超远距离无人机操控
教学对象:无人机爱好者
每一位想获得一架航拍无人机的同学应该都幻想过这样一个画面:在一个阳光明媚的周末,你操控着自己的无人机来到好友家的小区,一番摸索后锁定了他房间的窗户,随即给好友拨通电话,“我在你窗外呢,快看!”摄像头记录下朋友惊喜的表情成为了你们美好的回忆。
但是,当真正操控无人机时才发现,在城市内仅有1km左右的操控距离使这些成为了泡影。今天我们就技术层面来学习一下如何使无人机能进行远距离飞行吧~
(无人机操控距离)
首先我们要知道,“飞不远”是受限于无人机的信号传输距离。目前主流的航拍无人机信号传输分成两个部分,分别是:图传(图像传输)和数传(数据传输)。
图像传输
图像传输用于单向接收无人机画面传输到控制端(例如:无人机遥控器、手机APP直连、地面站),其中,图传又有三种形式。
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1)Wifi图传:一些手机APP和电脑程序可以通过无线局域网直接连接无人机进行操控和图像传输。这种形式的图传基于wifi的协议,优点是成本低;缺点是延迟较高、信号可传输距离较短,一旦出现Wifi图传中断,重新连接需要花费30-60s的时间。常用于入门级无人机,比如晓Spark和Mavic Air。
2)专用数字图传:例如大疆专门研发的Lightbridge、OcuSync等。优点是延迟相对Wifi图传更低、断线重连的时间更短约10s以内。甚至可以支持多设备互联,同时连接两个遥控器。缺点是成本更高。
3)模拟图传:缺点是画面比较柔和,清晰度不及数字图传和Wifi图传。优点是即使当达到最大传输距离时,模拟图传只会将画面的质量降低,增加噪点,距离越远,噪点越多。这种技术一般用在竞赛领域,例如穿越机竞速FPV眼镜。而数字图传和Wifi图传一旦达到距离极限,首先会丢帧,之后画面会直接黑屏。
((模拟图传画面VS数字图传画面)
(当模拟图传遇到干扰时)
数据传输
数据传输可以将无人机的姿态、位置、高度等信息进行天空端(无人机)与地面端(遥控器、移动设备、地面站)的传输。
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我国工信部根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及我国频谱使用情况,无人驾驶航空器系统规定频段如下:840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz。
2408-2440MHz频段可作为无人驾驶航空器系统上行遥控(上行:操控指令传输给无人机)、下行遥测(下行遥测:无人机将自己的飞行信息传输给操控设备,此部分不包含图像传输)与信息传输链路(图像传输)的备份频段。相关无线电台站在该频段工作时不得对其他合法无线电业务造成影响,也不能寻求无线电干扰保护。
市面上以大疆产品为居多,这里简单讲讲,大疆的数据传输通常为2.4Ghz,也就是约2400Mhz。此工作频段位广泛应用于家用及商用领域。干扰信号源非常多,如Wi-Fi、蓝牙及ZigBee等,很多地方干扰严重,而在机场、高楼林立的CBD、人群聚集的地方、高压线、手机基站,铁塔、铁矿、深水码头、远离海岸的水面等地方传输距离非常近。
因此如何才能进行超远距离传输呢?
(5G无人机通讯传输解决方案)
事实上,无人机可以像手机一样与附近的通讯基站进行连接,现在市面上常采用混合图传模式,即以数字图传为主,当遇到信号弱的情况下,无缝切换至4G/5G基站信号,当数字图传信号恢复后,再次切换回来。
(4G无人机图传原理)
(4G无人机图传)
如此立竿见影提高操控距离的部件,为什么现在才出现呢?之所以4G图传模块没有大面积普及主要有以下几个原因:
信号的覆盖
4G基站的信号工作高度通常是覆盖100M以下,没有向天空发射信号的情况,因此,当无人机高于100M以上后就会出现信号弱的情况,这与常规的信号弱,提高飞行高度的飞行习惯相悖。
基站的切换
当从一个基站切换到另一个基站的过程中,一旦需要1-5s的卡顿,当高速飞行或紧贴障碍物飞行时仍有很多危险。
电池续航
无人机当前的电池续航时间通常为40分钟内,为保证返航电量,20km以上的距离目前阶段是不现实的。同时增加了4G传输模块会增大电量消耗,进一步减少续航时间。
显然,随着5G基站的不断铺设以及电池技术的发展和进步,无缝切换、超低延迟、电池续航这三大问题的解决,超远距离无人机操控也不再是梦想。
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课堂小问题
上期答案:A、B
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制作:徐哲颖
审核:马 昕
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