無線技術(shù)應(yīng)用在無人駕駛飛行器

無人駕駛飛行器，尤其是無人機(jī)(UAV)的運(yùn)用進(jìn)一步推高了對無線數(shù)據(jù)的需求，同時也對頻譜的利用起著推動作用。 在國防領(lǐng)域，目前有大量的各類飛行器在役，從Northrop Grumman公司全球鷹等大型平臺到Aerovironment公司大烏鴉無人機(jī)等小型平臺系統(tǒng)，應(yīng)有盡有。 對于這些飛行器來說，無線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信鏈顯然是一個主要要求，業(yè)內(nèi)專門為這些系統(tǒng)制定了波形和標(biāo)準(zhǔn)，包括小型無人機(jī)系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈(SUAS DDL)波形。 借助這樣的波形，不但可以實(shí)現(xiàn)對小型無人機(jī)的控制，更重要的是，還能將機(jī)載傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的數(shù)據(jù)和視頻信息傳到控制器。 利用該網(wǎng)絡(luò)可以更加靈活、更加有效地收集現(xiàn)場情報。 然而，這些平臺功率有限，并且在可用帶寬有限且要求多個系統(tǒng)在同一頻段工作的情況下，它們推高了對通信鏈中所用收發(fā)器的需求。

圖2 AD9361ADF7203S收發(fā)器

盡管國防工業(yè)在無人機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但大量報道顯示，許多商業(yè)系統(tǒng)和運(yùn)營商計劃將來采用無人機(jī)技術(shù)，據(jù)報道，亞馬遜、谷歌等公司正在開發(fā)這些系統(tǒng)。 諸如此類的商業(yè)活動同樣要求無線和安全數(shù)據(jù)鏈。 隨著這一市場領(lǐng)域的發(fā)展，分配頻譜需求將繼續(xù)水漲船高，進(jìn)一步推高對高級通信收發(fā)器的需求。

進(jìn)一步深入航空航天領(lǐng)域，在如今商用飛機(jī)上，無線寬帶通信系統(tǒng)大行其道，如此一來，乘客就可在飛行途中通過WiFi訪問互聯(lián)網(wǎng)。 目前，對這些服務(wù)的需求及其延伸必將延續(xù)下去，大量利用衛(wèi)星通信以在全球?qū)崿F(xiàn)寬帶連接。 除這些發(fā)展動向以外，航空航天市場已開始主動尋求將無線技術(shù)引入一系列其他應(yīng)用領(lǐng)域。 業(yè)內(nèi)已開始主動評估無線傳感器的應(yīng)用價值，以期提高安全性和燃油效率。 通過降低飛機(jī)重量，可以提高燃油效率，為此，對傳感器技術(shù)以及傳感器之間的互聯(lián)選擇也在進(jìn)行嚴(yán)格審核。 在現(xiàn)代高級軍用和商用飛機(jī)中，所用線纜可能多達(dá)100,000條，長度可能超過470米，重量可能高達(dá)of 5,700公斤，這還不包括結(jié)構(gòu)固定點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施和導(dǎo)線，這些可能再增加30%。 雖然用無線傳感器取代所有這些的可能性不大，但由企業(yè)、學(xué)術(shù)界和政府機(jī)構(gòu)成立的合作組織航空航天飛行器系統(tǒng)研究所(AVSI)已著手對這種可能性展開研究。 AVSI成立了一個工作組，專門研究無線航天電子內(nèi)部通信(WAIC)技術(shù)，其目標(biāo)是在不使用電纜和線束的情況下，把多種多樣的飛機(jī)傳感器相互連接起來。

圖3 可能的無線傳感器互聯(lián)系統(tǒng)

盡管在這種應(yīng)用中，無線傳感器無疑會減輕重量，傳感器網(wǎng)絡(luò)還能帶來其他好處，包括可再配置能力，可能還有利于提高安全性，但更重要的可能是，無線傳感器還能快速添加和升級傳感器，無需增加布線和基礎(chǔ)設(shè)施。 對飛機(jī)上更多功能進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整的能力有可能大幅提高效率，因?yàn)榭梢詫?shí)時調(diào)整發(fā)動機(jī)、熱管理系統(tǒng)等組件。 此外，添加設(shè)備健康監(jiān)控和額外的安全監(jiān)控功能以后，可以更加密切地監(jiān)控維修和保養(yǎng)需求，從而及早發(fā)現(xiàn)問題，并更加有效地安排維修工作。 WAIC工作組列出了可能從該技術(shù)受益的多種系統(tǒng)：

● 煙霧檢測

● 油箱/燃料管線

● 近程檢測

● 溫度

● EMI事故探測

● 濕度/腐蝕檢測

● 機(jī)艙壓力

● 緊急照明

● 結(jié)冰探測

● 起落裝置(位置反饋、制動器溫度、胎壓、輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向反饋)

● 飛行控制位置反饋

● 艙門傳感器

● 發(fā)動機(jī)傳感器

● FADEC-飛機(jī)接口

● 飛行數(shù)據(jù)

● 發(fā)動機(jī)預(yù)測

● 飛行甲板和機(jī)艙乘員圖像/視頻(安全相關(guān))

● 航空電子通信總線

● 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控/結(jié)構(gòu)傳感器

● 主動振動控制

在上述多個例子中，為飛機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控功能添加無線通信鏈?zhǔn)请y上加難。 為了切實(shí)有效，許多系統(tǒng)需要用電池供電，并且需要超長時間工作，甚至可能長達(dá)數(shù)年不更換。 要在功率有限的環(huán)境中達(dá)到所需傳感器量，就要采用傳統(tǒng)電池以外的能源。 用能源采集技術(shù)作為替代電源，有利于提高傳感器的靈活性，有利于改善SWaP。