基于WLAN 技術的無人機監控系統研究

◎張瀚文 賈雪

一、研究背景

最近幾年，隨著微電子、導航、控制和無線通信技術的持續發展，可以十分充足利用無人機（uav）飛行速度快，拍攝面積更大，更直觀，更耐用等優點，大大降低了勞動強度，提升了經濟發展強度，災難預防、最開始大多用于軍事領域的無人機（uav）已經開始在小型化和低成本的方向發展民用化，主要分為：農產品保護，防止火災的發生、災難的及時救援、檢測環境、新聞報道，交通巡邏等領域都有廣泛的應用，產生了良好的經濟收益和社會效益。基于相關文獻與團隊實踐的相互關聯，筆者主要采用目前具有獨立巡航功能的無人機，結合監控系統，通過定時與效驗，進行區域巡航與實時監控。基于無人機WLAN 監控系統，研究了一種更廣泛、更高效的區域監控網絡。

二、研究內容

第一部分是無人機遠程中繼設備分布的建立。通過建立WIFI 中繼節點，可以把控制和圖像傳輸距離至少增加到10KM左右，通過WLAN 和GPS 的相互幫助，實現更精確的定位。目前無人機圖像傳輸的主流采用數字圖像傳輸技術與模擬信號傳輸技術。模擬圖像傳輸具有低成本、沒有延續時間、工作距離較遠等優點，頻率干擾相同，而缺點則是圖像質量較差。數字圖像傳輸技術包括OFDM 技術、WiFi 技術等，通過2.4g 或5.8g 的數字信號傳輸視頻。它具有抗干擾能力強、圖像質量較高、可靠性高和圖像時延低等優點。最近幾年以來，國家無線電總局一直在跟蹤無人機行業的發展。為了調節頻率的無人機（uav），工業和工信部發布通知的頻率使用無人機（uav）系統在2015年，計劃使用840.5 mhz ～845 mhz、1430 mhz ～1444 mhz和2408 mhz ～2440 mhz 三級頻率為無人機（uav）系統，并積極致力于持續發展無人機行業的健康、有序發展。常見的圖像傳輸信號大多分布在328 MHz～334 MHz、1200 MHz、2400 MHz 等頻段。本項目無人機采用2.4ghz WIFI 高清數字圖像傳輸，控制和通信半徑3.85km，通信協議支持高達720P、30FPS 視頻傳輸，自主的視覺系統與避障算法可設置自動巡航對準。因為熱點的地址是固定的，所以根據熱點的地址來定位地址。利用飛行器的GPS 模塊，便可以實現更精確的定位。夜間巡航監控可以選用靈敏度較高的頭部設備，可以對相對較暗的區域進行清晰的監控和拍攝。

第二部分是無人機巡航航線的設計與設置。依據監控區域的監控盲區，定義并標識具體的路由設置。在地圖上設計一條可以覆蓋盡可能多的監控視野盲區的巡航路線，通過多次試驗確定合適的監控與巡邏高度，還可以解決測向等幾個技術難題和高程測量信號，還有相關弱信號的檢驗和處理增益的提高，自動引導定位和鎮壓，許多關鍵技術突破，實現了遠程控制無人機的快速遠距離搜索、識別、定位與跟蹤的圖像傳輸信號，探測距離可以超過8 公里。在無人機實際檢測偵查活動中，相關系統與裝備取得了良好的實戰效果。無人機具有快速檢測、精確定位和有效控制還有靈活布置等優點，我們現在也可以利用無人機的相關系統實現對原有監控設備系統的不斷熟悉和改進。

第三部分：區域分割的飛機、巡航控制、監測時間，還有設置相應的無人機自動起飛巡航巡邏與返回，監控室人員通過巡邏的實時圖像，根據實時情況進行適當規范的操作，并根據無人機（uav）航程的程度及時更換電池，備用容量可達20%以上。根據不同的要求，無人機的尺寸、重量、高度和距離也是各不相同。為了更好監控無人機的飛行，在無人機的設計過程中，通過創新的優化設計，根據無人機的飛行高度和距離，增加不同的無線通信設備。無人機的檢測手段主要包括雷達、光電和無線電監控，而對于無人機的手段主要包括對其遙控信號和GPS 信號的干擾抑制，以及對其控制鏈路的調控。為了實現對無人機的有效監控，往往需要各種技術手段才能發揮各自的優勢，才能相互配合。由于無人機需要無線電波進行遠程控制和數據傳輸，無線監測便成為了無人機監測的主要手段。本文以四旋翼飛行器為研究對象，研究隨著無人機飛行技術和機器視覺技術的發展，無人機巡邏技術逐漸應用于各個領域。固定翼無人機是常規巡邏中常用的無人機，其巡航速度90-250km/h，可采用手動或自動巡航方式，機動性好。然而，固定翼無人機只能進行單向巡航，不能懸停。四旋翼無人機是直升機的變形，動力來源是由數個螺旋翼提供。而且因其其模型較小、所需空間小、可以懸停在空中等特點，在巡檢中也得到了廣泛的應用。但是，四旋翼無人機也存在質量輕、在大風環境下運行不穩定的缺點。無人直升機能夠利用程序控制自動控制飛行，同時依靠螺旋槳提供的動力，可實現直接起降、懸停攝影。在同步傳圖和巡航試飛過程中，還可以發現問題，糾正不足，改進飛行程序，記錄數據，與多次飛行結果進行相互比較，不斷改善，持續進步。我們還可以增設長途巡航試飛中繼站，實時圖像傳輸，記錄多個數據，進行數據對比，進一步完善飛行巡航監控系統

三、結論

該系統充分利用無人機巡檢飛行速度較快、拍攝范圍廣、拍攝圖像直觀、工作持續時間長等優點，大大提高了巡檢工作的工作效率和管理水平。所設計的無人機地面站監控系統能夠通過實時通信實現有效的控制，全面保障巡邏無人機飛行時的安全，從而達到電力巡邏的技術要求，實現對變電站周邊環境的有效監控。消費型無人機是在無線電監管機構建立了相當數量的固定監測站，配備相應的移動檢測車輛、移動監測站和便攜式監測設備的背景下，首次將無人機應用于航空攝影和偵察領域的新嘗試。無人機的自動化操作使其在監測物業與小區方面具有新的應用方向。隨著無線通信技術的飛速發展和互聯網的飛速發展，采集實時動態圖像與壓縮和遠程無線傳輸技術已成為無線通信和計算機領域的一個重要研究課題。基于無線通信網絡的無線監控技術則很好地滿足了這一研究需求。基于WLAN 技術的無人機監控系統的研究在無線電干擾的調查與相應處理、重大活動的安全保障和對突發事件進行相應的處理等方面具有重要的作用。值得關注的是，當技術設施建設達到新水平時，無線電監測能力便會明顯提高。然而，目前的技術設施仍然難以有效處理無人機的探測、控制和定位需求。