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关于无人机通信链路的几个常识问题讨论

浏览: 发布日期:2020-09-21  当前栏目:新闻中心    编辑:济南手机棋牌

  昨天收到一个朋友发来的“警用无人驾驶航空器无线通信技术要求”征求意见稿(下面统称“意见稿”),拜读以后发现一些常识性错误。虽然通过一些渠道反馈了过去,后来想想,还是写一点关于“无人机无线数据链”的常识性介绍文章,也许对于无▏人机行业应用的技术人员有所裨益。

  首先,我べ 们顺着“警用无人驾驶航空器无线通信技术要求”征求意见稿进ど行展开,先讨论一下无线数据链接收灵敏度的常识。下图是征求意见稿的截图:

  

  可能大家觉得,这$个灵敏度指标很高,说明棋牌游戏下载参与制定标准的厂家已经达到了这么高的灵敏度,值得敬佩。其实不然,仔细归算一下就发现,这么高的灵敏度,超常规了,全世界谁也达不到这个指标。

  关于无线系统的最高接收灵敏度ぶ极限,可以首先按照系统的热噪声来估算。如果想把微弱的无线信号接收下来,信号的幅度必须大于系统的热噪声幅度▃▂,否则有用的信号就全面湮灭在噪声里面了。热噪声的幅度是多少呢?其实很简单,公式如$下:

  N=KTB

  其中,N是白噪声功率,K是玻尔兹曼常数,T是环境温度,B是射频带宽ぱ。K=1.38×10ˉ23,T=290°K(假设是温室是17℃)。剩下的我们只要知道射频信道的带宽就可以了。根据“警用无人驾驶航空器无线通信技术要求”征求意见稿第13页的带宽划分,假设B=5MHz,根据以上公式计算如下▅ :

  N(dBm)=10×Lg(1.38×10ˉ23×5×10?×290×1000)=-107(dBm)

  就是说,在射频信道是5MHz时,白噪声的功率幅度是-107dBm。那么,如果我们要解调一个频谱带宽为5MHz的信号,这个z信号的幅度必须大于◇-107dBm!否则,信号就全部淹没在噪声里面了,根本无法解调。对于早期的无线信道解调技术,一般是预留10dB的信号冗余,就是说-9Ψ7dBm才是一个5MHz带宽的信道的实际借解调灵敏度。随着技术的不断发展,人们发现,纠错算法可以大大提高接收机的信道灵敏度。当人们将各种先进的纠错算法(如OFDM交织、LDPC纠错、TURBO纠错等等)引入到调制解调系统以后,接收灵敏度可以大大提高,在接近白噪声功率1-2dB的水平上进行解调,就是说灵敏度可以达到┮-105dBm。但是考虑到接收机的滤波和え 放大器的↑噪声引入,实际可实现的接收灵敏度应该在-102dBm,这才是一个比较合理的灵敏度设置标准。

  当然,同样的方法,可以推断出当射频带宽为1.4MHz时よ,系统接收灵敏度可以建议为-107.5dBm。所以,意见稿中的-110dBm也是不合理的。

  第二个要讨论的,还是跟灵敏度相关联的指标。我们既然推算出合理的系统灵敏度指标,那么,很容易就推算出无人机在飞行过程中手机棋牌游戏换现金的数据链传输距离问题。实际上,无人机数据链的真实传输距离才是无人机行¥ 业工程师们真正关心的,俗话说是骡子是马牵出来遛一遛,性能好坏要看疗效!根据意见稿的设定,要求无人机的图像数据传输ぅ 距离如下:

  

  ⊙ 既然要求5MHZ带宽情况下→,信道接收灵敏度为-102dBm

£style="font-family:宋体;mso-ascii-font-family:

