无人机飞行表演编队的数据链方案介绍
无人机编队一直是无人机开发领域的一个难点,本质上是一个路径规划问题;各无人机要实现一致的队列变换,必须要有实时畅通的通讯方式、精确稳定的控制方法、精准正确的位置估计;需要根据无人机数量配置多基站通讯、基站间的通讯、基站与多无人机的通讯,保证尽量同步,同时互相不干扰。在控制方法上,要保证无人机之间严格的避碰,还要保持队形变换的优美,其中会涉及到空气动力学、自稳控制、集群协作等技术难点。
无人机编队要实现一个地面站控制成百上千台无人机实现集群表演,首先要解决的就是通讯的问题。先看无人机编队上的数据类型:
1、飞控数据,包括上行控制指令和下行飞控数据;
2、RTK数据:移动端的RTK只需要接收RTK修正数据即可,无需发送数据给基站。主流的有2种处理方式:
(1)基站直接通过无线数传广播的形式发送给移动端,这个方案也是目前采用的最多的方式。(2)通过将RTK修正数据通过地面站软件发送给飞控,飞控发送给移动端。这种方式总的来说是比较冗余的,好处来说是可以节约一个数传的成本。
据悉,当前市面上无人机编队的数据链,主要有下面三种方案:
1、采用4G模块方案
4G模块一般只有一个可供数据传输的串口,因此需要加个MCU芯片,一般加STM32芯片。
使用4G模块的优势在于通信简单,4G模块可以有效的解决无人机编队表演组网的问题,因为这个网络已经通过运营商解决了,同时也降低了通信受干扰的问题,通信距离也是有保障的。4G网络有什么缺陷呢?(1)每台4G模块需要配一张SIM卡,SIM卡不方便管理是否正常。(2)经济性太差,单个4G模块的价格在150元左右,还需要考虑4G流量的费用。(3)4G信号的高度太差,一般正常的4G信号高度在离地300米左右就会没有信号。这个高度确实是一个问题,但对于编队表演来说基本是足够使用的。(4)4G模块还有一个问题就是对于基站依赖性特别大,如果某地同时容纳的人数太多(现场手机太多)的话,会导致基站处理不过来,这样会导致4G无法工作。
2、采用P900代替4G模块方案
P900模块只有一个可供数据传输的串口,因此需要加个MCU芯片,一般加STM32芯片。
地面站上需要加一个P900模块。
基站直接通过无线数传广播的形式发送给移动端,需要将P900模块设置成点对多点的模式,根据需要传输的数据量和P900的空中速率,可以大致估算出能同时控制多少架无人机。
该方案比较简洁,单个P900模块的价格在550元左右。
相比第一种方案,缺点就是成本增加很多了。
3、采用Wifi+900HP或SX Pro模块方案
使用WIFI模块的优势在于不用接入互联网,整个飞机都在局域网中,使用大功率基站WIFI的传输距离半径也可达到400米左右,满足编队的应用场景。但是缺点在于2.4G的通信容易受干扰,尤其是近距离情况下容易被遥控器和2.4G的图传设备干扰,不过拉开距离后这个问题得以解决。此外,WIFI通信的距离有限;不过可以通过增加AP数量来解决。总之,采用WIFI模块方案,便携性与经济性都是十分的可观。
900HP或SX Pro模块只有一个可供数据传输的串口,因此需要加个MCU芯片,一般加STM32芯片。
地面站上需要加一个WIFI模块,加一个900HP或SX Pro模块。
基站直接通过无线数传广播的形式发送给移动端,需要将900HP或SX Pro模块设置成点对多点的模式(可以地面端采用SX Pro,机载端采用SX),根据需要传输的数据量和900HP或SX Pro的空中速率,可以大致估算出能同时控制多少架无人机。900HP或SX Pro模块,和P900模块相比,无论传输距离、空中速率等指标,都不占优势,但是成本上很有优势,且对于不是超大型的无人机编队场合,采用900HP或SX Pro模块已经够用了,毕竟相比WIFI模块的传输距离,这二者都是占优势的。
市面上已有公司采用双路数传设计的方式,通过无线和WIFI同时发送RTK修正数据给飞控,飞控解析RTK修正数据后发送给RTK移动站。这样,在任意一路RTK修正数据发送失败的情况下,另外一路的冗余可以保证RTK修正数据能及时的发送给RTK移动站,保障了定位的准确性。
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