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無人機(jī)整機(jī)
無人機(jī)配件
無人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具隨著科技的發(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(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)、系留線纜、系留綜合控制箱、發(fā)電機(jī)、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(qiáng)，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(jī)進(jìn)行供電，可不間斷滯空
該單元可用車輛載運(yùn)
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(jī)運(yùn)動
自動飛行模式時，可實現(xiàn)無人機(jī)自動懸停和車輛自動跟隨
車輛靜止時，無人機(jī)自動懸停在車輛上方
車輛運(yùn)動時，無人機(jī)自主跟隨車輛運(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)、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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)：傾斜相機(jī)、高速相機(jī)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(jī)掛載光電載荷的一種典型應(yīng)用，主要包含無人機(jī)升空平臺和地面系統(tǒng)兩大部分：
無人機(jī)升空平臺：多旋翼無人機(jī)平臺、光電吊艙設(shè)備（亦可掛載雷達(dá)、相機(jī)等其它光電設(shè)備）；
地面系統(tǒng)：系留綜合控制箱、發(fā)電機(jī)、地面站、遙控器、吊艙地面控制設(shè)備。
圖2 系留無人機(jī)光電吊艙監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
通過在系留無人機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)和吊艙進(jìn)行操作。
輕型光電吊艙是專為系留無人機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)、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(yùn)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(jī)平臺的光電監(jiān)控系統(tǒng)是系留無人機(jī)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(kuò)展等領(lǐng)域。
6.2 掛載通信設(shè)備載荷
系留無人機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)如圖4所示，主要包含無人機(jī)升空平臺和地面系統(tǒng)兩大部分：
無人機(jī)升空平臺：多旋翼無人機(jī)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(jī)、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(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)組成
系留無人機(jī)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(jī)載LTE基站設(shè)備的系留無人機(jī)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(jī)載LTE基站的系留無人機(jī)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(jī)載LTE基站的第二架系留無人機(jī)，第二架系留無人機(jī)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(jī)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(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)中的通信設(shè)備主要包括機(jī)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(jī)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(jī)載LTE基站
機(jī)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(yùn)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(jī)載LTE基站的技術(shù)指標(biāo)如表4所示。
表4 機(jī)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(fèi)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(jī)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(jī)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。
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