春節(jié)臨近移動(dòng)電信高空基站啟動(dòng)系留無人機(jī)應(yīng)對(duì)通信高峰

如何來應(yīng)對(duì)每年春節(jié)移動(dòng)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(gè)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(shí)最早嘗試過利用系留氣球作為通信基站的平臺(tái)。系留氣球以充氣氣球作為基本浮空平臺(tái)，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(dòng)性適應(yīng)性都是短板，尤其是有點(diǎn)風(fēng)力的時(shí)候穩(wěn)定性很差。

用專業(yè)級(jí)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(gè)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(duì)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(shí)長(zhǎng)，但起降受場(chǎng)地限制比較多；加之巡航速度快，對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)系留旋翼升空平臺(tái)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(tái)，通過多種供電方式、定制電纜供電及傳輸，可實(shí)現(xiàn)在一定載荷下長(zhǎng)時(shí)間懸停（超過24h）在高度100m-300m的空中，搭配不同的載荷，實(shí)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(jiǎn)單、定點(diǎn)高度懸停滯空時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，可實(shí)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(dòng)式和便攜移動(dòng)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(gè)技術(shù)特點(diǎn)：

1、驅(qū)動(dòng)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(yàn)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(jì)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(zhǎng)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(dòng)電機(jī)是動(dòng)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(tái)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(shí)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(dòng)電機(jī)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。但這種方式要進(jìn)行高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)，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(tái)上設(shè)計(jì)降壓用的開關(guān)電源，用多旋翼現(xiàn)有低壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)；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(jià)的。

3、系留系纜。

系纜除了傳輸動(dòng)力電源之外，還設(shè)計(jì)有光纖以傳輸平臺(tái)載電子設(shè)備的光電信號(hào)，因此系纜是一種動(dòng)力/信號(hào)復(fù)合纜線。

平臺(tái)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(tái)與地面設(shè)備之間電子信號(hào)的連接。這樣可節(jié)省出平臺(tái)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(dòng)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(tái)主要是在定點(diǎn)周圍懸停，不會(huì)有過多復(fù)雜的飛行動(dòng)作。這看上去比多旋翼的飛控簡(jiǎn)單，其實(shí)并非如此。系留旋翼的飛控需要充分考慮系纜對(duì)其飛行的影響，尤其是在各種風(fēng)場(chǎng)條件下，系纜隨風(fēng)產(chǎn)生的擺動(dòng)會(huì)使平臺(tái)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(jí)陣風(fēng)8級(jí)的要求，才能有實(shí)際使用意義。在6～8級(jí)的風(fēng)場(chǎng)中，系纜并沒有固定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可言，要靠飛控對(duì)旋翼平臺(tái)控制的魯棒性來調(diào)整，難度是很大的。

5、旋翼平臺(tái)氣動(dòng)力設(shè)計(jì)。

考慮到系統(tǒng)旋翼平臺(tái)要在強(qiáng)風(fēng)場(chǎng)中運(yùn)行，平臺(tái)的氣動(dòng)力設(shè)計(jì)就尤其顯得重要。系統(tǒng)旋翼平臺(tái)在風(fēng)場(chǎng)中懸停，實(shí)際上相當(dāng)于平臺(tái)在沿來風(fēng)方向做平面飛行。6～8級(jí)風(fēng)速為10.8～20.7米/秒，相當(dāng)于旋翼平臺(tái)要有最高時(shí)速不小于75千米的能力。

垂直起降固定翼的氣動(dòng)力設(shè)計(jì)應(yīng)用于系統(tǒng)旋翼具有較大的優(yōu)勢(shì)，系留旋翼由地面供電，能源比較充足；兩套動(dòng)力系統(tǒng)在強(qiáng)風(fēng)場(chǎng)中各有用途，垂直動(dòng)力系統(tǒng)保持平臺(tái)懸停姿態(tài)；水平動(dòng)力系統(tǒng)使平臺(tái)逆風(fēng)飛行；固定翼外形可為平臺(tái)產(chǎn)生升力，減輕垂直動(dòng)力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

目前行業(yè)資料顯示真正能投入運(yùn)營(yíng)的是一家北航（北京卓翼智能）團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵性技術(shù)的突破還彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的一項(xiàng)技術(shù)空白，技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到或超過國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

值得一提的是，300m高空懸停對(duì)移動(dòng)電信運(yùn)營(yíng)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(gè)新的階梯。我國(guó)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(duì)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(huì)對(duì)通訊信號(hào)有明顯的遮擋造成通訊中斷。我國(guó)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(duì)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(duì)通訊的影響降到最低。系留300米懸停，信號(hào)將會(huì)覆蓋到方圓100km，對(duì)通信運(yùn)營(yíng)商的實(shí)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(jí)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(dòng)、電信和國(guó)防軍工取得了驕人業(yè)績(jī)，同時(shí)在救災(zāi)搶險(xiǎn)、邊界巡視、基地安全、景區(qū)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘測(cè)、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(cè)、影視拍攝、科學(xué)研究等多個(gè)廣闊領(lǐng)域獲得了一致好評(píng)，與這家公司合作的是華為和移動(dòng)兩個(gè)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(yùn)營(yíng)商對(duì)用戶體驗(yàn)的高度關(guān)注，系留無人機(jī)必將會(huì)被廣泛應(yīng)用推廣。