高沖

摘 要：在生活中，發(fā)生自然災(zāi)害是無法避免的，這會(huì)不同程度地影響通信設(shè)施，甚至破壞通信設(shè)施，從而阻礙災(zāi)后救援工作的順利實(shí)施。為了及時(shí)解決災(zāi)區(qū)環(huán)境下的通信問題，構(gòu)建穩(wěn)定可靠、具有較快反應(yīng)速度的應(yīng)急通信系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，借助此應(yīng)急通信系統(tǒng)可以更好地開展救援工作。運(yùn)用系留式多旋翼無人機(jī)搭載微基站進(jìn)行區(qū)域通信組網(wǎng)，可以有效地解決這一問題，文章將主要對(duì)系留式多旋翼無人機(jī)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：系留式;多旋翼無人機(jī);應(yīng)急通信;應(yīng)用

在自然生態(tài)環(huán)境變化無常的情況下，地震、水災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害的發(fā)生已越發(fā)頻繁，且極具破壞性。在此過程中，極易遭到破壞的就是地面通信基礎(chǔ)設(shè)施。傳統(tǒng)的單一形成通信技術(shù)已經(jīng)不能順應(yīng)當(dāng)今社會(huì)復(fù)雜多樣的搶險(xiǎn)救災(zāi)需求，也不利于推動(dòng)救援工作順利實(shí)施。所以，需要積極建立起響應(yīng)迅速和穩(wěn)定可靠的應(yīng)急通信系統(tǒng)。系留式多旋翼無人機(jī)的優(yōu)勢較多，主要包括組網(wǎng)快捷、性能穩(wěn)定、自動(dòng)化程度較高等，將其應(yīng)用到應(yīng)急通信中，效果理想。

1? ? 運(yùn)用背景分析

應(yīng)急突發(fā)事件是一種具有不確定性的事件，主要的表現(xiàn)就是時(shí)間不確定、地點(diǎn)不確定、造成的影響不確定等。有效處理應(yīng)急通信的舉措就是無線通信方式。無線通信方式是各不相同的，由于無線通信方式的技術(shù)體制不同、頻段不同、特性不同等情況影響，各種通信方式也會(huì)出現(xiàn)差異性的系統(tǒng)容量、通信距離、構(gòu)建成本以及組網(wǎng)度等。例如，對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)而言，只有具備專門的通信設(shè)備才可以應(yīng)用，受眾面是相對(duì)較窄的，而以往傳統(tǒng)的公眾移動(dòng)通信網(wǎng)、公眾傳媒網(wǎng)絡(luò)在較短的時(shí)間之內(nèi)，不能達(dá)到迅速有效修復(fù)的目標(biāo)。所以，通過合理結(jié)合以上兩種方式，把地面通信、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)結(jié)合起來，采取無人機(jī)空中平臺(tái)，建立起應(yīng)急通信系統(tǒng)，可以產(chǎn)生更好的應(yīng)用效果。

2? ? 無人機(jī)應(yīng)急通信方案

救災(zāi)的場景通常都是復(fù)雜多樣的，甚至面臨著各種危險(xiǎn)。為了提供給用戶更加安全可靠、靈活快捷、具有保障的通信服務(wù)，就需要切實(shí)應(yīng)用好各種各樣的通信手段，諸如有線通信、無線通信、衛(wèi)星等，可以于空中以最快的速度建立起應(yīng)急通信通道，并且科學(xué)地采取無人機(jī)搭載通信設(shè)備，讓無線自組網(wǎng)在抗險(xiǎn)救災(zāi)實(shí)踐中科學(xué)運(yùn)用并發(fā)揮出應(yīng)有的成效。系留式多旋翼無人機(jī)應(yīng)急系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

