開源飛控中 US100 超聲波模組作用：測量相對地面高度，輔助定高/著陸，非避障用途

飛控（如 ArduPilot、PX4、Betaflight）集成 US100 超聲波測距模組，主要用於低空精確定高（0-10m），而非橫向避障。本文詳解其工作原理、安裝位置、數據融合邏輯及局限性。

US100 在飛控中的核心定位

• 測量目標： 機體正下方地面/水面距離（相對高度 AGL）。
• 工作範圍： 2cm - 4m (官方) / 實際可靠 0.3m - 8m。
• 安裝位置： 機身底部中央，波束朝下，避開電機氣流、起落架、電池線干擾。
• 數據用途：
  • 定高模式 (AltHold/Loiter) 低空融合氣壓計/ GPS 高度。
  • 精準著陸：最後 1-2 米切換超聲波為主高度源。
  • 地形跟隨：掃描地面高度變化（需前向安裝多個）。

為什麼不用於四周避障？

飛控軟件中的融合邏輯 (以 ArduPilot 為例)

// 簡化邏輯
float sonar_alt = read_US100();          // 讀取超聲波高度
float baro_alt = read_Barometer();       // 氣壓計高度
float gps_alt = read_GPS();              // GPS 高度

float fused_alt;
if (sonar_alt < SONAR_MAX_RELIABLE_ALT) { // 如 8m
    // 低空：超聲波權重高，氣壓計修正長期漂移
    fused_alt = complementary_filter(sonar_alt, baro_alt, 0.8); 
} else {
    // 高空：超聲波不可靠，切換氣壓計+GPS
    fused_alt = ekf_fuse(baro_alt, gps_alt);
}

// 輸出給控制器
set_target_altitude(fused_alt);

常見問題與調試

參考資料

• ArduPilot Wiki: Rangefinder Setup
• PX4 Dev Guide: Distance Sensors
• 《無人機系統設計與實踐》第 4 章：高度估計與融合

結論：US100 是「低空定高神器」，不是「避障雷達」。飛控設計時，超聲波管高度，激光/視覺管避障，各司其職才穩健。