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无人机自组网 你不知道的都在这里

2021年05月11日 17:18全球无人机网点击量:178

  随着无人机技术的蓬勃发展,无人机目前已广泛应用于农业、巡检、安防、救援等多个领域。现阶段运用最广泛的是用单架无人机的执行任务,由于这种方式是单机作业,如果任务的作业面积比较大,无人机需要多次往返,甚至多次转场才能完全覆盖任务区域,耗时较长、效率还是相对比较低;有些地方受制于地形因素限制无人机和地面控制站的通信等诸方面的限制,无人机还无法到达作业区域,影响任务展开区域。
 
  相比单架无人机存在的这些问题,无人机自组网系统在解决上述问题时候,具有诸多优势,例如:
 
  多无人机相互协作完成对任务环境的感知,通过自组网技术实现多无人机之间的信息的快速传递共享,完成对任务区域的大范围监测当视距通信陷入盲区时候,可以通过多机中继实现无死角覆盖无人机群系统不依赖于单独的个体,当部分个体离开或加入群系统时,整个群系统仍具有一定的完整性,可继续执行任务等
 
  无人机自组网的概念
 
  无人机自组网是由无人机担当网络节点组成的具有任意性、临时性和自治性网络拓扑的动态自组织网络系统。作为网络节点,每架无人机都配备移动自组网络通信模块,既具有路由功能,又具有报文转发功能,可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。每架无人机在该网络中兼具任务节点和中继节点两种功能:作为任务节点,可在地面控制站或其他无人机的指令控制下执行任务意图;作为中继节点,可根据网络的路由策略和路由表参与路由维护和分组转发工作。
 
  无人机自组网系统构成
 
  无人机自组网系统包括一个地面控制站节点和若干个无人机节点。其结构图如图1所示,图中1个地面控制站与4架无人机构成1个无人机自组网。在无人机自组网络中,由于无线传输距离限制或地形限制,无人机间的路由有时需要多个网段组成。如图1所示,无人机节点C和地面控制站无法直接通信,但可以通过节点D和地面控制站以地面控制站路由进行通信,或通过节点A、B和地面控制站以地面控制站路由进行通信。

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图1 无人机自组网结构

 
  无人机自组网方案特点
 
  无人机自组网除具有独立组网、自组织、动态拓扑、无约束移动、多跳路由等一般自组网网络本身的技术特点以外,还具有以下的任务使用特点。
 
  1. 适用于复杂地形、非视距应用
 
  单架无人机容易受到地形或其他环境影响,无法实现无人机和地面的实时通信。但无人机自组网中每个无人机都可作为中继机,可以实现复杂地形下和非视距的应用。
 
  2. 适用于远距离作业覆盖由于地球曲率影响,无线电视距传播受到极大的影响,再加上基站周围地形因素的影响,往往通信距离小于50km。当使用无人机自组网通信链路时,离基站最近的无人机除了承担任务机的角色以外,还承担着中继机的角色。当加入中继功能后,数据链的通信距离范围可以增加到150-200km,免去了无人机往返作业及转场的次数,提高了任务效率。
 
  3. 抗干扰能力强
 
  自组网网络使所有无人机集群间不再是简单的链式结构,即使在链中的任何环节出现故障,无人机整个系统也不会瘫痪,这就意味着无人机系统的抗干扰能力得到了大幅提高。
 
  4. 智能化程度高
 
  无人机自组网能够及时感知网络变化,自动配置或重构网络,保证数据链路的实时连通,具有高度的自治性和自适应能力。另外,无人机自组网可以实现信息共享,能够将所接受的信息进行处理,并自主决策,实现执行任务智能化。
 
  5. 功能多样
 
  无人机自组网后就具有所有终端的功能,各无人机优势互补、分工协作,形成有机整体,获得比单机更好的执行任务效果。
 
  6. 多路高清数据传输
 
  一次任务可实现多次传统任务效果。如图2、图3所示,此任务以无人机环境保护监测为例,由于环境监测面积较大,采用四架无人机同时进行环境保护作业,地面与无人机控制距离达到50km,无人机与无人机最大控制距离达到150km,四架无人机可同时采集FHD视频并实时回传至地面站。若发现环境异常等情况,可派遣多架无人机前往现场上空进行多角度数据采集,同时可避免数据链因地形复杂、山体遮挡造成失联的情况发生。

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图2 网络拓扑结构 

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图3 多机实时任务信息回传

 
  行业应用
 
  1. 安防行业应用
 
  防地域范围较大,单架无人机监视范围小,无人机需要多次往返,甚至多次转场才能完全覆盖任务区域,耗时较长、效率低;当无人机出现故障时会影响任务。运用无人机自组网,一次可以完成大面积的监视任务,发现问题时可以使用多架无人机不同角度的去监视;一架无人机出现故障时不会影响执行任务。
 
  2. 应急搜救行业应用
 
  在山区人工搜救时,有些地势和环境复杂,单架无人机执行任务时,会出现数据链遮挡影响无人机与地面站的通信的问题。运用无人机自组网,每个无人机都可作为中继机,不会出现数据链遮挡的问题,如图4所示。

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图4 自组网模式应急搜救

 
  3. 物探行业应用
 
  航空物探需要飞行器长时间进行低空飞行以达到精准的勘探效果,而低空飞行受地球曲率影响无法实现较大的飞行半径。自组网模式则很好地解决了这个问题,通过一架或多架无人机中继桥接,实现了低空长距离勘探。
 
  4. 环保行业应用
 
  环境监测使用无人机自组网,可以根据任务来增减无人机组网数,当环保监测面积较小时可以使用一两架无人机去执行任务;当环保监测面积较大时可以用多架无人机执行任务,可以灵活、高效的完成任务。
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