北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)的應(yīng)用

□ 文/王博

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)的應(yīng)用

□ 文/王博

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在測(cè)繪、漁業(yè)、交通運(yùn)輸、電信、水利、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，已產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效。最近兩年，隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的崛起，我國(guó)自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)的應(yīng)用也取得了令人矚目的成就。

無(wú)人機(jī)技術(shù)概況

無(wú)人機(jī)已經(jīng)是耳熟能詳?shù)募夹g(shù)。無(wú)人駕駛飛機(jī)是在1908年開(kāi)始，從第一架問(wèn)世至今已經(jīng)有一百多年的歷史。隨著技術(shù)進(jìn)步和戰(zhàn)爭(zhēng)需求，無(wú)人機(jī)已經(jīng)逐漸發(fā)展為世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家國(guó)防裝備中的重要組成部分。在中國(guó)，無(wú)人機(jī)的發(fā)展近幾年來(lái)尤其引人注目，比如利用自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)芯片的兩款旋翼無(wú)人機(jī)和可以垂直起降的無(wú)人機(jī)，后一款無(wú)人機(jī)已經(jīng)在青藏高原6300米做了飛行，飛行的效果非常好，也非常穩(wěn)定。

同時(shí)，由于無(wú)人機(jī)與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在民用領(lǐng)域也得到了廣泛地使用。無(wú)人機(jī)在航拍、電力巡檢、地質(zhì)勘探、農(nóng)林植保、油路管路巡查、高速公路事故管理、森林防火巡查等等都得到了非常廣泛的應(yīng)用。

北斗導(dǎo)航在無(wú)人機(jī)使用的特點(diǎn)

對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)講，定位以及相應(yīng)的應(yīng)急通信是非常關(guān)鍵的技術(shù)，利用北斗對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)講，可以極大地提高精度，同時(shí)利用北斗系統(tǒng)也能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)應(yīng)用通信提供更為廣泛的覆蓋范圍以及更強(qiáng)的可靠性。

1、提供實(shí)時(shí)精確位置信息并進(jìn)行導(dǎo)航定位。

可以利用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，為無(wú)人機(jī)提供實(shí)時(shí)的厘米級(jí)位置信息并進(jìn)行導(dǎo)航定位。為無(wú)人機(jī)提供位置信息是北斗的首要任務(wù)，基于北斗的地基增強(qiáng)系統(tǒng)的精準(zhǔn)定位功能和數(shù)字化地圖庫(kù)配合可在電子地圖上標(biāo)注出無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)位置和相應(yīng)時(shí)間。

2、顯著提高無(wú)人機(jī)導(dǎo)航的可靠性。

兼容北斗的多模衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠顯著提高無(wú)人機(jī)導(dǎo)航的可靠性，因?yàn)槔帽倍稧PS等多模衛(wèi)星導(dǎo)航芯片和模組，能夠同時(shí)搜尋并利用多顆導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)，使得在視衛(wèi)星數(shù)量從單一GPS系統(tǒng)的10顆左右提升到20余顆，極大的提高了衛(wèi)星導(dǎo)航定位的可靠性。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在某些原來(lái)GPS信號(hào)較差的區(qū)域，北斗無(wú)人機(jī)能能保持良好的衛(wèi)星定位效果。

3、利用北斗短報(bào)文功能增強(qiáng)無(wú)人機(jī)處理突發(fā)事件能力。

若無(wú)人機(jī)出現(xiàn)意外，需要緊急迫降來(lái)搜尋無(wú)人機(jī)時(shí)，這時(shí)候搜尋比較困難，所以利用北斗系統(tǒng)以后可以設(shè)置一些專(zhuān)用指令，使得無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候，即使在沒(méi)有移動(dòng)通信信號(hào)的區(qū)域，也可以通過(guò)北斗短報(bào)文進(jìn)行搜救和維修。

4、加強(qiáng)人機(jī)信息交流。

利用北斗導(dǎo)航，可加強(qiáng)地面人員設(shè)備與無(wú)人機(jī)的信息交流，提高對(duì)無(wú)人機(jī)的測(cè)控能力。地面站可通過(guò)北斗衛(wèi)星向無(wú)人機(jī)發(fā)送遙控指令，當(dāng)無(wú)人機(jī)飛出地面測(cè)控范圍內(nèi)，北斗可作為備用測(cè)控通信技術(shù)。

北斗+無(wú)人機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

北斗加無(wú)人機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)移動(dòng)定位接受系統(tǒng)兩部分組成，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取北斗衛(wèi)星信號(hào)和RTK差分定位信息，為無(wú)人機(jī)飛行作業(yè)提供高精準(zhǔn)定位支持，并支持接入CORS系統(tǒng)，來(lái)獲取更為可靠的定位精度。同時(shí)這一系統(tǒng)還可以為無(wú)人機(jī)制定飛行作業(yè)方案，為飛機(jī)規(guī)劃飛行路線(xiàn)，提高自動(dòng)化作業(yè)能力，有效提高作業(yè)效率。

