在長距離傳輸中保持穩(wěn)定的高帶寬,維持可靠性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,目前最有效的方法就是將兩個無線網(wǎng)絡(luò)傳播媒介相結(jié)合(例如光和毫米波),二者能補(bǔ)償對方的缺點(diǎn),并且不干涉彼此的信號。對比與那些采用一種信號當(dāng)作基礎(chǔ)主力,另一種信號作為后備支持的無線通訊系統(tǒng),基于這種設(shè)置的網(wǎng)絡(luò),兩種信號的功能需要處于完全相同的位置,以保證即便是在長距離傳輸中,能夠提供光纖級別的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、質(zhì)量和可靠性。那么解決空中基站位移的問題,這里就需要系留無人機(jī)平臺作為高空基站來實(shí)現(xiàn)。
系留無人機(jī)實(shí)現(xiàn)高空基站幾個核心技術(shù):
1、驅(qū)動電機(jī)的功重比。功重比是指電機(jī)輸出功率與電機(jī)自身重量之比,單位是千瓦/千克。根據(jù)旋翼類航空器升力/功率比的經(jīng)驗數(shù)值,每千瓦功率大約產(chǎn)生5~10千克的升力,電機(jī)的功重比低于1千瓦/千克將比較難設(shè)計系統(tǒng)了。在此強(qiáng)調(diào)的是,電機(jī)功率指的是額定功率,而不是最大功率;電機(jī)重量包括電機(jī)和電調(diào)以及為其正常工作的冷卻設(shè)備。系留無人機(jī)作為高空基站必須是長期持續(xù)工作的,不象多旋翼無人機(jī)可短期間歇工作,驅(qū)動電機(jī)是動力的核心部件,一定要工作在額定的功率范圍內(nèi)。
2、高壓供電系統(tǒng)。系留無人機(jī)作為高空基站和多旋翼無人機(jī)最大的區(qū)別在于供電方式不同。從地面向空中的系留旋翼平臺供電必須經(jīng)過一定的輸電距離,采用高壓供電方式可減小輸送電流,從而減少電源損耗,同時可減小傳輸導(dǎo)線的截面積,減輕電源電纜的重量。高壓供電并不是電壓越高越好,而要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)要求綜合考慮。一種方式是,輸電電壓可直接匹配高壓電機(jī),電壓不需轉(zhuǎn)換直接驅(qū)動電機(jī),結(jié)構(gòu)較為簡單。但這種方式要進(jìn)行高壓電機(jī)的設(shè)計,受到電機(jī)電調(diào)大功率高壓控制器件的限制,尤其在成本上難以接受。另一種方式,要在平臺上設(shè)計降壓用的開關(guān)電源,用多旋翼現(xiàn)有低壓電機(jī)驅(qū)動;但開關(guān)電源同樣存在功重比的要求和大功率高壓控制器件的制約,也是要付出一定代價的。
3、系留復(fù)合光纖電纜。系纜除了傳輸動力電源之外,還設(shè)計有光纖以傳輸平臺載電子設(shè)備的光電信號,因此系纜是一種動力/信號復(fù)合纜線。
平臺載電子設(shè)備為減少升空設(shè)備的重量,普遍將天線、發(fā)射機(jī)之外的設(shè)備放在地面,而通過系纜光纖保障平臺與地面設(shè)備之間電子信號的連接。這樣可節(jié)省出平臺升力,增加升空高度,提高升空增益。系纜自身也需要減少重量,目前可采用合金鋁材料作為動力導(dǎo)線,比銅線要輕不少重量。
4、飛行控制功能。系留無人機(jī)平臺主要是在定點(diǎn)周圍懸停,不會有過多復(fù)雜的飛行動作。這看上去比多旋翼的飛控簡單,其實(shí)并非如此。系留旋翼的飛控需要充分考慮系纜對其飛行的影響,尤其是在各種風(fēng)場條件下,系纜隨風(fēng)產(chǎn)生的擺動會使平臺失去控制。民用系留旋翼無人機(jī)至少要達(dá)到恒風(fēng)6級陣風(fēng)8級的要求,才能有實(shí)際使用意義。在6~8級的風(fēng)場中,系纜并沒有固定的運(yùn)動規(guī)律可言,要靠飛控對旋翼平臺控制的魯棒性來調(diào)整,難度是很大的。