無人機(jī)應(yīng)急通信的構(gòu)成部分主要包括5個(gè)方面，即無人機(jī)、小型ATV、微型基站、線纜、發(fā)電機(jī)等。在出現(xiàn)災(zāi)害的情況下，搶險(xiǎn)人員通過駕駛小型ATV到達(dá)災(zāi)害發(fā)生地的臨近部位，無人機(jī)駕駛員通過控制無人機(jī)，讓其能夠在車上進(jìn)行自動(dòng)升起和降落。在設(shè)置成自動(dòng)飛行模式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)追隨小型ATV汽車的目標(biāo)，二者同步進(jìn)行，而且可以靜止懸停，隨時(shí)轉(zhuǎn)變跟隨的姿態(tài)。無人機(jī)上搭載微型基站，微型基站經(jīng)光纜連接最近的宿主基站，這樣可以讓有線通信信號(hào)靈活地轉(zhuǎn)換到無線通信信號(hào)，讓信號(hào)涉及更大范圍，擴(kuò)大覆蓋面。在災(zāi)害現(xiàn)場并無宿主基站的情況下，需要運(yùn)用衛(wèi)星通信舉措，對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行接收。無人機(jī)和搭載設(shè)備的全部所需電源均是通過地面發(fā)電機(jī)獲得的，連接方式為電力線，全天候、持續(xù)性滯空。

3? ? 系留式多旋翼無人機(jī)特點(diǎn)及其應(yīng)用于應(yīng)急通信中的方法

系留式多旋翼無人機(jī)的優(yōu)勢特點(diǎn)較多，主要表現(xiàn)是其具有更加快捷的組網(wǎng)速度、穩(wěn)定可靠的性能以及較高的現(xiàn)代化自動(dòng)化程度，具備先進(jìn)的技術(shù)手段等。系留式多旋翼無人機(jī)的機(jī)身材料主要是碳纖維復(fù)合材料，翼展軸距是1 550 mm，可以進(jìn)行全自動(dòng)形式的導(dǎo)航駕駛飛行，其飛行高度最低是40 m左右，最高是210 m左右。其最大起飛重量是28 kg，能夠抵抗五級(jí)大風(fēng)，定點(diǎn)懸停精度是0.5 m。系留式多旋翼無人機(jī)以LTE800M組網(wǎng)的過程中，因800 MHz信號(hào)具有較高的繞射能力，同時(shí)存在典型的覆蓋性能，微基站能夠產(chǎn)生較大的覆蓋面積，最大是25 km，所以，系統(tǒng)帶寬10 M組網(wǎng)時(shí)，能夠同時(shí)為超過5 000個(gè)手機(jī)用戶提供相應(yīng)的即時(shí)通信服務(wù)，這樣就能滿足覆蓋面更廣闊的、容量更大的應(yīng)急通信需求。

選用系留式多旋翼無人機(jī)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，主要是通過3個(gè)重要的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行選用。首先，系留式多旋翼無人機(jī)的懸停能力是相對(duì)穩(wěn)定的。多旋翼無人機(jī)可以經(jīng)其具有的慣性測量元件，合理地測量掌控三維速度、三維加速度、三維角速度的狀態(tài)，讓多旋翼飛行器處在一種穩(wěn)定的飛行環(huán)境下，而且這一特征屬于多旋翼無人機(jī)飛行中特殊的優(yōu)點(diǎn)部分。其擁有的懸停能力是非常穩(wěn)定可靠的，但是，也會(huì)因無人機(jī)自身的因素產(chǎn)生影響，諸如供電系統(tǒng)的重量、負(fù)荷、系留纜等，所以，無人機(jī)懸停高度一般是在100 m之內(nèi)為宜。其次，系留式多旋翼無人機(jī)可以在空中較長時(shí)間的滯留。系留式多旋翼無人機(jī)運(yùn)用到系留供電舉措，通過地面發(fā)電機(jī)，經(jīng)系留電纜展開持續(xù)性的供電，一方面能夠?qū)⑿铍姵氐闹亓拷档?，另一方面可以使得無人機(jī)處于飛行懸停的環(huán)境中，而且是長時(shí)間、不間斷地維持該狀態(tài)。最后，系留式多旋翼無人機(jī)的電磁兼容能力較強(qiáng)。多旋翼無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)、系留供電系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)能形成電磁輻射，可以采取相應(yīng)的技術(shù)手段，諸如屏蔽技術(shù)、布線技術(shù)、接地技術(shù)和濾波技術(shù)等，將電磁輻射對(duì)通信系統(tǒng)的干擾進(jìn)行削弱，而且使得飛行環(huán)節(jié)不會(huì)對(duì)微基站的性能構(gòu)成負(fù)面影響。