  Calibri;mso-ascii-theme-font:minor-latin;mso-fareast-theme-font:minor-fareast;

  mso-hansi-font-family:Calibri;mso-hansi-theme-font:minor-latin">,规定的等◤效全向发射功率为39dBm手机棋牌mso-ascii-theme-font:minor-latin;mso-fareast-theme-font:minor-fareast;

  mso-hansi-font-family:Calibri;mso-hansi-theme-font:minor-latin">,见下图的意见稿截图:

  

  那么根据要求的这个发射功率和接收灵敏度,怎样才能计算出实际传输距离呢?公式如下:

  P?(dBm)=10×Log{P?×G?×G?×(λ女/4πR)2}

  以上公式就是著名的传输距离公式。其中,P?是接收机的输入信号,P?是无人机#机载发射机的发射功率,G?是机载发射机的天线ぇ增益,G?是地面接收端的天线增益,λ是无线信号的波长,R就是无人机和地面的传输距离。现在,已知P?=-102dBm,P?×G?=39dBm,に假设地面接收天线灵敏度是3dB,波长λ=21Cm,我们可以计算出传输距离为:

  R=103Km

  理论上,按照意见稿的标准,无人机的数据链的极限传输距离可以达到103Km。当然♂,这是个理想数据,实际的㊣数据还要考虑到各种馈线损耗、大气衰减等等。这样我们反推一下,说明这个标准极端不合理!无人机的机载等效全向辐射功率往往不可能做到39dBm,这数据意ぃ味着,当机载发射天线增益是3dB时,无人机机载无线发射机的功率为40W,---这是很荒唐的!因为警用无人机多数是微小功率发射机,一般是500-2000mW足够了,也就是27dBm-33dBm

  之间,这样,极限传输功♀率可以达到30Km-51Km左㎡ 右。即使考虑到其他各种不利因素(比如,为了提高传输的数据带宽而加大调制的密度,会使得系统灵敏度降低),我们用500mW的发射功⊙◎ 率,传输10-15Km肯定是可以的!显然,意见稿里面,设定传输距离为5Km距离@5MHz带宽的指标,也是很不合理的。建议更改为10-15Km比较合理。

  今天讨论的第三个无线传输的常识问题,就是视距‖或者非视距传输的问题。上面的讨论,实际上都是基于视距传输(line ゆof sight,或LOS),也叫直线传输。什么环境下是视距传输的呢?大家知道,地球是圆形的,在海平面上是个标准的球面。け 我们按照海平面的标准球面计算,利用平面几何原理,可以得出很准确的视距传输公式如下:

  其中,L(Km)是视距的距离,H1(单位是米)是无人机的高度,H2(单位是米)是地面接收天线的架设高度。也可以根据下图的推导进行计算:

  通过以上示例,可以看出,无人机在海平面理想状态下的视距♂ 距离,取决于无人机的飞行高度。在陆地的情况可能复杂一些,但是基本原理不变。

  在很多无人机的◇ 招标PK现场,有的无人机传输图像距离很远,有的无人机则图像卡顿★,有时候根本不是无限数据链的质量好坏,其实高度设定是根本原因。笔者所在单位曾经遇到过这个问题,有一个友商购こ买了我公司的图传,结果现场PK的时候,该公司的技术人员发现,他们的图传不如我公司的距离远,于是怀疑是不是我们公司将质量好的图传留给自己用,将不好的图传卖给同行了!真的是多虑了,传输效果不好的原因有:飞行高度问题,天线增益问题,射频接口是不是链接得好,有没有干扰等等。一般来说,咱们中国厂家为了提高销售量,往往将好的产品销售给客户,き 自己反而会用差一点的或者过时的,比如,外贸行业さ的服装出口转内销就是一个例子,有点瑕疵的都自己で工厂内部当做福利发给自己员工了。

  本文借“警用无人驾驶航空器无线通信技术要求”征求意见稿作为话题引子,主要是这样更容易引起读者关注,不当之处,敬请谅解。

  深圳市科卫泰实业ゎ发展有限公司■ 吕振义

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