主頁（http://www.130131.com）：天樞系留無人機及典型載荷應(yīng)用概述

隨著科技的發(fā)展,更多的應(yīng)用場景為了達(dá)到更好的效果由地面向空中拓展,系留無人機系統(tǒng)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(wù),為了實現(xiàn)應(yīng)用需要搭配各種負(fù)載,例如光電攝像頭、通信基站等等。下面就關(guān)于系留平臺和負(fù)載的配合做個簡要論述,以饗讀者。

1 系統(tǒng)概述

天樞A6是一種通過線纜連接地面供電系統(tǒng)來獲取能源的系留多旋翼無人機設(shè)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?qū)崿F(xiàn)長時間不間斷的空中懸停,如圖1所示。

天樞A6系統(tǒng)由無人機、系留線纜、系留綜合控制箱、發(fā)電機、地面站、RTK基站、遙控器、工具箱等部分組成。

圖1 天樞A6

2 系統(tǒng)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(wěn)定性好,100m高空穩(wěn)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(hù)、信號中斷保護(hù)等保護(hù)模式

平臺適應(yīng)性強,地面固定、車載、艦載應(yīng)用均可

3 系統(tǒng)功能

通過地面發(fā)電機進(jìn)行供電,可不間斷滯空

該單元可用車輛載運

通過地面站設(shè)置高度并實現(xiàn)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(xiàn)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(hù)、控制失聯(lián)自動降落保護(hù)。

4 系統(tǒng)性能參數(shù)

表2 天樞A6系統(tǒng)性能參數(shù)表

5 系統(tǒng)設(shè)備清單

天樞A6系留無人機系統(tǒng)設(shè)備清單如表2所示。

表2 天樞A6系統(tǒng)清單

6 典型載荷應(yīng)用

系留無人機基于其長時間不間斷留空的能力,可發(fā)揮“移動瞭望塔”、“移動信號塔”的作用,搭載光電吊艙、相機、雷達(dá)、基站、電臺、天線等光電設(shè)備載荷和通信設(shè)備載荷載荷長時間懸停于空中執(zhí)行各類任務(wù)。

6.1掛載光電設(shè)備載荷

系留無人機掛載光電設(shè)備載荷可對地面進(jìn)行居高臨下的長時間、多角度、大范圍監(jiān)控,由于無人機是高空監(jiān)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(biāo)區(qū)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(shè)備種類形式多樣,包括以下典型設(shè)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(dá):偵察雷達(dá)、成像雷達(dá)等;

如圖2所示是系留無人機掛載光電載荷的一種典型應(yīng)用,主要包含無人機升空平臺和地面系統(tǒng)兩大部分:

無人機升空平臺:多旋翼無人機平臺、光電吊艙設(shè)備(亦可掛載雷達(dá)、相機等其它光電設(shè)備);

地面系統(tǒng):系留綜合控制箱、發(fā)電機、地面站、遙控器、吊艙地面控制設(shè)備。

圖2 系留無人機光電吊艙監(jiān)控系統(tǒng)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(jìn)行監(jiān)測,并將得到的圖像信息通過系留線纜中的光纖傳輸?shù)降孛孳囕v內(nèi)部的監(jiān)控操作席位上,同時也可通過光纖將監(jiān)控操作席位對無人機和吊艙的控制指令發(fā)送到空中平臺上,實現(xiàn)視頻和數(shù)據(jù)的空地雙向交互。同時,根據(jù)需要還可以通過機載或地面通信設(shè)備,將監(jiān)控信息傳輸至后方的監(jiān)視指控中心,并根據(jù)監(jiān)視指控中心的命令對無人機和吊艙進(jìn)行操作。

輕型光電吊艙是專為系留無人機設(shè)計研發(fā)的一款用于低空觀測的高精度光電吊艙設(shè)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(yuǎn)、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(wěn)定平臺,體積小、重量輕、精度高

穩(wěn)定精度優(yōu)于50μrad

雙系統(tǒng)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(biāo)選用,質(zhì)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(biāo)進(jìn)行搜索、監(jiān)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(jìn)行穩(wěn)定的功能(二軸穩(wěn)定);

可進(jìn)行在線零位校準(zhǔn)、零漂修正等維護(hù)操作;

可實現(xiàn)搭載光電設(shè)備的調(diào)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(tǒng)外設(shè)備發(fā)出的指令信息。

光電吊艙的主要技術(shù)指標(biāo)如下表3所示:

表3 光電吊艙技術(shù)參數(shù)

基于系留無人機平臺的光電監(jiān)控系統(tǒng)是系留無人機平臺與光電設(shè)備深度結(jié)合的應(yīng)用,具有高效、不受空間和地形制約、觀察角度多樣、響應(yīng)快速等特點,可以取得傳統(tǒng)手段無法獲得的巨大功效,可廣泛應(yīng)用于公共安全、反恐、邊防、消防、戰(zhàn)車和艦船視距擴展等領(lǐng)域。

6.2掛載通信設(shè)備載荷

系留無人機可自由搭載自組網(wǎng)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(yīng)用配置方式,在核心區(qū)域快速開通通信服務(wù),在后方指揮中心、現(xiàn)場指揮部與前方任務(wù)隊伍間形成超短波通信和寬帶視頻通信的大區(qū)域覆蓋應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò),可提供語音、視頻等應(yīng)急通信保障服務(wù),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(shè)計、使用簡單、支持分布式組網(wǎng)通信等特點,可廣泛應(yīng)用于應(yīng)急通信各領(lǐng)域。

