龍文彪

摘? ?要：系留多旋翼無人機是將普通多旋翼無人機與地面電源綜合起來的一種新型無人機系統(tǒng)，有限解決了航時短的問題，越來越多地應用于通信、偵察及監(jiān)控領(lǐng)域。本文總結(jié)了系留多旋翼無人機的系統(tǒng)組成、性能優(yōu)點及在通信和軍事偵察方面的應用，系留多旋翼無人機在未來將發(fā)揮更大應用價值。

關(guān)鍵詞：系留多旋翼? 無人機? 通信中繼? 偵查監(jiān)控

中圖分類號：E926.3;E96? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0057-02

1? 引言

多旋翼無人機具有定點懸停、垂直起降、操控簡單、成本低等優(yōu)點，成為一款性能優(yōu)異的空中平臺，同時多旋翼無人機起降不受地形地貌及地面交通的影響，使用范圍廣，在民用及軍用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。然而，多旋翼無人機受電池技術(shù)水平的限制，續(xù)航時間較短，大大限制了其應用范圍。系留多旋翼無人機采用地面供電，實現(xiàn)無人機連續(xù)不間斷飛行，很好的解決了航時短這一問題。

系留多旋翼無人機是一種新型的無人機系統(tǒng)，將系留綜合線纜與多旋翼無人機結(jié)合起來，無人機飛行過程中，采用地面電源直接供電，供電設(shè)備通過導線為無人機傳輸電能從而轉(zhuǎn)變了機載鋰電池供電模式，使得無人機不受電能限制，可長時間在空中懸停[1]。根據(jù)應用場景和工作環(huán)境的不同，地面綜合線纜系統(tǒng)可固定在不同的位置，系留無人機分為地面固定式、艦載移動式和車載移動式三種。

系留多旋翼無人機解決了普通多旋翼續(xù)航時間短的問題，并且可廣泛地應用于應急救災、無線電監(jiān)控、軍事通信等領(lǐng)域，成為無人機未來發(fā)展的一大趨勢，現(xiàn)階段國內(nèi)外科研機構(gòu)及無人機廠商紛紛投入到系留多旋翼無人機的研發(fā)之中。

2? 系留多旋翼無人機系統(tǒng)組成

系留無人機系統(tǒng)與普通多旋翼系統(tǒng)的區(qū)別在于飛行器平臺系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，飛行器平臺系統(tǒng)作為空中設(shè)備的搭載平臺，搭載任務載荷到目標區(qū)域上空用于通信中繼或執(zhí)行偵察等任務。與普通多旋翼不同，系留多旋翼無人機長時間在空中懸停需要考慮恒風或突風的影響，在風場中懸停時，實際上相當于平臺在向來風方向做平面飛行，因此系留多旋翼無人機設(shè)計時需要綜合考慮氣動外形和動力設(shè)計。

系留無人機與普通多旋翼無人機最大的區(qū)別在于供電系統(tǒng)的不同，系留多旋翼懸停高度一般為100m或200m，因此從地面到達平臺供電需要經(jīng)過一定的傳輸距離，為減少電能的消耗，一般采用高壓供電方式，減小輸送電流。系留多旋翼無人機供電系統(tǒng)包括地面電源、地面升壓模塊、系留線纜及機載降壓模塊及機載應急電池等，地面電源可為地面電池組、發(fā)電機或市電，地面電源經(jīng)地面升壓模塊轉(zhuǎn)換至300～400V高壓，經(jīng)系留線纜進行高壓電能傳輸至機載降壓模塊，機載降壓模塊再將高壓電降至一定低壓為飛機和機載電子設(shè)備供電。

系留線纜為復合光纖電纜，不僅用于傳輸動力電源還用于傳輸平臺電子設(shè)備的光電信號。系留線纜一般由一根動力線、兩根光纖、及增強單元組成，增強單元為系留線纜的承力元件，一般由軟質(zhì)纖維絞制而成，可用于減緩外力沖擊對內(nèi)部線纜的影響。線纜要求具有輕的結(jié)構(gòu)重量，以減輕平臺升力，增加升空高度，提高使用效能。

系留多旋翼通常配備有機載應急電池，用于防止地面供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時無人機可平穩(wěn)降落。機載應急電池與地面供電系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)計，供電時可根據(jù)需求進行相互轉(zhuǎn)換：（1）當機載應急電池與地面供電系統(tǒng)都正常時，優(yōu)先使用地面供電系統(tǒng)供電;（2）當?shù)孛婀╇娤到y(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可迅速轉(zhuǎn)換至機載應急電池供電;（3）當?shù)孛婀╇娤到y(tǒng)恢復正常時，無人機系統(tǒng)又可快速切換回地面供電系統(tǒng)供電。而當?shù)孛婀╇娤到y(tǒng)超過2min不能恢復時，無人機可依靠機載應急電池安全降落，為保證系留無人機系統(tǒng)安全，機載應急電池通常設(shè)計有足夠的余量。

3? 系留多旋翼無人機特點

（1）與普通多旋翼無人機相比，系留多旋翼無人機具有長時間的滯空能力，采用系留線纜供電方式，可持續(xù)進行供電，減少了機載電池重量，保證了無人機全天24h的飛行能力。

