概念的理解,到不同传感器的测量原理,再到各项高度性能指标的把握,每一个环节都直接影响无人作业的安全与效率。随着传感器技术和飞行控制算法的发展,无人机的测高与控高能力将持续提升,为更多行业的应用提供坚实基础。未来,无论是在物流运输、农业植保、测绘勘探还是城市空中交通中,精准的高度感知与控制都将发挥不可或缺的作用。