近(jìn)年(nián)₩§來(lái)無人(rén)機(jī)作(zuò)為(wèi)專業(yè)工(gōng→φ$)具、娛樂(yuè)和(hé)空(kōng)•Ω✘♥中運動比賽變得(de)日(rì)益流行(xín™<g)。無人(rén)機(jī)是(shì) ☆&€✘UAV(無人(rén)駕駛飛(fēi)行(xíng)器(qì))的(de)通(tōng)稱，包括許多(€≤☆duō)類型的(de)無人(rén)駕駛遙控飛(→≈fēi)行(xíng)器(qì)，其中有(yǒu)固定翼飛(fēi)機("∞jī)、直升機(jī)和(hé)多(duō)旋翼飛£÷(fēi)機(jī)等。

    專業(yè)無人(rén)機(jī)應用(&¥☆€yòng)範圍日(rì)漸廣泛，體(tǐ)育賽事(shì)期間(jiā​£≠n)的(de)航空(kōng)攝影(yǐngδ♦∞α)不(bù)必依賴昂貴的(de)全尺寸直升機(jī)，房(↑σ♥↕fáng)地(dì)産經紀人(rén)也(yě)經£""常使用(yòng)無人(rén)機(jī)進行(xíng)↑∞≥φ記錄。無人(rén)機(jī)還(hái)★∑×可(kě)以發現(xiàn)失蹤人(ré₹♠π™n)員(yuán)，并可(kě)以監測面臨污染風(fē≈"ng)險的(de)栖息地(dì)。電(dγ₹φiàn)力公司正在通(tōng)過無人(rén)機(jī)檢查高(•γ✔∞gāo)壓線路(lù)，避免了(le)昂貴的(de'×γ☆)停電(diàn)和(hé)危險的(de)人(rén)工(gōn↔←↑§g)攀登。即使是(shì)像鐵(tiě)✔±<✔路(lù)公司這(zhè)樣的(de)保守行$∑(xíng)業(yè)也(yě)在考慮使用(yòng)無人(rén)機(jī) ✘¶來(lái)檢查訪問(wèn)受限區(qū)域的(de)軌道(dào​ )情況。也(yě)有(yǒu)快(kuài)遞✘δ>$公司計(jì)劃通(tōng)過無人(rén)機(jī)運 δ送小(xiǎo)包裹。

一(yī)、無人(rén)機(jī)操作(zuò)技(jì)術(shù)£±α

    無人(rén)機(jī)可( λ‌∏kě)以通(tōng)過兩種不(bù)同的(de)方式進行(xíngαα)駕駛;一(yī)種是(shì)通(tōng)過目視(shì)觀Ωδ察無人(rén)機(jī)的(de)視(shì)線，另一(yī)種是(shì₽£÷×)通(tōng)過第一(yī)人(rén)稱φ™視(shì)角(FPV)。在FPV系統中是(shì)利用(y♠£•γòng)機(jī)載攝像機(jī)的(de)視(shì)頻(pín)圖像，通(tōng)過無線電(diàn)以屏幕或視(shì)頻(pínγγ)護目鏡的(de)形式傳輸到(dào)地(dì)面個(gè)人(rén)視(☆∏♣shì)頻(pín)顯示器(qì)。

二、視(shì)頻(pín)傳輸無線技(jα  ì)術(shù)

    Wi-Fi可(kě)用(yòng)于相(xiàng)當短(duǎn★♦)的(de)距離(lí)的(de)信号傳輸。Wi-Fi信号的(™©de)範圍可(kě)以從(cóng)300米到(↓₹'dào) 2000米不(bù)等，具體(tǐ)取決于設備和(hé)條件(jià≈×n)。傳輸範圍會(huì)因多(duō)種因素而有(yǒu)所不(¶σbù)同：

發射器(qì)功率，天線越大(dà)，信号輻射越遠(yuǎn)，衰減越小(xiǎo)¶≈±;

天線，按電(diàn)源Whip(或電(diàn)線)、Chip、PCB或外(wài)部(通(tōng)過U.FL或RPSM π↑A 接器(qì))的(de)升序排列;

使用(yòng)頻(pín)率,通(tōng)常頻(pín)率越 ±♠∑低(dī)，信号可(kě)以傳播越遠(yuǎn)。

環境，周邊樹(shù)木(mù)、建築物( πwù)、直接視(shì)線、大(dà)氣條件(jiàn)等都(↕∞≠dōu)會(huì)對(duì)Wi-Fi信号範圍産生(shēng≠")負面影(yǐng)響。

頻(pín)段，首選5GHz Wifi網絡，該頻(pín)段在市(shì)區(qū)的(de)幹擾較小(xiǎo)Ω‍。其他(tā)頻(pín)段特性如(rú)下(xià)：

