春節(jié)臨近移動電信高空基站啟動系留無人機(jī)應(yīng)對通信高峰

如何來應(yīng)對每年春節(jié)移動通信高峰的擁堵情況？隨著無人機(jī)行業(yè)這幾年的蓬勃發(fā)展，利用智能無人機(jī)搭建高空基站的方法，成為解決通信高峰的一個最佳的解決方案。那什么樣的無人機(jī)才適合搭建基站？

其實最早嘗試過利用系留氣球作為通信基站的平臺。系留氣球以充氣氣球作為基本浮空平臺，結(jié)合纜繩，絞車及一些控制單元，然而，系留氣球體積龐大升降困難，機(jī)動性適應(yīng)性都是短板，尤其是有點風(fēng)力的時候穩(wěn)定性很差。

用專業(yè)級無人機(jī)搭建高空基站可從固定翼無人機(jī)、旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)和系留無人機(jī)三個方面來說。

固定翼無人機(jī)尺寸較大，操控距離較遠(yuǎn)，飛行高度較高（幾千米到上萬米），負(fù)載相對較大（幾百公斤）；固定翼無人機(jī)速度快（一般在150km/h 以上），航程遠(yuǎn)，航時長，但起降受場地限制比較多；加之巡航速度快，對于無線通信的傳輸和基站設(shè)備要求較高；需要培訓(xùn)專業(yè)的人員操控；所以并不適合用來搭建高空基站。

旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)雖然可以垂直起降，起飛后可在空中懸停，但其損壞率和維修成本高，滯空時間過短，高空工作區(qū)域不穩(wěn)定，應(yīng)用不方便（無人機(jī)黑飛管控），操作和滯空穩(wěn)定性等諸多問題也不適合。

隨著多旋翼無人機(jī)的快速發(fā)展，為實現(xiàn)系留旋翼升空平臺系統(tǒng)提供了技術(shù)上的支持，許多無人機(jī)廠家近幾年開展了系留旋翼系統(tǒng)的研發(fā)。系留式無人機(jī)系統(tǒng)是以多旋翼無人機(jī)為平臺，通過多種供電方式、定制電纜供電及傳輸，可實現(xiàn)在一定載荷下長時間懸停（超過24h）在高度100m-300m的空中，搭配不同的載荷，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信覆蓋。

系留無人機(jī)具有攜帶方便、任務(wù)開設(shè)布置迅速、操作簡單、定點高度懸停滯空時間長等特點，可實現(xiàn)大范圍執(zhí)行任務(wù)覆蓋。根據(jù)絞車的固定位置不同可分為地面固定式、車載移動式和便攜移動式三種工作方式以適應(yīng)各種工作環(huán)境的需求。

系留多旋翼無人機(jī)幾個技術(shù)特點：

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。系留旋翼必須是長期持續(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)。

系留旋翼和多旋翼無人機(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、系留系纜。

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。

系留旋翼平臺主要是在定點周圍懸停，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，才能有實際使用意義。在6～8級的風(fēng)場中，系纜并沒有固定的運動規(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。

考慮到系統(tǒng)旋翼平臺要在強(qiáng)風(fēng)場中運行，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。

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)。

目前行業(yè)資料顯示真正能投入運營的是一家北航（北京卓翼智能）團(tuán)隊研發(fā)的系留無人機(jī)。目前還進(jìn)行了高空300米的首飛，不僅實現(xiàn)了關(guān)鍵性技術(shù)的突破還彌補了國內(nèi)的一項技術(shù)空白，技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到或超過國際標(biāo)準(zhǔn)。

值得一提的是，300m高空懸停對移動電信運營商有著里程碑式的意義。它的重要性在于隨著民用無線電領(lǐng)域的發(fā)展，諸如衛(wèi)星通信、無線遙控、Wi-Fi、RFID等，給無線通信技術(shù)服務(wù)廣泛應(yīng)用與發(fā)展提高了一個新的階梯。我國低空電磁環(huán)境日益復(fù)雜，不同的無線電設(shè)備之間或多或少存在互相的干擾，在這種環(huán)境下，通訊設(shè)備的通訊距離受到了很大的影響，低空電磁環(huán)境底噪越高電磁干擾對基站性能越是有影響。而該公司（北京卓翼智能）系留無人機(jī)可飛升高度至300米高空，電磁環(huán)境底噪明顯降低，基站的通訊距離也可大大的提升。

而且在通訊領(lǐng)域，城市的樓宇或丘陵等地形，也會對通訊信號有明顯的遮擋造成通訊中斷。我國城市樓宇的高度基本在100米以下；平原或丘陵地帶地形的相對高度均小于200米。所以說300米高度的系留無人機(jī)可以將樓宇或地形的遮擋對通訊的影響降到最低。系留300米懸停，信號將會覆蓋到方圓100km，對通信運營商的實際應(yīng)用成效非常顯著。

據(jù)行業(yè)資料顯示作為工業(yè)級無人機(jī)的領(lǐng)軍企業(yè)，該公司（北京卓翼智能）在過去的2017年不僅僅在移動、電信和國防軍工取得了驕人業(yè)績，同時在救災(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)研究等多個廣闊領(lǐng)域獲得了一致好評，與這家公司合作的是華為和移動兩個大佬。據(jù)說已經(jīng)獲得上千萬的資本融資。相信，隨著電信運營商對用戶體驗的高度關(guān)注，系留無人機(jī)必將會被廣泛應(yīng)用推廣。