還有一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)就是短報(bào)文功能，因?yàn)樵陔娏ρ簿€(xiàn)、油氣管道巡檢等領(lǐng)域中，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)遇到一個(gè)突出問(wèn)題就是山區(qū)地形遮擋造成的視距測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈經(jīng)常性中斷，因此可以采取北斗系統(tǒng)雙向通信功能，比如在無(wú)人機(jī)上配備北斗收發(fā)系統(tǒng)，能夠利用非常小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在復(fù)雜地形條件下的可靠測(cè)控，同時(shí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)還可以利用北斗終端進(jìn)行應(yīng)急搜救，比如說(shuō)森林防火應(yīng)用中還可以將無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與北斗森林火情檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合，快速將火場(chǎng)坐標(biāo)、態(tài)勢(shì)等信息通過(guò)北斗終端發(fā)往前線(xiàn)滅火部隊(duì)及后臺(tái)指揮部。

總結(jié)一下，北斗加無(wú)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)可以分為五個(gè)部分，首先是定位精度高，基于北斗高精度GNSS接收機(jī)及天線(xiàn)，支持北斗、GPS、GLONASS三系統(tǒng)定位。第二是作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高。第三是作業(yè)范圍廣。第四是控制自動(dòng)化。第五是應(yīng)用性通信，利用北斗短報(bào)文通信，可以擴(kuò)展無(wú)人機(jī)的應(yīng)急通信功能。

北斗+無(wú)人機(jī)的行業(yè)應(yīng)用

行業(yè)應(yīng)用可以說(shuō)是無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)揮其最大價(jià)值的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)講，不管是消費(fèi)級(jí)的應(yīng)用還是專(zhuān)業(yè)級(jí)應(yīng)用，當(dāng)他們與具體的行業(yè)結(jié)合在一起的時(shí)候，就出現(xiàn)更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域以及更加深入的應(yīng)用范圍。比如說(shuō)在農(nóng)業(yè)植保的應(yīng)用，可以非常方便的設(shè)置作業(yè)軌跡，進(jìn)行自動(dòng)飛行控制作業(yè)，提高作業(yè)精度和效率。因?yàn)樵?013年農(nóng)業(yè)部出臺(tái)了關(guān)于加快推進(jìn)現(xiàn)代植物保護(hù)體系建設(shè)的意見(jiàn)，鼓勵(lì)有條件地區(qū)發(fā)展無(wú)人機(jī)防治病蟲(chóng)害的功能，所以可以預(yù)計(jì)在今后的三到五年之內(nèi)，無(wú)人機(jī)的農(nóng)業(yè)植保市場(chǎng)會(huì)迎來(lái)一個(gè)非常成熟的政策環(huán)境。

在無(wú)人機(jī)航攝方面，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)容易遮擋的情況下，同樣可以提供比較可靠同時(shí)精度比較高的效果。在電力領(lǐng)域尤其是巡線(xiàn)領(lǐng)域，北斗無(wú)人機(jī)也應(yīng)用的范圍比較廣泛。100千米的巡線(xiàn)工作需要20個(gè)人員工作一天才能完成，而一架無(wú)人機(jī)只需要工作三到四個(gè)小時(shí)，并且無(wú)須考慮惡劣環(huán)境的影響。

石油石化方面也需要對(duì)管線(xiàn)進(jìn)行相應(yīng)巡檢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)油氣管道總長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)公里，隨著2014年中俄4000億天然氣供貨合同的簽訂，我國(guó)油氣管道長(zhǎng)度未來(lái)得到可持續(xù)發(fā)展。森林火災(zāi)也是無(wú)人機(jī)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，因?yàn)槔脽o(wú)人機(jī)系統(tǒng)可以將火場(chǎng)坐標(biāo)和態(tài)勢(shì)快速的通過(guò)北斗終端發(fā)送到滅火部隊(duì)以及后方的指揮部。不僅僅是森林火災(zāi)，比如山林搜救、消防搶險(xiǎn)、火災(zāi)水災(zāi)都是需要通信信息來(lái)提供相應(yīng)的保障。

在警用方面，無(wú)人機(jī)也是有廣泛的應(yīng)用，比如說(shuō)交警方面，交通路況檢測(cè)等等都是需要無(wú)人機(jī)大幅度提高交通警察的效率。在特警應(yīng)用上，尤其是反恐行動(dòng)也發(fā)揮著巨大作用。警用無(wú)人機(jī)一般是三個(gè)方面，一種是微型多旋翼無(wú)人機(jī)，還有武器發(fā)射警用無(wú)人機(jī)，長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)。

隨著國(guó)家北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷完善，尤其是今年6月12日第23顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射，加上北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)白皮書(shū)的正式發(fā)布，北斗在無(wú)人機(jī)的應(yīng)用面將越來(lái)越廣泛。