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天通一號數據通信在無人機領域的應用分析與解決方案

時間:2019-11-06 11:01來源:無人機 作者:中國通航

 

大中型無人機,飛行半徑可達幾百公里上千公里,僅依靠地面信號盲區很大,安裝衛星通信系統就尤為重要了,不管飛多遠,都能接收到控制指令。天通一號衛星移動通信系統,是我國自主開發的通信衛星,目前覆蓋整個中國大陸和周邊海洋區域,支持衛星語音電話和短信、窄帶衛星數據傳輸、寬帶衛星數據傳輸三種功能,能夠實現戶外場景的全天候全地域信號覆蓋。天通一號數據傳輸模組成本可低至萬元級別、重量小至1Kg以內,非常適合無人機。

背景:衛星通信的必要性
 
小型無人機,尤其是電動多旋翼無人機,飛行半徑最多幾十公里,靠地面站??鼐妥愎渙?,無需安裝衛星通信系統。
 
而大中型無人機,飛行半徑可達幾百公里上千公里,僅依靠地面信號盲區很大,安裝衛星通信系統就尤為重要了,不管飛多遠,都能接收到控制指令。
 
無人機衛星通信解決方案,天通一號數據模
 
 
近年來,我國大中型無人機發展迅速,民用領域快遞運輸無人機、植保無人機、科考無人機層出不窮。
 
如何選擇衛星數據通信模組?如何在無人機上安裝衛星通信設備?衛星數據通信有什么優勢和劣勢?請聽天通一號網主編一一道來。

天通一號無人機應用:功能和優勢
 
天通一號衛星移動通信系統,是我國自主開發的通信衛星,目前覆蓋整個中國大陸和周邊海洋區域,支持衛星語音電話和短信、窄帶衛星數據傳輸、寬帶衛星數據傳輸三種功能,能夠實現戶外場景的全天候全地域信號覆蓋。
 
天通一號數據傳輸模組成本可低至萬元級別、重量小至1Kg以內,非常適合無人機搭載。
 
相對于其他無人機通信手段,天通一號衛星數據通信有諸多優勢:
 
 
無人機地面站??兀?/div>
 
百瓦級別的??卣咀疃嘧齙?00KM的距離,且地面??厥艿厙蚯視跋?,低空存在盲區,受環境干擾也比較大。而衛星通信不存在距離影響,也不需要那么大功率的??厴枋?。
 
北斗短報文通信:
 
雖然北斗終端價格低廉,但北斗短報文實時性太低(分鐘級),數據量太?。?0字節)。做救援還可以,不適合做無人機???,更不可能做視頻。
 
高通量衛星:
 
傳統ka和ku波段數據通信衛星,體積一般都很龐大,至少要幾十公斤到上百公斤的重量,也遠比天通一號衛星終端貴的多(幾十萬到幾百萬級),適合高端大型軍用無人機,難以在民用中型無人機上普及開。
 
 
 
但天通一號網主編認為,把天通一號用在無人機上,也有一些劣勢:
 
數據速率和網絡延時:
 
天通一號窄帶數據9.6kbps僅滿足控制指令的傳輸、寬帶數據384kpbs僅滿足標清視頻的傳輸,通信速度是比不上寬帶通信衛星的。且因為衛星距離和處理能力,數據鏈路延遲有500mS以上,對于無人機的遠距離實時控制是有一定影響的。
 
可靠性設計需要加強:
 
現有的民用版天通一號衛星數據終端,主要是便攜和車船載為主,如果應用于高空無人機,需要針對性的加強終端防護能力,以適應高海拔超低溫的環境要求。
 
天通一號無人機通信解決方案
 
結合上述優缺點,天通一號網的專家們給出了一些“無人機+天通一號”的解決思路:
 
 
 
地面站+衛星通信結合:
 
近距離操作,尤其是無人機起飛和降落的時候,應當以地面站的控制為主,實時性高、鏈路穩定性高、視頻能力更強。而無人機巡航途中,遠離了地面站的范圍,就啟用衛星數據,確保時刻都能監控到無人機的狀態,以及下發一些控制指令。
 
低成本窄帶方案,用于應急和控制:
 
9.6kbps的天通一號窄帶數據,雖然聽起來很慢,但足以支持無人機狀態回傳和控制指令下發了。窄帶通信勝在性價比極高:窄帶通信模組的價格比寬帶模組便宜了80%以上,天線也無需使用動中通,普通高增益全向天線足以實現窄帶通信,窄帶天線比寬帶天線便宜了95%!
 
窄帶方案很適合快遞物流運輸無人機,只需要知道無人機在哪里,無需看到無人機視頻畫面。
 
寬帶衛星視頻方案,用于遠距離圖傳:
 
對于要求實時遠距離圖像傳輸的無人機,就需要用384kbps的天通一號寬帶數據了。全套需要幾十萬級別,重量可以做到5Kg以下。適合考慮到天通一號流量費用較貴,推薦使用地面站和衛星數據結合的方式,盡量少使用衛星數據,以節約流量費用。
寬帶方案適合科考無人機、森林消防無人機、農業無人機等,需要回傳圖片或視頻的機型。
 
相控陣動中通天線,減輕總體重量:
 
天通一號寬帶數據,全向天線沒有那么高的功率,必須要使用動中通天線,波束時刻指向衛星的方向。傳統車載和船載主要使用機械式動中通天線,但用在機載就顯得太重太大了,十幾公斤的重量放在無人機上很吃力。
天通一號網推薦無人機使用相控陣動中通天線,薄薄一組天線,相控調整波束,無需機械結構,重量僅1-2Kg,能夠盡可能的減小無人機的負擔。
 
 
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