林朝輝

【摘 要】文章主要研究了電網(wǎng)巡檢無(wú)人機(jī)中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的工作模式。本文從直通模式、地面中繼模式、地面接入模式、地面中繼接入模式、飛機(jī)中繼模式五方面出發(fā)對(duì)中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行分析，全面研究了無(wú)人飛行器中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。文章對(duì)無(wú)人機(jī)的實(shí)用化應(yīng)用具有一定的貢獻(xiàn)性作用。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人飛行器；中繼數(shù)據(jù)鏈；工作模式；分析

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)的逐步深化應(yīng)用，對(duì)無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)提出了更高的要求。架空輸電線(xiàn)路每條饋線(xiàn)動(dòng)輒20km以上，巡檢無(wú)人機(jī)在山區(qū)崇山峻嶺中穿行，數(shù)據(jù)鏈被山體遮擋無(wú)法通視的情況難以避免，這就要求建立一套性能可靠的無(wú)人機(jī)中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。本文針對(duì)福建省電網(wǎng)巡檢無(wú)人機(jī)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提出了幾種無(wú)人機(jī)中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的工作模式。

1 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的直通模式

針對(duì)執(zhí)行巡線(xiàn)任務(wù)的任務(wù)機(jī)距離地面測(cè)控車(chē)比較近，且沒(méi)有障礙物遮擋的情況，任務(wù)機(jī)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路直接與地面車(chē)載設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。直通模式工作狀態(tài)示意圖如圖1所示。任務(wù)機(jī)和吊艙拍攝到的兩路視頻信號(hào)、任務(wù)機(jī)遙測(cè)數(shù)據(jù)和吊艙狀態(tài)信號(hào)經(jīng)過(guò)任務(wù)機(jī)終端壓縮和調(diào)制等處理后，傳輸?shù)降孛孳?chē)載終端。地面車(chē)載終端的遙控?cái)?shù)據(jù)也直接發(fā)送到任務(wù)機(jī)終端，控制任務(wù)機(jī)的工作狀態(tài)。

2 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面中繼模式

針對(duì)執(zhí)行巡線(xiàn)任務(wù)的任務(wù)機(jī)距離地面測(cè)控車(chē)距離超過(guò)直視范圍，或任務(wù)機(jī)與地面測(cè)控車(chē)之間有障礙物阻隔，任務(wù)機(jī)無(wú)法直接與地面測(cè)控車(chē)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的情況，可以通過(guò)地面無(wú)線(xiàn)終端進(jìn)行中繼，輔助完成通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸功能。地面中繼模式工作狀態(tài)示意圖如圖2所示。任務(wù)機(jī)和吊艙設(shè)備采集到的兩路視頻信號(hào)、任務(wù)機(jī)遙測(cè)信號(hào)和吊艙狀態(tài)信號(hào)首先通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路發(fā)送給地面中繼終端，通過(guò)地面中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)給地面測(cè)控車(chē)載終端；相反，地面測(cè)控車(chē)的控制指令也通過(guò)地面中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機(jī)終端，控制任務(wù)機(jī)的工作狀態(tài)。

地面中繼模式適用于任務(wù)機(jī)剛飛離地面測(cè)控車(chē)通視距離的情況，可以通過(guò)一次地面中繼完成數(shù)據(jù)通信。

3 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面接入模式

針對(duì)采取一次地面中繼方案無(wú)法完成數(shù)據(jù)通信的情況，可以采取地面接入模式實(shí)現(xiàn)任務(wù)機(jī)與地面測(cè)控車(chē)載終端的數(shù)據(jù)通信。地面接入模式工作狀態(tài)示意圖如圖3所示。任務(wù)機(jī)和吊艙設(shè)備采集到的兩路視頻信號(hào)、任務(wù)機(jī)遙測(cè)信號(hào)和吊艙狀態(tài)信號(hào)首先通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路發(fā)送給地面接入終端，通過(guò)接入終端轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w信號(hào)傳輸給地面轉(zhuǎn)發(fā)終端，地面轉(zhuǎn)發(fā)終端最后將信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路傳送給地面測(cè)控車(chē)載終端，相反，地面測(cè)控車(chē)的控制指令也通過(guò)地面轉(zhuǎn)發(fā)終端和地面接入終端轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機(jī)終端，控制任務(wù)機(jī)的工作狀態(tài)。主干網(wǎng)絡(luò)布點(diǎn)主要依托于輸電線(xiàn)路上配置的光纖電纜，在設(shè)有光纖接入裝置地面為主干網(wǎng)布點(diǎn)的支撐平臺(tái)。主干網(wǎng)布點(diǎn)主要依據(jù)條件有如下三點(diǎn)：地面地面接入終端作用距離；具備光纖接入裝置地面之間的距離；實(shí)際地理環(huán)境條件。

4 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面中繼接入模式

由于山區(qū)地形的不確定性，有時(shí)需要采用地面中繼接入工作模式。該模式的工作狀態(tài)示意圖如圖4所示。任務(wù)機(jī)和吊艙設(shè)備采集到的兩路視頻信號(hào)、任務(wù)機(jī)遙測(cè)信號(hào)和吊艙狀態(tài)信號(hào)首先通過(guò)地面無(wú)線(xiàn)終端中繼、再通過(guò)地面接入設(shè)備傳輸?shù)降孛姘l(fā)射終端，最后通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路發(fā)送給地面測(cè)控車(chē)載終端。相反，地面測(cè)控車(chē)的控制指令也通過(guò)地面轉(zhuǎn)發(fā)終端、地面接入終端和地面中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機(jī)終端，控制任務(wù)機(jī)的工作狀態(tài)。

5 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的飛機(jī)中繼模式

針對(duì)僅采用地面中繼或接入的模式無(wú)法滿(mǎn)足通信需求的情況，需要在數(shù)據(jù)傳輸鏈路上增加一臺(tái)中繼無(wú)人飛機(jī)。任務(wù)機(jī)和吊艙設(shè)備采集到的兩路視頻信號(hào)、任務(wù)機(jī)遙測(cè)信號(hào)和吊艙狀態(tài)信號(hào)首先通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路發(fā)送給中繼機(jī)，通過(guò)中繼機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給地面測(cè)控車(chē)載終端，相反，地面測(cè)控車(chē)的控制指令也通過(guò)中繼機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到任務(wù)機(jī)終端，控制任務(wù)機(jī)的工作狀態(tài)。由于任務(wù)機(jī)為可移動(dòng)終端，該通信模式的優(yōu)點(diǎn)是可以適用于幾乎所有的工作環(huán)境，彌補(bǔ)地面中繼無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)據(jù)通信的情況。

6 總結(jié)

為解決無(wú)線(xiàn)通訊由于山峰阻擋、多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和輸電線(xiàn)路強(qiáng)電磁干擾等影響，本文設(shè)計(jì)了一套通訊中繼數(shù)據(jù)鏈及幾種成熟的應(yīng)用模式，通過(guò)建設(shè)地面中繼站，基于空中中繼和光纖相混合的通訊中繼組網(wǎng)方式，能夠有效拓寬無(wú)人機(jī)巡線(xiàn)的測(cè)控距離，滿(mǎn)足超視距復(fù)雜環(huán)境下無(wú)人機(jī)電力巡線(xiàn)需求。

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