主頁（http://m.by236.com）：天樞系留無人機及典型載荷應用概述 隨著科技的發展,更多的應用場景為了達到更好的效果由地面向空中拓展,系留無人機系統就是將平臺從地面升級到空中的新型高空平臺,平臺本身不做任務,為了實現應用需要搭配各種負載,例如光電攝像頭、通信基站等等。下面就關于系留平臺和負載的配合做個簡要論述,以饗讀者。 1 系統概述 天樞A6是一種通過線纜連接地面供電系統來獲取能源的系留多旋翼無人機設備,相對于通過自身攜帶電池或燃料來獲取能源的無人機,天樞A6能夠實現長時間不間斷的空中懸停,如圖1所示。 天樞A6系統由無人機、系留線纜、系留綜合控制箱、發電機、地面站、RTK基站、遙控器、工具箱等部分組成。
2 系統特點 航時長,車載供電24小時全天滯空 載荷大,15kg有效凈載荷 飛行穩定性好,100m高空穩定平臺 定位精度高,厘米級精確定位 智能化程度高,與自由移動基站車輛位置精確跟隨 操作簡單,一鍵自動起降、自動收放線纜 安全可靠性高,多重傳感器備份,斷電保護、信號中斷保護等保護模式 平臺適應性強,地面固定、車載、艦載應用均可 3 系統功能 通過地面發電機進行供電,可不間斷滯空 該單元可用車輛載運 通過地面站設置高度并實現一鍵起降、一鍵改變高度、一鍵改變航向 自動收放線纜、自動排線 雙天線定向,無需校磁 支持人工控制模式和自動飛行模式 人工控制模式時,通過搖桿控制無人機運動 自動飛行模式時,可實現無人機自動懸停和車輛自動跟隨 車輛靜止時,無人機自動懸停在車輛上方 車輛運動時,無人機自主跟隨車輛運動 斷電自動降落保護、控制失聯自動降落保護。 4 系統性能參數 表2 天樞A6系統性能參數表
5 系統設備清單 天樞A6系留無人機系統設備清單如表2所示。 表2 天樞A6系統清單
6 典型載荷應用 系留無人機基于其長時間不間斷留空的能力,可發揮“移動瞭望塔”、“移動信號塔”的作用,搭載光電吊艙、相機、雷達、基站、電臺、天線等光電設備載荷和通信設備載荷載荷長時間懸停于空中執行各類任務。 6.1掛載光電設備載荷 系留無人機掛載光電設備載荷可對地面進行居高臨下的長時間、多角度、大范圍監控,由于無人機是高空監測,觀察角度多樣,在地面上看不見的或看不清的情況,從空中看則是一目了然,這樣就能獲取目標區域更為全面的圖像信息。系留無人機平臺上可搭載的光電設備種類形式多樣,包括以下典型設備: 光電吊艙:可見光/紅外/激光等多種光電吊艙; 相機:傾斜相機、高速相機等; 雷達:偵察雷達、成像雷達等; 如圖2所示是系留無人機掛載光電載荷的一種典型應用,主要包含無人機升空平臺和地面系統兩大部分: 無人機升空平臺:多旋翼無人機平臺、光電吊艙設備(亦可掛載雷達、相機等其它光電設備); 地面系統:系留綜合控制箱、發電機、地面站、遙控器、吊艙地面控制設備。
圖2 系留無人機光電吊艙監控系統示意圖 通過在系留無人機上搭載光電吊艙,從高空對地面情況進行監測,并將得到的圖像信息通過系留線纜中的光纖傳輸到地面車輛內部的監控操作席位上,同時也可通過光纖將監控操作席位對無人機和吊艙的控制指令發送到空中平臺上,實現視頻和數據的空地雙向交互。同時,根據需要還可以通過機載或地面通信設備,將監控信息傳輸至后方的監視指控中心,并根據監視指控中心的命令對無人機和吊艙進行操作。 