系留式多旋翼無人機在應急通信中的應用研究

高沖

摘 要：在生活中，發生自然災害是無法避免的，這會不同程度地影響通信設施，甚至破壞通信設施，從而阻礙災后救援工作的順利實施。為了及時解決災區環境下的通信問題，構建穩定可靠、具有較快反應速度的應急通信系統尤為關鍵，借助此應急通信系統可以更好地開展救援工作。運用系留式多旋翼無人機搭載微基站進行區域通信組網，可以有效地解決這一問題，文章將主要對系留式多旋翼無人機在應急通信中的應用情況進行分析。

關鍵詞：系留式;多旋翼無人機;應急通信;應用

在自然生態環境變化無常的情況下，地震、水災、泥石流等自然災害的發生已越發頻繁，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設施。傳統的單一形成通信技術已經不能順應當今社會復雜多樣的搶險救災需求，也不利于推動救援工作順利實施。所以，需要積極建立起響應迅速和穩定可靠的應急通信系統。系留式多旋翼無人機的優勢較多，主要包括組網快捷、性能穩定、自動化程度較高等，將其應用到應急通信中，效果理想。

1? ? 運用背景分析

應急突發事件是一種具有不確定性的事件，主要的表現就是時間不確定、地點不確定、造成的影響不確定等。有效處理應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，各種通信方式也會出現差異性的系統容量、通信距離、構建成本以及組網度等。例如，對于衛星通信系統而言，只有具備專門的通信設備才可以應用，受眾面是相對較窄的，而以往傳統的公眾移動通信網、公眾傳媒網絡在較短的時間之內，不能達到迅速有效修復的目標。所以，通過合理結合以上兩種方式，把地面通信、衛星通信的特點結合起來，采取無人機空中平臺，建立起應急通信系統，可以產生更好的應用效果。

2? ? 無人機應急通信方案

救災的場景通常都是復雜多樣的，甚至面臨著各種危險。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，就需要切實應用好各種各樣的通信手段，諸如有線通信、無線通信、衛星等，可以于空中以最快的速度建立起應急通信通道，并且科學地采取無人機搭載通信設備，讓無線自組網在抗險救災實踐中科學運用并發揮出應有的成效。系留式多旋翼無人機應急系統示意圖如圖1所示。

無人機應急通信的構成部分主要包括5個方面，即無人機、小型ATV、微型基站、線纜、發電機等。在出現災害的情況下，搶險人員通過駕駛小型ATV到達災害發生地的臨近部位，無人機駕駛員通過控制無人機，讓其能夠在車上進行自動升起和降落。在設置成自動飛行模式時，可以實現無人機追隨小型ATV汽車的目標，二者同步進行，而且可以靜止懸停，隨時轉變跟隨的姿態。無人機上搭載微型基站，微型基站經光纜連接最近的宿主基站，這樣可以讓有線通信信號靈活地轉換到無線通信信號，讓信號涉及更大范圍，擴大覆蓋面。在災害現場并無宿主基站的情況下，需要運用衛星通信舉措，對通信信號進行接收。無人機和搭載設備的全部所需電源均是通過地面發電機獲得的，連接方式為電力線，全天候、持續性滯空。

3? ? 系留式多旋翼無人機特點及其應用于應急通信中的方法

系留式多旋翼無人機的優勢特點較多，主要表現是其具有更加快捷的組網速度、穩定可靠的性能以及較高的現代化自動化程度，具備先進的技術手段等。系留式多旋翼無人機的機身材料主要是碳纖維復合材料，翼展軸距是1 550 mm，可以進行全自動形式的導航駕駛飛行，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，能夠抵抗五級大風，定點懸停精度是0.5 m。系留式多旋翼無人機以LTE800M組網的過程中，因800 MHz信號具有較高的繞射能力，同時存在典型的覆蓋性能，微基站能夠產生較大的覆蓋面積，最大是25 km，所以，系統帶寬10 M組網時，能夠同時為超過5 000個手機用戶提供相應的即時通信服務，這樣就能滿足覆蓋面更廣闊的、容量更大的應急通信需求。

選用系留式多旋翼無人機具有重要的應用價值，主要是通過3個重要的技術特點進行選用。首先，系留式多旋翼無人機的懸停能力是相對穩定的。多旋翼無人機可以經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，讓多旋翼飛行器處在一種穩定的飛行環境下，而且這一特征屬于多旋翼無人機飛行中特殊的優點部分。其擁有的懸停能力是非常穩定可靠的，但是，也會因無人機自身的因素產生影響，諸如供電系統的重量、負荷、系留纜等，所以，無人機懸停高度一般是在100 m之內為宜。其次，系留式多旋翼無人機可以在空中較長時間的滯留。系留式多旋翼無人機運用到系留供電舉措，通過地面發電機，經系留電纜展開持續性的供電，一方面能夠將蓄電池的重量降低，另一方面可以使得無人機處于飛行懸停的環境中，而且是長時間、不間斷地維持該狀態。最后，系留式多旋翼無人機的電磁兼容能力較強。多旋翼無人機的動力系統、系留供電系統以及電力系統能形成電磁輻射，可以采取相應的技術手段，諸如屏蔽技術、布線技術、接地技術和濾波技術等，將電磁輻射對通信系統的干擾進行削弱，而且使得飛行環節不會對微基站的性能構成負面影響。

無人機高空基站系統通信系統中，無人機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。當前應急通信系統內，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，即無方向性，通常波瓣寬度越小，則產生的增益越大。全向天線應用距離近，具有較大的覆蓋范圍，而且價格便宜，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，會產生的增益越大。定向天線在具有較遠的通信距離、較小的覆蓋范圍以及較高頻率利用率的環境中進行應用。因無人機自身具有良好的移動能力，能夠在目標區域快速實施部署，加之險情區域的用戶分布存在不確定性，所以，此應用系統采用全向天線，將信號朝著很多角度進行輻射，達到各方位用戶同等接入能力。在應用無人機應急通信系統時，應該重點運用好關鍵技術，主要包括超輕型光電復合系留纜技術、系留供電條件下飛行安全保障技術以及輕型大功率通信載荷技術等。

4? ? 結語

文章主要分析了系留式多旋翼無人機運用到應急通信領域中的意義，闡述系統的建立和工作流程，探究了系留式多旋翼無人機通信系統的環境特點，同時，提出機載天線選擇的建議。系留無人機是一種應急通信平臺，能夠很好地解決災害期間移動通信基站出現癱瘓時的通信問題。其經系留多旋翼無人機通信系統，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電臺，建立起具有靈活性的通信應用配置方式，進而迅速為災區核心區域提供通信服務。

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