盧雨翔，孫宏彪，徐衍德

（國網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西 南昌 330096）

0 引言

在輸電線路巡檢中，無人機(jī)的遙控距離，是構(gòu)建全方位、超視距、多角度的輸電線路立體巡檢體系的重要技術(shù)之一，無人機(jī)飛行距離的遠(yuǎn)近直接影響無人機(jī)巡檢效率和巡檢質(zhì)量，但現(xiàn)有無人機(jī)的實(shí)際飛行距離未達(dá)到《架空輸電線路無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)》（Q/GDW11385—2015）中“距地面高度40 m時(shí)圖傳（圖像傳輸）距離不小于2 km”的要求?，F(xiàn)提出一種增強(qiáng)無人機(jī)遙控器信號(hào)的方法，提高無人機(jī)飛行距離，提升超視距飛行時(shí)圖像傳輸系統(tǒng)的清晰度和穩(wěn)定性。

1 多旋翼無人機(jī)巡檢現(xiàn)狀

無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是通過遙控設(shè)備與之相連，控制無人機(jī)的起飛、飛行、懸停、降落等動(dòng)作，另外，部分型號(hào)無人機(jī)的遙控設(shè)備也參與控制無人機(jī)的圖像傳輸系統(tǒng)。因此，遙控設(shè)備可以說是整個(gè)無人機(jī)巡檢系統(tǒng)中最重要的組成部分。

按照《架空輸電線路無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)》的規(guī)定，輸電線路小型無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的通訊要求應(yīng)滿足“距地面高度40 m時(shí)圖傳（圖像傳輸）距離不小于2 km；圖傳延時(shí)≤300 ms”的要求，而在無人機(jī)遙控設(shè)備的說明書中，也明確遙控設(shè)備的范圍在5 km左右。但是在500 kV輸電線路中，受電磁干擾、氣象環(huán)境和地形地貌等因素的影響[1]，部分無人機(jī)圖傳遙控距離在超過500 m后，地面站顯示屏上就開始出現(xiàn)“雪花點(diǎn)”，甚至無法通過圖傳系統(tǒng)準(zhǔn)確判斷桿塔位置。在超過1 km后，無人機(jī)的控制也開始出現(xiàn)遲滯，操作人員的操作指令要1到2 s后才能在地面控制站中顯示。日常巡檢的實(shí)際遙控距離與理論值相差甚遠(yuǎn)將造成以下幾個(gè)問題。

1.1 威脅無人機(jī)的安全飛行

無人機(jī)通過遙控器發(fā)出的指令開展巡檢時(shí)，操作人員通常采用超視距的飛行方式，通過地面顯控單元查看無人機(jī)實(shí)時(shí)傳回的圖像，對(duì)掛點(diǎn)、金具、導(dǎo)線、絕緣子等設(shè)備進(jìn)行精益化巡視，巡視時(shí)通常距離鐵塔1至5 m[2]。若此時(shí)遙控設(shè)備出現(xiàn)信號(hào)波動(dòng)，操作人員將無法根據(jù)實(shí)時(shí)情況準(zhǔn)確判斷無人機(jī)狀態(tài)，嚴(yán)重威脅無人機(jī)的安全飛行。

1.2 無人機(jī)的飛行距離受到限制

江西湖泊較多，部分線路處于湖泊地帶，巡視人員無法靠近開展巡檢，此時(shí)必定要進(jìn)行長距離飛行，而遙控信號(hào)隨著距離增加逐漸減弱造成飛行距離受到限制[3]。

1.3 圖像質(zhì)量低下，導(dǎo)致巡視質(zhì)量下降

由于圖像傳輸系統(tǒng)的好壞直接影響到無人機(jī)巡檢質(zhì)量。但由于圖像傳輸系統(tǒng)受到電磁干擾影響嚴(yán)重，導(dǎo)致無人機(jī)飛行距離在超過一定距離后就難以清晰的看到無人機(jī)拍攝的圖像，這不僅與圖傳的理論傳輸距離相距甚遠(yuǎn)，也極大的危害了無人機(jī)的安全飛行。

2 多旋翼無人機(jī)遙控信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)研究方向

針對(duì)目前輸電線路無人機(jī)巡檢中實(shí)際遙控距離與理論值相差大的問題，以遙控器信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，研究提高遙控器功率的方法，提高無人機(jī)遙控實(shí)際距離，提高圖像傳輸系統(tǒng)質(zhì)量，保證超視距飛行的安全性，進(jìn)一步適用于輸電線路日常巡檢要求[4]，著重開展以下需求研究。

