digitech 发表于 2022-11-8 06:31:46

海面没有信号,无人机如何跨海,100KM的图传是否可行?

8月25日,一架无人机从上海金山出发,跨海飞到浙江舟山,装载梭子蟹、大黄鱼等20公斤海鲜特产,又飞回上海。

大家都知道,海面离岸5公里后是没有信号的,那么无人机是如何通信的呢?这期我们讲讲无人机的通信控制。
01
无人机是否使用手机信号?




[*]无人机通信链路系统概述
无人机是无人驾驶飞行器的简称,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。从技术角度定义可以分为:无人固定翼飞机、无人垂直起降飞机 、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。无人机应用场景非常多,我们常见民用航拍、巡线、植保,军用的侦查,中继、打击,警用巡逻,监视等。随着民用无人机技术的迅猛发展,越来越多的公司投入到无人机的项目开发中。
无人机系统主要分为三大部分:地面站、飞控以及无线通信链路。

[*]无人机链路系统组成
  无人机链路的机载部分包括机载数据终端(ADT)和天线。机载数据终端包括RF接收机、发射机以及用于连接接收机和发射机到系统其余部分的调制解调器,有些机载数据终端为了满足下行链路的带宽限制,还提供了用于压缩数据的处理器。天线采用全向天线,有时也要求采用具有增益的定向天线。

[*]无人机链路信道频段
  无人机地空数据传输过程中,无线信号会受到地形、地物以及大气等因素的影响,引起电波的反射、散射和绕射,形成多径传播,并且信道会受到各种噪声干扰,造成数据传输质量下降。无人机测控链路可选用的载波频率范围很宽。低频段设备成本较低,可容纳的频道数和传输速率有限,而高频段设备成本较高,可容纳较多的频道数和较高的数据传输速率。




02
无人机通信技术有哪些?


[*]无人机控制通信和数据传输通信方式:
1、WIFI——也就是我们航拍常用的技术,WIFI技术非常成熟、便宜、并且最常见的方式,距离从几百米到1km之间。
2、4G、低频信号传输——商用级,使用4G信号控制,只要有基站就有信号有数据传输。 使用低频无线电,私用通信通道,不受限于运营商基站,用于无信号场景。COFMD技术在无人机上采用的低频的微波信号传输,这种频率的使用既可以提高无人机信号的传输速率,也可以在远距离的传输范围里确保稳定的传输效果。
3、蓝牙—玩具级别的无人机普遍采用这一控制类型,早期航模,玩具飞机都是这类技术。距离更短,一般几十米到一百米之间。
4、卫星——军用级,距离一般在4000KM以上,而且多是无人区域,并且配合卫星中继,没有距离限制。


03
此次飞行用的那种通信技术?



以V50为例100KM图传


图来自峰飞无人机




图片来自V50参数
V50的图传为什么可以100KM?因为此机型通信核心技术就是COFDM 并且采用双备份链路传输
04
那么COFDM到底是什么?

要设计一个1km的无人机图传和100km的无人机图传,无线信道对信号的影响是不同的,可分为大尺寸效应和小尺寸效应。大尺寸效应包括路径损耗、绕射、阴影、植被等等造成的衰落,全世界的科学家和工程师根据城郊、海基对陆基等等通信场景建了不同模型;小尺寸效应是由于无线信号的多径传播所造成的影响,发射机或者接收机移动几个波长的范围都会导致信号的剧烈变化。
不同的传输距离,无线信号传输的信道模型是不一样的,纠错码的长度和保护间隔的设置等信道编码情况也是不同的。
COFDM第一个规模化应用的标准是欧洲数字视频广播DVB-T(或简称数字电视),其结构框图如下:
DVB-T推广之后,欧洲的数字电视标准又推出了DVB-H,DVB-S,DVB-T2,这些标准用的都是COFDM的技术。此外,日本也推出了自己的数字电视标准ISDB-T,也是采用了COFDM技术。感兴趣的同学可以查阅上述相关标准文献。
那么结合上述DVB的信道分析,就很好理解为什么COFDM技术适合应用于远距离无人机图传了:
1. 高清图传,带宽要足够大。
2. 无人机相对于地面接收端的移动速度一般在120km/h以内,与车载电视的应用场景类似。
3. 广播式传输,当地面端增加接收设备时,不会增加信道的开销,导致带宽变小。
4. 信号传输条件复杂,远距离图传多径效应明显。
5. 无人机为了作业方便,发射信号不能具有太强的方向性,通过增加发射功率,使接收机的S/N提高来增加传输距离理论上可行。
原来COFDM和DVB差不多,适合图像回传。








05
为什么选择845 1.4G频段呢?及国家关于频段使用的规定




[*]我国对无人机使用频段规定
目前世界上无人机的频谱使用的主要集中在UHF、L和C波段,其他频段也有零散分布。目前我国工信部无线电管理局初步制定了《无人机系统频率使用事宜》,规划840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz频段用于无人驾驶航空器系统



[*]选择低频无线电的原因
无人机链路应用的主要频段为微波(300MHz~3000GHz),因为微波链路有更高的可用带宽,可传输视频画面,它所采用的高带宽和高增益天线抗干扰性能良好。不同的微波波段适用于不同的链路类型。
各种民用无线电频率使用列表






06
为什么不用卫星通信

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