林朝輝

【摘 要】文章主要研究了電網(wǎng)巡檢無人機中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的工作模式。本文從直通模式、地面中繼模式、地面接入模式、地面中繼接入模式、飛機中繼模式五方面出發(fā)對中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的工作狀況進行分析，全面研究了無人飛行器中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)設(shè)計的核心問題。文章對無人機的實用化應(yīng)用具有一定的貢獻性作用。

【關(guān)鍵詞】無人飛行器；中繼數(shù)據(jù)鏈；工作模式；分析

隨著國家電網(wǎng)公司無人機巡檢技術(shù)的逐步深化應(yīng)用，對無人機遠程測控技術(shù)提出了更高的要求。架空輸電線路每條饋線動輒20km以上，巡檢無人機在山區(qū)崇山峻嶺中穿行，數(shù)據(jù)鏈被山體遮擋無法通視的情況難以避免，這就要求建立一套性能可靠的無人機中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。本文針對福建省電網(wǎng)巡檢無人機的實際應(yīng)用經(jīng)驗，提出了幾種無人機中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的工作模式。

1 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的直通模式

針對執(zhí)行巡線任務(wù)的任務(wù)機距離地面測控車比較近，且沒有障礙物遮擋的情況，任務(wù)機可以通過無線鏈路直接與地面車載設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。直通模式工作狀態(tài)示意圖如圖1所示。任務(wù)機和吊艙拍攝到的兩路視頻信號、任務(wù)機遙測數(shù)據(jù)和吊艙狀態(tài)信號經(jīng)過任務(wù)機終端壓縮和調(diào)制等處理后，傳輸?shù)降孛孳囕d終端。地面車載終端的遙控數(shù)據(jù)也直接發(fā)送到任務(wù)機終端，控制任務(wù)機的工作狀態(tài)。

2 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面中繼模式

針對執(zhí)行巡線任務(wù)的任務(wù)機距離地面測控車距離超過直視范圍，或任務(wù)機與地面測控車之間有障礙物阻隔，任務(wù)機無法直接與地面測控車進行數(shù)據(jù)通信的情況，可以通過地面無線終端進行中繼，輔助完成通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸功能。地面中繼模式工作狀態(tài)示意圖如圖2所示。任務(wù)機和吊艙設(shè)備采集到的兩路視頻信號、任務(wù)機遙測信號和吊艙狀態(tài)信號首先通過無線鏈路發(fā)送給地面中繼終端，通過地面中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)給地面測控車載終端；相反，地面測控車的控制指令也通過地面中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機終端，控制任務(wù)機的工作狀態(tài)。

地面中繼模式適用于任務(wù)機剛飛離地面測控車通視距離的情況，可以通過一次地面中繼完成數(shù)據(jù)通信。

3 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面接入模式

針對采取一次地面中繼方案無法完成數(shù)據(jù)通信的情況，可以采取地面接入模式實現(xiàn)任務(wù)機與地面測控車載終端的數(shù)據(jù)通信。地面接入模式工作狀態(tài)示意圖如圖3所示。任務(wù)機和吊艙設(shè)備采集到的兩路視頻信號、任務(wù)機遙測信號和吊艙狀態(tài)信號首先通過無線鏈路發(fā)送給地面接入終端，通過接入終端轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w信號傳輸給地面轉(zhuǎn)發(fā)終端，地面轉(zhuǎn)發(fā)終端最后將信號通過無線鏈路傳送給地面測控車載終端，相反，地面測控車的控制指令也通過地面轉(zhuǎn)發(fā)終端和地面接入終端轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機終端，控制任務(wù)機的工作狀態(tài)。主干網(wǎng)絡(luò)布點主要依托于輸電線路上配置的光纖電纜，在設(shè)有光纖接入裝置地面為主干網(wǎng)布點的支撐平臺。主干網(wǎng)布點主要依據(jù)條件有如下三點：地面地面接入終端作用距離；具備光纖接入裝置地面之間的距離；實際地理環(huán)境條件。

4 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面中繼接入模式

由于山區(qū)地形的不確定性，有時需要采用地面中繼接入工作模式。該模式的工作狀態(tài)示意圖如圖4所示。任務(wù)機和吊艙設(shè)備采集到的兩路視頻信號、任務(wù)機遙測信號和吊艙狀態(tài)信號首先通過地面無線終端中繼、再通過地面接入設(shè)備傳輸?shù)降孛姘l(fā)射終端，最后通過無線鏈路發(fā)送給地面測控車載終端。相反，地面測控車的控制指令也通過地面轉(zhuǎn)發(fā)終端、地面接入終端和地面中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機終端，控制任務(wù)機的工作狀態(tài)。

5 中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的飛機中繼模式

針對僅采用地面中繼或接入的模式無法滿足通信需求的情況，需要在數(shù)據(jù)傳輸鏈路上增加一臺中繼無人飛機。任務(wù)機和吊艙設(shè)備采集到的兩路視頻信號、任務(wù)機遙測信號和吊艙狀態(tài)信號首先通過無線鏈路發(fā)送給中繼機，通過中繼機轉(zhuǎn)發(fā)給地面測控車載終端，相反，地面測控車的控制指令也通過中繼機轉(zhuǎn)發(fā)到任務(wù)機終端，控制任務(wù)機的工作狀態(tài)。由于任務(wù)機為可移動終端，該通信模式的優(yōu)點是可以適用于幾乎所有的工作環(huán)境，彌補地面中繼無法滿足數(shù)據(jù)通信的情況。

6 總結(jié)

為解決無線通訊由于山峰阻擋、多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和輸電線路強電磁干擾等影響，本文設(shè)計了一套通訊中繼數(shù)據(jù)鏈及幾種成熟的應(yīng)用模式，通過建設(shè)地面中繼站，基于空中中繼和光纖相混合的通訊中繼組網(wǎng)方式，能夠有效拓寬無人機巡線的測控距離，滿足超視距復(fù)雜環(huán)境下無人機電力巡線需求。

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