Flight Dynamics to Sensing Modalities: Exploiting Drone Ground Effect for Accurate Edge Detection

无人机的快速且准确的环境边缘检测对于灾后救援和自主导航等任务具有重要优势。当前方法采用雷达或摄像机，导致部署成本高昂，增加轻型无人机的计算负担。本文提出 AirTouch 系统，将飞行控制中视为“劣势”的地面效应转化为“优势”，实现准确且高效的边缘检测。我们的关键洞察是：分析无人机基本姿态传感器读数和飞行指令，可检测地面效应变化。这种变化通常表明无人机飞行越过两种材料的边界，此信息对边缘检测具有价值。我们通过理论分析、算法设计和实现，充分利用地面效应作为一种新的感知模态，而不牺牲无人机飞行稳定性，从而实现准确且高效的场景边缘检测。我们还将这种新的感知模态与基于视觉的方法进行比较，以阐明其在资源效率和检测能力方面的独特优势。广泛的评估表明，我们的系统以均值检测距离误差为 0.051m 的高检测准确率，相较于基线方法提升 86%。凭借这种检测性能，我们的系统仅需 43 mW 功耗，为低成本和高效边缘检测贡献了这种新的感知模态。