無人機(jī)高空基站系統(tǒng)通信系統(tǒng)中，無人機(jī)載荷以及安裝空間因素的限制問題需要通信天線盡可能地降低體重與功耗，能夠全面覆蓋輻射。當(dāng)前應(yīng)急通信系統(tǒng)內(nèi)，天線的類型主要就有兩種，一種是全向天線，另一種就是定向天線。全向天線為水平方向圖上，360°均是均勻的輻射狀態(tài)，即無方向性，通常波瓣寬度越小，則產(chǎn)生的增益越大。全向天線應(yīng)用距離近，具有較大的覆蓋范圍，而且價(jià)格便宜，具有低于9 dB的增益。定向天線于水平方向圖上是有角度范圍輻射的，即有方向性，其波瓣寬度越小，會(huì)產(chǎn)生的增益越大。定向天線在具有較遠(yuǎn)的通信距離、較小的覆蓋范圍以及較高頻率利用率的環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用。因無人機(jī)自身具有良好的移動(dòng)能力，能夠在目標(biāo)區(qū)域快速實(shí)施部署，加之險(xiǎn)情區(qū)域的用戶分布存在不確定性，所以，此應(yīng)用系統(tǒng)采用全向天線，將信號(hào)朝著很多角度進(jìn)行輻射，達(dá)到各方位用戶同等接入能力。在應(yīng)用無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)運(yùn)用好關(guān)鍵技術(shù)，主要包括超輕型光電復(fù)合系留纜技術(shù)、系留供電條件下飛行安全保障技術(shù)以及輕型大功率通信載荷技術(shù)等。

4? ? 結(jié)語

文章主要分析了系留式多旋翼無人機(jī)運(yùn)用到應(yīng)急通信領(lǐng)域中的意義，闡述系統(tǒng)的建立和工作流程，探究了系留式多旋翼無人機(jī)通信系統(tǒng)的環(huán)境特點(diǎn)，同時(shí)，提出機(jī)載天線選擇的建議。系留無人機(jī)是一種應(yīng)急通信平臺(tái)，能夠很好地解決災(zāi)害期間移動(dòng)通信基站出現(xiàn)癱瘓時(shí)的通信問題。其經(jīng)系留多旋翼無人機(jī)通信系統(tǒng)，搭載很多的通信載荷，包括微型基站、集群微型基站以及自組網(wǎng)電臺(tái)，建立起具有靈活性的通信應(yīng)用配置方式，進(jìn)而迅速為災(zāi)區(qū)核心區(qū)域提供通信服務(wù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]臧英，何新剛，周志艷，等.電動(dòng)多旋翼植保無人機(jī)升力特性綜合測評(píng)方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018（14）：69-77.

[2]吳鵬，王黎陽.系留式多旋翼無人機(jī)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用[J].中國信息化，2018（12）：60-61.

[3]李松煒，陳天福，李麗，等.基于APM飛控技術(shù)系留式共軸雙旋翼無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2019（11）：166-167.

[4]王東生，彭仲仁，李白，等.基于多旋翼無人機(jī)平臺(tái)的大氣PM2.5垂直結(jié)構(gòu)觀測技術(shù)[J].裝備環(huán)境工程，2019（6）：35-40.

[5]盧洪濤，黃毅華，陳玥.系留式無人機(jī)應(yīng)急平臺(tái)搭建及測試[J].廣東通信技術(shù)，2018（12）：13-16.