卢洪涛;黄毅华;陈玥
【摘 要】描述运营商在系留式多旋翼无人驾驶飞机的基础上,搭载多种应急通信设备和辅助设备,结合地面传输和动力设备,搭建系留式无人机应急平台.重点分析了飞行平台选取和搭载设备,对设备进行现场测试,验证了平台的性能、功能和可靠性. 【期刊名称】《广东通信技术》
【年(卷),期】玻璃杯生产设备2018(038)012
【总页数】5页(P13-16,20)
【关键词】系留式无人机应急平台;测试;运营商
【作 者】卢洪涛;黄毅华;陈玥
【作者单位】中国电信股份有限公司广东研究院;中国电信股份有限公司广州研究院;中国电信集团
【正文语种】中 文
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1 引言
通信运营商承担着保障国家应急通信的责任，目前国内三大主流通信运营商都组建了应急通信保障队伍，准备应急通信装备，其中包括应急通信车，车辆安装有升降桅杆安装应急通信天线，实现应急场景下的移动通信覆盖桅杆的最大升降高度为15米。受限于桅杆高度，应急通信车的覆盖范围也受限。如能使用高度更高的平台安放和天线，可以有效提高覆盖范围。本文针对空中平台等多项技术进行对比分析，提出使用系留式无人机的技术方案搭建无人机应急平台，对该平台进行测试。
2 应急通信对飞行平台的要求
应急通信对飞行平台的要求包括几个方面，（1）续航时长长：由于应急通信场景的需要，续航时间越长越好，基本要求是需要在20小时以上；（2）快速反应：由于应急通信事件的突发性，需要在出现突发情况时在尽量短的时间开始运作；（3）运输便利：由于应急事件发生的地点不确定性，需要在短时间内将设备运输的突发事件发生地点；（4）搭载设备 多：由于应急通信需求的复杂性，需要平台有较大起飞重量，可以搭载多种应急通信设备；（5）具备悬停能力；（6）经济性好：为减少运营成本，平台运营的经济性也需要考虑。
3 主流飞行平台技术适应性分析
平台的选择可以根据有轻于空气与否分为两大类，轻于空气的平台是气球和飞艇，重于空气的平台是飞机。飞机平台按操控方式可以分为固定翼飞机和旋翼飞机，飞机平台还可以分为有人驾驶飞机和无人驾驶飞机。
气球是没有动力装置的，升空后可随风飘动或根据需要被系留在固定的位置上。而飞艇则装有发动机、螺旋桨等动力装置，且飞行路线可以控制。轻于空气的气球和飞艇又称为浮空器，系留式浮空器是由缆绳拴系固定的浮空器，依靠气囊内的气体产生的浮力、气动升力、整体的重力以及缆绳的拉力处于动态平衡的状态，若用综合缆绳代替普通缆绳还可以进行信号传输和用电供给，使得系留浮空器可以在空中特定范围内实现定高度、长时间驻留。pst168
将无人驾驶飞机和系留综合缆绳结合起来实现系留式无人驾驶飞机，系留式无人驾驶飞机通过综合缆绳传输电能和信号，其结构大小、制作材料可以根据应用需求来设计不会受到较大限制，且机动性能强。
电厂脱硫滤布4 飞行平台技术适应性分析
从应急通信的需求进行分析，从第一个条件续航时长来判断，有人驾驶飞机和飞艇由于考虑驾驶员的因素，续航时长受限，气球和无人驾驶飞机均可以满足续航时长长的要求。采用系留技术，将电动力通过复合系留电缆从地面送至在一定高度的无人驾驶飞机，理论是续航时长可以超过24小时甚至更长。从第二个因素考虑，飞艇和气球需要在使用前充入比空气轻的大量气体，可以是惰性气体或者氢气。氢气由于存在危险性，一般使用的是惰性气体。充气需要大量的准备时间，从反应速度上来看，不是一个好的选择。固定翼飞机和旋翼飞机中，固定翼飞机需要跑道滑行起飞和降落，需要有合适的场地。旋翼飞机的起降条件限制最少，可以在平整场地垂直起飞和降落，反应时间最短。第三个因素分析，飞艇和气球如果需要达到一定的载荷，体积方面必然需要大体积，在运输方面会受限。固定翼飞机和旋翼飞机，在运输方式上面相对比较便利。第四个因素中，理论上每种平台均可以
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实现大载荷，但是在目前建造水平下相同的载荷，气球和飞艇的结构更简单。第五个因素中，固定翼飞机无法实现垂直悬停，气球、飞艇和旋翼飞机均可实现垂直悬停。最后的经济性因素，气球和飞艇所需的惰性气体，目前无法回收，每一次使用的成本都很高。固定翼飞机和旋翼飞机采用油或电作为动力。电动力的经济性更好，使用更方便，可维修性更佳。
从以上多个因素分析，采用无人驾驶系留式旋翼飞机比较适合搭建空中平台。旋翼飞机包括直升机和多旋翼机，多旋翼飞机和直升飞机相比，具有结构简单，操纵便利，可靠性高，造价低，后勤维护难度低的特点，目前市场上缺乏系留式技术的无人直升机。综上所述，无人驾驶系留式多旋翼飞机是现阶段合理选择。
5 系留式无人机平台搭载设备
根据应急通信的需求，搭载在系留式无人机平台（下文简称平台）上的设备，可以实现移动通信网络覆盖、空中无线中继、图像采集、应急照明、应急喊话等功能。为实现上述功能，需要搭载相应的设备。如图1所示是平台搭载移动通信RRU的示意图。
图1 平台搭载RRU组网示意图
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5.1 平台搭载一体化应急覆盖测试组网
平台搭载小型化-TDD-LTE，设备内置全向天线，双发双收，支持2 600 MHz频段。设备可独立组网或接入大网，支持有线网口/光口和LTE中继接入。平台通过光电复合线缆从地面获得源源不断的电力供应，同时通过光电复合线缆中的光纤进行通信传输。信号经过地面起降平台传送至核心网，图2和图3分布为一体化和组网图。
5.2 平台搭载RRU设备组网
图2 一体化
图3 平台搭载一体化组网图
图4 RRU设备
图5 平台搭载RRU组网图
平台搭载FDD-LTERRU，设备内置定向天线，双发双收，支持2 100 MHz频段。平台搭载RRU设备升空，通过光电复合线缆从地面获得源源不断的电力供应，同时通过光电复
合线缆中的光纤进行通信传输。信号经过地面起降平台传送至地面光电站，随后信号从地面光电站经地面BBU设备接入核心网。图4和图5分别为RRU设备和组网图。
5.3 平台搭载自组网电台组网
平台搭载自组网电台，设备可外接天线，支持1.0～5 GHz，340～470 MHz频段。使用直流12～14 V供电。可以组成16个电台的自组织、自愈合的网状网络。平台搭载的自组网电台可以与地面多个自组网电台组网，传输语音、数据。图6和图7分别是自组网电台和组网图。
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