（2）相比其他飛行器，系留多旋翼安全性高，無人機可固定懸停在某一監(jiān)控區(qū)域，懸停高度不會超過200m，不會對其他飛行器造成飛行安全隱患，再者起降環(huán)境要求低，不需要專門的機場跑道，超低空應用無須空域申報或空域協(xié)調(diào);同時無人機長時間的系留，不需要操作手進行頻繁的操作，減少了操作失誤帶來的安全隱患。

（3）相比固定翼無人機，系留多旋翼具有穩(wěn)定的懸停能力，這是多旋翼無人機飛行具有的獨特優(yōu)勢，系留多旋翼無人機通過慣性測量元件對三維角速度、三維加速度及三維速度的狀態(tài)進行測量使多旋翼無人機進行穩(wěn)定的懸停。

（4）系留多旋翼無人機具有良好的電磁兼容能力，多旋翼無人機飛行過程中電機、電調(diào)、機載降壓模塊、大電流線纜等都會產(chǎn)生電磁輻射，通過布線技術(shù)、濾波技術(shù)、接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)等降低電磁輻射對通信系統(tǒng)的干擾。

（5）系留多旋翼無人機具有超強的掛載能力，可掛載晝夜光電偵察設(shè)備、無線電偵察設(shè)備及通信中繼設(shè)備等，可滿足不同的使用環(huán)境需求。

（6）與直升機相比，系留多旋翼無人機具有結(jié)構(gòu)簡單、升降操縱方便、體積小、重量輕、噪音小、可靠性高等優(yōu)點。與直升機不同，系留多旋翼無人機飛行原理簡單，不需要復雜的零部件和機械結(jié)構(gòu)，對零部件的磨損較小，安全性和可靠性得到提升。

4? 系留多旋翼無人機的應用

（1）系留多旋翼無人機在通信中的應用。

通常情況下無線電波可看做直線傳播，而受地形地貌的影響，直線傳播的無線電波會受到障礙物的阻擋，因此無線通信設(shè)備的天線高度成為影響無線通信覆蓋范圍的重要因素，對于在山區(qū)及高樓林立的地形環(huán)境下通信設(shè)備天線的高度成為制約通信質(zhì)量的首要因素。系留多旋翼無人機作為通信中繼平臺將通信設(shè)備升高至一定高度，將非視距傳播信道改變?yōu)橐暰鄠鞑バ诺溃瑥亩岣咄ㄐ啪嚯x和改善覆蓋范圍[2]。

地震等自然災害發(fā)生時，往往會造成通信設(shè)備的癱瘓，給救援工作帶來極大的不便，傳統(tǒng)解決通信問題往往是搭建臨時的通信基站，而受天線高度的影響服務范圍有限，難以快速全面快速地展開救援工作。系留多旋翼無人機作為搭載平臺搭載微型基站、集群微型基站及自組網(wǎng)平臺等多種通信設(shè)備飛抵受災區(qū)上空，作為通信中繼提供應急通信服務[3]。相比于傳統(tǒng)臨時通信基站，通過系留多旋翼無人機搭建的應急通信基站具有覆蓋范圍廣、成本低、安全可靠等優(yōu)點，可快速實現(xiàn)與災區(qū)取得聯(lián)系。

（2）系留多旋翼無人機在軍事偵察監(jiān)控中的應用。

現(xiàn)階段局部沖突、邊境摩擦問題依然存在，安保與反恐問題越來越受到國家的重視，更多的國家將系留多旋翼無人機應用于軍事偵察和要地監(jiān)控。將攜帶不同載荷的系留多旋翼無人機部署在邊境地區(qū)或重點防范區(qū)域，可以對目標進行全天候、不間斷的監(jiān)控，防范惡性事件的發(fā)生，系留多旋翼無人機同樣可以作為武器的安裝平臺，當監(jiān)控目標中發(fā)現(xiàn)敵對分子時對目標實施精確打擊。

5? 結(jié)語

系留多旋翼無人機作為一種新型的無人機系統(tǒng)，突破了普通多旋翼無人機續(xù)航時間短的問題，越來越多地應用于軍事和民用領(lǐng)域。本文介紹了系留多旋翼無人機的系統(tǒng)組成，對系留多旋翼無人機的性能優(yōu)點進行了總結(jié)，最后介紹了其在通信和軍事偵察中的應用，系留多旋翼無人機由于其獨特的性能優(yōu)點，未來在各個領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更大的應用價值。

參考文獻

[1] 王鋒，逯振坤，周國慶，等.系留多旋翼無人機技術(shù)進展及設(shè)計方法研究[J].機械工程師，2019（4）：68-72，75.

[2] 付松源.系留多旋翼無人機及其在戰(zhàn)術(shù)通信中的應用[J].電子技術(shù)應用，2018，44（4）：14-17，22.

[3] 吳侹.系留多旋翼無人機通信系統(tǒng)在應急救災通信中的應用[J].移動通信，2016，40（15）：68-71.