5、旋翼平臺氣動力設(shè)計??紤]到系統(tǒng)旋翼平臺要在強(qiáng)風(fēng)場中運(yùn)行,平臺的氣動力設(shè)計就尤其顯得重要。系統(tǒng)旋翼平臺在風(fēng)場中懸停,實(shí)際上相當(dāng)于平臺在沿來風(fēng)方向做平面飛行。6~8級風(fēng)速為10.8~20.7米/秒,相當(dāng)于旋翼平臺要有最高時速不小于75千米的能力。要達(dá)到這樣的時速,固定翼的氣動力設(shè)計較為合理。近期演化出一種垂直起降固定翼無人機(jī),實(shí)際上是多旋翼+固定翼兩套動力系統(tǒng)簡單組合,從無人機(jī)本身效益講并不經(jīng)濟(jì),但能解決特定場合固定翼起降的問題。
垂直起降固定翼的氣動力設(shè)計應(yīng)用于系統(tǒng)旋翼具有較大的優(yōu)勢,系留旋翼由地面供電,能源比較充足;兩套動力系統(tǒng)在強(qiáng)風(fēng)場中各有用途,垂直動力系統(tǒng)保持平臺懸停姿態(tài);水平動力系統(tǒng)使平臺逆風(fēng)飛行;固定翼外形可為平臺產(chǎn)生升力,減輕垂直動力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。系留旋翼無人機(jī)已經(jīng)面臨著廣泛應(yīng)用的階段,但從能夠使用到實(shí)際使用得好還有一些距離,有望業(yè)內(nèi)同行共同努力創(chuàng)新。
目前國內(nèi)首家攻克技術(shù)難關(guān)取得獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的是北京一家叫卓翼智能的公司。卓翼系留無人機(jī)是由地面發(fā)電機(jī)發(fā)電通過系留電纜給無人機(jī)不限時不間斷供電的系留無人機(jī)系統(tǒng)。其中集成了多項重要核心專利,其中的自主知識產(chǎn)權(quán)有系留無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)、高壓動力系統(tǒng)、共軸電機(jī)、自動收放線絞盤系統(tǒng)和自動跟隨系統(tǒng),以及三合一的系留光纖電纜繩在國內(nèi)和國際市場上均具有技術(shù)壟斷優(yōu)勢。系留無人機(jī)高空定點(diǎn)工作平臺可搭載吊艙、基站、相機(jī)和雷達(dá)等,可廣泛適用于救災(zāi)搶險、邊界巡視、基地安全、景區(qū)監(jiān)測、地質(zhì)勘測、野外作業(yè)、森林防火、應(yīng)急通信、公安反恐、交通監(jiān)管、新聞直播、工程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、影視拍攝、科學(xué)研究、國防軍工等多個廣闊領(lǐng)域,未來在生活的其它各個領(lǐng)域也將得到積極應(yīng)用。目前已經(jīng)取得十幾項國家發(fā)明專利,多項自助知識產(chǎn)權(quán)軟件。
該公司技術(shù)團(tuán)隊由北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等知名高校畢業(yè)的博士和碩士組成,擁有多年無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)驗,在視覺導(dǎo)航和精確定位等多個領(lǐng)域擁有國內(nèi)一流的核心技術(shù)。目前,公司已經(jīng)開發(fā)完成了工業(yè)級飛控系統(tǒng)(全自主知識產(chǎn)權(quán)、非開源、實(shí)現(xiàn)自主飛行的核心)、系留無人機(jī)系統(tǒng)、無人直升機(jī)系統(tǒng)、植保無人機(jī)系統(tǒng)等多個產(chǎn)品,并順利成為航天科技集團(tuán)、兵器裝備集團(tuán)、船舶工業(yè)集團(tuán)、電子科技集團(tuán)等研究機(jī)構(gòu)和多家無人機(jī)商業(yè)機(jī)構(gòu)的訂制伙伴和委托研發(fā)伙伴。廣泛適用于救災(zāi)搶險、邊界巡視、基地安全、景區(qū)監(jiān)測、地質(zhì)勘測、野外作業(yè)、森林防火、應(yīng)急通信、公安反恐、交通監(jiān)管、新聞直播、工程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、影視拍攝、科學(xué)研究、國防軍工等多個廣闊領(lǐng)域。