輕型光電吊艙是專為系留無人機設計研發的一款用于低空觀測的高精度光電吊艙設備,配備高清彩色可見光攝像機及高分辨率紅外熱像儀,具有體積小、重量輕、功耗低、傳輸遠、操作簡便,安裝快捷等特點,如圖3所示為光電吊艙和配套的吊艙控制手柄。 2軸穩定平臺,體積小、重量輕、精度高 穩定精度優于50μrad 雙系統陀螺儀,可靠性高 SONY原裝可見光攝像儀 FLIR原裝紅外機芯及鏡頭 高清HD-SDI輸出接口 碳纖維外殼,航空鋁合金框架 電機、旋變、連接器等電器插件按軍標選用,質量可靠
圖 3 光電吊艙和吊艙控制手柄 該型光電吊艙可對地上、海上、空中目標進行搜索、監視、跟蹤,并提供可見光和紅外兩路視頻圖像,主要包括以下功能: 具有在運動載體上對視軸進行穩定的功能(二軸穩定); 可進行在線零位校準、零漂修正等維護操作; 可實現搭載光電設備的調焦、變倍、視場切換功能; 可通過高清視頻信號接口將可見光與紅外視頻圖像對外輸出; 可通過通訊接口接收系統外設備發出的指令信息。 光電吊艙的主要技術指標如下表3所示: 表3 光電吊艙技術參數
基于系留無人機平臺的光電監控系統是系留無人機平臺與光電設備深度結合的應用,具有高效、不受空間和地形制約、觀察角度多樣、響應快速等特點,可以取得傳統手段無法獲得的巨大功效,可廣泛應用于公共安全、反恐、邊防、消防、戰車和艦船視距擴展等領域。 6.2掛載通信設備載荷 系留無人機可自由搭載自組網電臺、LTE微型基站、天線等多種通信載荷,形成多種靈活的通信應用配置方式,在核心區域快速開通通信服務,在后方指揮中心、現場指揮部與前方任務隊伍間形成超短波通信和寬帶視頻通信的大區域覆蓋應急通信網絡,可提供語音、視頻等應急通信保障服務,具有全天候工作、滯空時間長、高機動性、快速部署、一體化小型設計、使用簡單、支持分布式組網通信等特點,可廣泛應用于應急通信各領域。 傳統應急通信車雖然在某些場景下能滿足一定范圍內區域的應急通信需求,但由于一般的應急通信車天線高度有限,而且很多時候容易受被地形影響或被周圍的山體、樹木、建筑物等高物體遮擋,因此實際通信效果有限。 較之傳統應急通信車,系留無人機應急通信系統即使架設位置相同,但由于通信設備和天線架高高度大,因此覆蓋范圍廣、通信效果好;而且由于其體積小、重量輕,可通過背負、空降等方式架設于應急通信車輛無法到達的區域內部,通過鏈路構成通信中繼節點。 典型的系留無人機應急通信系統如圖4所示,主要包含無人機升空平臺和地面系統兩大部分: 無人機升空平臺:多旋翼無人機平臺、LTE基站(亦可掛載電臺、天線等其它通信設備); 地面系統:系留綜合控制箱、發電機、地面站、遙控器、地面通信終端、地面通信核心網(用于管理LTE基站)設備。
圖4 系留無人機應急通信系統組成 系留無人機應急通信系統的作業模式分為空地直接覆蓋、空空中繼兩類。 1)空地直接覆蓋 空地直接覆蓋應急通信模式如圖4所示,即掛載機載LTE基站設備的系留無人機快速升空后與遠端連接各通信設備終端建立通信連接,然后將從各終端獲取的信息經系留線纜中的光纖傳輸到地面的核心網設備,最終在屏幕上顯示。 2)空空中繼 空空中繼應急通信模式如圖5所示,即一輛應急通信車上掛載了機載LTE基站的系留無人機負責從遠端終端處獲取信息,然后將這些信息從空中經由無線電通信傳輸至另一端同樣掛載了機載LTE基站的第二架系留無人機,第二架系留無人機上的LTE基站再將這些信息經系留線纜中的光纖傳輸到車載內部的核心網設備,根據需要還可經無線電傳輸至后方的指揮中心,最終在屏幕上顯示。這種工作模式下,可支持更大范圍的應急通信覆蓋。