傳統(tǒng)應(yīng)急通信車雖然在某些場景下能滿足一定范圍內(nèi)區(qū)域的應(yīng)急通信需求,但由于一般的應(yīng)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(tǒng)應(yīng)急通信車,系留無人機應(yīng)急通信系統(tǒng)即使架設(shè)位置相同,但由于通信設(shè)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(fù)、空降等方式架設(shè)于應(yīng)急通信車輛無法到達(dá)的區(qū)域內(nèi)部,通過鏈路構(gòu)成通信中繼節(jié)點。

典型的系留無人機應(yīng)急通信系統(tǒng)如圖4所示,主要包含無人機升空平臺和地面系統(tǒng)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(shè)備);

地面系統(tǒng):系留綜合控制箱、發(fā)電機、地面站、遙控器、地面通信終端、地面通信核心網(wǎng)(用于管理LTE基站)設(shè)備。

圖4 系留無人機應(yīng)急通信系統(tǒng)組成

系留無人機應(yīng)急通信系統(tǒng)的作業(yè)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(yīng)急通信模式如圖4所示,即掛載機載LTE基站設(shè)備的系留無人機快速升空后與遠(yuǎn)端連接各通信設(shè)備終端建立通信連接,然后將從各終端獲取的信息經(jīng)系留線纜中的光纖傳輸?shù)降孛娴暮诵木W(wǎng)設(shè)備,最終在屏幕上顯示。

2)空空中繼

空空中繼應(yīng)急通信模式如圖5所示,即一輛應(yīng)急通信車上掛載了機載LTE基站的系留無人機負(fù)責(zé)從遠(yuǎn)端終端處獲取信息,然后將這些信息從空中經(jīng)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(jīng)系留線纜中的光纖傳輸?shù)杰囕d內(nèi)部的核心網(wǎng)設(shè)備,根據(jù)需要還可經(jīng)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(yīng)急通信覆蓋。

圖5 系留無人機應(yīng)急通信系統(tǒng)空地覆蓋--空空中繼工作模式

系留無人機應(yīng)急通信系統(tǒng)中的通信設(shè)備主要包括機載端LTE基站和地面的核心網(wǎng)、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(wǎng)

圖6 通信設(shè)備

機載LTE基站

機載LTE基站采用一體化設(shè)計,具備體積小,集成度高,大容量和低功耗等特點,IP65的防護(hù)等級滿足室內(nèi)和室外不同環(huán)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(wǎng)。

配置簡單,維護(hù)方便

LTE基站產(chǎn)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(hù)成本,可以進(jìn)行靈活的配置。

節(jié)能設(shè)計,綠色環(huán)保

采用高效功放技術(shù):Digital Pre-distortion(DPD)+Doherty技術(shù)大幅提高功放效率,降低設(shè)備功耗。同時,采用被動式散熱設(shè)計大幅節(jié)省耗電,無噪音,適合于不同場景安裝。

SDR架構(gòu)

采用SDR架構(gòu),同一套硬件即支持無線接入網(wǎng),又支持無線自組網(wǎng),僅更換軟件版本即可實現(xiàn)。

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(wǎng)模式下:最大支持下行100Mbps,上行100Mbps,雙向同傳110Mbps,最大支持32節(jié)點,8個鄰居節(jié)點;

2×30W的發(fā)射功率和貼近天線安裝能進(jìn)一步改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

遠(yuǎn)覆蓋

由于設(shè)備發(fā)射功率大,靈敏度高,因此在視距節(jié)點間,自組網(wǎng)模式下,覆蓋范圍很遠(yuǎn),外場海面實際測試雙向速率35Mbps@55km。

機載LTE基站的技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4 機載LTE基站技術(shù)指標(biāo)

CPE終端

CPE是一種新型的無線終端接入設(shè)備,設(shè)備安裝方式靈活,大量應(yīng)用于農(nóng)村,城鎮(zhèn),醫(yī)院,單位,工廠,小區(qū)等無線網(wǎng)絡(luò)接入,節(jié)省鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的費用。CPE對上無線接口采用TD-LTE技術(shù),對下實現(xiàn)以太網(wǎng)口及WIFI無線接口,可構(gòu)建小型局域網(wǎng)供網(wǎng)內(nèi)用戶進(jìn)行高速接入,實現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)等功能;使用WEB網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程管理。

系統(tǒng)中所采用的CPE設(shè)備ZY-XL-TC204如圖6(b)所示,可以采用不同的安裝配件,實現(xiàn)壁掛式安裝及抱桿式安裝。抱桿安裝時可以根據(jù)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(shù)指標(biāo)如下表5所示:

表5 CPE終端設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

核心網(wǎng)設(shè)備

核心網(wǎng)設(shè)備用于管理LTE基站,主要提供交換、鑒權(quán)、用戶管理等功能,本系統(tǒng)中采用的核心網(wǎng)設(shè)備如圖6(c)所示,其硬件采用工業(yè)級計算機硬件,滿足各特種行業(yè)惡劣工作環(huán)境要求,2U高的尺寸適合車載、小容量環(huán)境使用。

地面核心網(wǎng)主要技術(shù)指標(biāo)如下表6所示:

表6 核心網(wǎng)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

系留無人機應(yīng)用在應(yīng)急通信領(lǐng)域,具有快速部署、輕便靈活、起降環(huán)境要求低、響應(yīng)快速等特點,能實現(xiàn)大范圍快速、可靠、低廉的寬帶通信,在突發(fā)自然災(zāi)害、通信基礎(chǔ)設(shè)施受到破壞、通信環(huán)境惡劣等條件下,其應(yīng)急通信能力優(yōu)勢明顯,可以取得傳統(tǒng)手段無法獲得的巨大功效。