2.1 遙控設(shè)備增程技術(shù)研究

改變遙控設(shè)備天線，增加遙控器功率，提高遙控設(shè)備的抗電磁干擾的能力[5]，采用TIME DIVISION DUPLEX（TDD）技術(shù)、線性功放和圓極化天線技術(shù)，在安全可控的前提下，提高無人機(jī)飛行距離和圖像傳輸距離。

2.2 遙控器設(shè)計(jì)研究

在原有遙控設(shè)備上增加增程裝置，因此，需對(duì)遙控設(shè)備的天線部分進(jìn)行改造，重新對(duì)遙控設(shè)備設(shè)計(jì)調(diào)整。無人機(jī)增程后，遙控設(shè)備功率將增加，穩(wěn)定的供電是對(duì)遙控設(shè)備的重要保障。

3 多旋翼無人機(jī)遙控信號(hào)增強(qiáng)裝置設(shè)計(jì)

通過研究無人機(jī)遙控設(shè)備的信號(hào)增強(qiáng)裝置，并將該裝置與現(xiàn)有遙控設(shè)備結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在超過2 km的超視距飛行中，圖像傳輸信號(hào)和遙控信號(hào)小于300 ms的延遲，滿足《架空輸電線路無人機(jī)巡檢作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》[6]的要求，基于這個(gè)目的，對(duì)以下內(nèi)容開展研究。

3.1 TDD（TIME DIVISION DUPLEX）技術(shù)

選擇移動(dòng)通訊中常用的TDD技術(shù)的原因之一是可以高效靈活地利用所有可用帶寬，另外，針對(duì)在圖像傳輸、無人機(jī)指令控制的應(yīng)用時(shí)上下行鏈路傳輸容量的要求不同，采用TDD方案可動(dòng)態(tài)分配上下行鏈路的容量，實(shí)現(xiàn)資源分配的靈活性；最后，由于上下行鏈路使用相同的頻率，上下行鏈路的一致性較好。在對(duì)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射功率進(jìn)行控制時(shí)，可以用開環(huán)功率控制來取代較為復(fù)雜的閉環(huán)功率控制。

3.2 線性功放設(shè)計(jì)

功率放大器作為最接近遙控設(shè)備天線的重要器件，是無線通信系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的組件，其線性度和效率非常重要。由于現(xiàn)代通信的信號(hào)調(diào)制方式導(dǎo)致信號(hào)峰均比越來越高，使系統(tǒng)的效率降低，還有功率放大器本身固有的非線性特性，所以要提高功率放大器的工作效率和線性度。傳統(tǒng)的功率回退法雖然可以提高功率放大器的線性度，但是其效率也會(huì)降低。因此需要采用適用的線性化技術(shù)，既可以提高功率放大器的線性度又可以保證效率。

3.3 圓極化天線設(shè)計(jì)

大多數(shù)普通天線都采用線極化方式，當(dāng)收信天線的極化方向與線極化方向一致（電場方向）時(shí)，感應(yīng)出的信號(hào)最大（電磁波在極化方向上投影最大）。隨著收信天線的極化方向與線極化方向偏離越來越多時(shí)，感應(yīng)出的信號(hào)越小（投影不斷減?。?，當(dāng)收信天線的極化方向與線極化方向正交場方向）時(shí)，感應(yīng)出的信號(hào)為零（投影為零）。線極化方式對(duì)天線的方向要求較高，而對(duì)于圓極化，無論收信天線的極化方向如何，感應(yīng)出的信號(hào)都是相同的，不會(huì)有什么差別。所以采用圓極化方式，使得系統(tǒng)對(duì)天線的方位敏感性降低。

3.4 遙控設(shè)備結(jié)構(gòu)與電源設(shè)計(jì)

由于無人機(jī)增程技術(shù)的應(yīng)用，涉及到在現(xiàn)有遙控設(shè)備上增加增程裝置，因此遙控設(shè)備天線將重新安裝，另外，天線功率的增大，必定造成遙控設(shè)備原有的電池容量不滿足續(xù)航能力要求，采用在增程裝置上增加電池管理模塊，實(shí)現(xiàn)在續(xù)航方面遙控信號(hào)放大裝置與無人機(jī)操控互不影響。

4 結(jié)語

隨著無人機(jī)的應(yīng)用頻率逐漸提高，無人機(jī)在輸電線路巡視中的地位也日益提高，但目前巡檢采用的無人機(jī)實(shí)際飛行距離有限，在面對(duì)湖泊中的鐵塔等極端情況下將顯得捉襟見肘，而無人機(jī)增程技術(shù)的應(yīng)用研究不僅解決了無人機(jī)長距離飛行的控制問題，還提高了圖像傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這對(duì)無人機(jī)超視距飛行提供了極大的保證，進(jìn)一步提高了輸電線路的安全管控水平。