圖5 系留無人機應急通信系統空地覆蓋--空空中繼工作模式 系留無人機應急通信系統中的通信設備主要包括機載端LTE基站和地面的核心網、CPE終端,如圖6(a)、(b)、(c)所示。
(a)機載LTE基站 (b)地面CPE終端
(c)地面核心網 圖6 通信設備 機載LTE基站 機載LTE基站采用一體化設計,具備體積小,集成度高,大容量和低功耗等特點,IP65的防護等級滿足室內和室外不同環境,支持掛墻,抱桿和懸掛安裝方式,方便工程施工,如圖6(a)所示。 集成度高,安裝方便LTE基站體積為10升,重量為10kg,方便運輸和工程安裝;支持抱桿、掛墻、懸掛安裝,便于快速建網。 配置簡單,維護方便 LTE基站產品各功能模塊高度集成,單板種類少,減少了備件種類,降低了維護成本,可以進行靈活的配置。 節能設計,綠色環保 采用高效功放技術:Digital Pre-distortion(DPD)+Doherty技術大幅提高功放效率,降低設備功耗。同時,采用被動式散熱設計大幅節省耗電,無噪音,適合于不同場景安裝。 SDR架構 采用SDR架構,同一套硬件即支持無線接入網,又支持無線自組網,僅更換軟件版本即可實現。 大功率、大容量 支持2x30W輸出功率,2T2R; 無線接入模式下:最大支持下行90Mbps,上行30Mbps,最大支持64用戶; 無線自組織網模式下:最大支持下行100Mbps,上行100Mbps,雙向同傳110Mbps,最大支持32節點,8個鄰居節點; 2×30W的發射功率和貼近天線安裝能進一步改善網絡覆蓋。 遠覆蓋 由于設備發射功率大,靈敏度高,因此在視距節點間,自組網模式下,覆蓋范圍很遠,外場海面實際測試雙向速率35Mbps@55km。 機載LTE基站的技術指標如表4所示。 表4 機載LTE基站技術指標
CPE終端 CPE是一種新型的無線終端接入設備,設備安裝方式靈活,大量應用于農村,城鎮,醫院,單位,工廠,小區等無線網絡接入,節省鋪設有線網絡的費用。CPE對上無線接口采用TD-LTE技術,對下實現以太網口及WIFI無線接口,可構建小型局域網供網內用戶進行高速接入,實現路由轉發等功能;使用WEB網關實現本地和遠程管理。 系統中所采用的CPE設備ZY-XL-TC204如圖6(b)所示,可以采用不同的安裝配件,實現壁掛式安裝及抱桿式安裝。抱桿安裝時可以根據需要配置不通的抱箍,滿足不同的抱桿直徑要求。 地面CPE主要技術指標如下表5所示: 表5 CPE終端設備技術指標
核心網設備 核心網設備用于管理LTE基站,主要提供交換、鑒權、用戶管理等功能,本系統中采用的核心網設備如圖6(c)所示,其硬件采用工業級計算機硬件,滿足各特種行業惡劣工作環境要求,2U高的尺寸適合車載、小容量環境使用。 地面核心網主要技術指標如下表6所示: 表6 核心網設備技術指標
系留無人機應用在應急通信領域,具有快速部署、輕便靈活、起降環境要求低、響應快速等特點,能實現大范圍快速、可靠、低廉的寬帶通信,在突發自然災害、通信基礎設施受到破壞、通信環境惡劣等條件下,其應急通信能力優勢明顯,可以取得傳統手段無法獲得的巨大功效。 (中國集群通信網 | 責任編輯：李俊勇) |