2.1 低(dī)于1GHz頻(pín)段

常見(jiàn)的(de)解決方案來(lái)自(zì)那(nà≠≥)些(xiē)飛(fēi)行(xíng)FPV(第一(yī)人(rén)稱視(♦♠☆♠shì)角)的(de)人(rén)，他(t ≠ā)們使用(yòng)連接到(dào)9φ 00 MHz的(de)簡單模拟攝像機(jī)。使用(yòng)帶有(yǒu)∏≠苜蓿葉天線(一(yī)種普通(tōng)天線類型)的(de)1W 900MHz​≥發射器(qì)和(hé)指向您的(de)飛(fēi)行(xíng)器(‍×₽★qì)的(de)18dB增益的(de)貼片天線♣§∑，可(kě)以輕松獲得(de)5英裡(lǐ)以上(shàng)的(de'∑®)站(zhàn)點線。這(zhè)取決于一(yī)個(gè)人(rén)想要(±÷yào)操作(zuò)的(de)區(qū)域以及使用(yòng)此類應用(<"yòng)程序的(de)頻(pín)段可(kě)用(yòng)性。

2.2 3G/4G頻(pín)段

你(nǐ)可(kě)以使用(yòng)無人(rén)♦≥σ機(jī)附帶的(de)3G/4G加密狗，進行(xíng• ↓)高(gāo)數(shù)據速率的(de)無線傳輸。該解決方案可€$≠©(kě)根據該運營區(qū)域的(de)3G/4G網絡可(kě)用'©©(yòng)性來(lái)使用(yòng)。

2.3 定制(zhì)解決方案

    集成射頻(pín)收發器(qì)不(bù)僅廣泛用(yòng)于蜂窩電(diàn)話(huà)基站(z↓α hàn)的(de)軟件(jiàn)定義無線電(diàn)(SDR)λφ™1架構，例如(rú)多(duō)服務分(fēn)布式接入系統(MDAS)和(hγ$ é)小(xiǎo)型蜂窩，而且還(hái)用(yòng)于工(gōng)業(÷£₩yè)、商業(yè)和(hé)小(xiǎo)₩&型蜂窩的(de)無線高(gāo)清視(shì)頻(pβ✘&ín)傳輸。軍事(shì)應用(yòng)，例如(rú)無人(≠φ®↓rén)機(jī)(UAV)。你(nǐ)可(kě)以使用(yòng)射≈±♣頻(pín)收發器(qì)系列AD9361/AD9363并根據其頻(pín)譜可(kě)用(§"☆yòng)性制(zhì)造合适的(de)硬件(jiàn)，因為(wèi ₩&§)這(zhè)些(xiē)收發器(qì)的(de)帶↓​↑寬高(gāo)達6GHz。一(yī)個(gè)基帶側合♠≥ε​适的(de)FPGA可(kě)用(yòng)于數(shù)字處理(lǐ)。

三、無線視(shì)頻(pín)傳輸挑戰

    無線視(shì)頻(pín)鏈接的(d₹Ω<e)範圍受到(dào)許多(duō)因素的(de)限制(∑↔>✔zhì)。當距離(lí)增加時(shí)路(lù)♣♦σ徑損耗本身(shēn)會(huì)削弱信号，而¥≥≈&視(shì)線中的(de)障礙物(wù)會(huì)産生(s¶∏<♠hēng)額外(wài)的(de)衰減。在自(zì)然環境中無線鏈路( ↔lù)存在一(yī)些(xiē)不(bù)确定的(®≠de)挑戰，需要(yào)給出有(yǒu)效的(de)解決方案。其中以下♥γ₹(xià)兩方面是(shì)主要(yào ε'£)問(wèn)題：

3.1 幹擾

    自(zì)然環™ 境中的(de)其他(tā)無線傳輸源可(kě✔≈α)能(néng)會(huì)幹擾無人(rén)機(jī)♥ε±視(shì)頻(pín)傳輸信号。如(rú)果幹擾信号出現(xiàn)在♥ 與無線視(shì)頻(pín)鏈路(lù)相(xiàng)同的(de)頻(&→♥pín)帶中，它将充當帶內(nèi)噪聲。這(zhè)将會(hu×&ì)降低(dī)信噪比，導緻視(shì)頻(pín)' 圖像嘈雜(zá)，鏈接範圍有(yǒu)限φ™♦。典型的(de)幹擾源可(kě)能(néng)是(shì)該™×區(qū)域內(nèi)另一(yī)架無人(rén)機(jī)的Ω≥(de)視(shì)頻(pín)發射器(qì)、附近​∞£(jìn)的(de)WiFi熱(rè)點或手機(jī)。通(t¶™ōng)過選擇一(yī)個(gè)頻(p÷ ≤©ín)率盡可(kě)能(néng)遠(yuǎn)離(lí)幹擾源的(∞₩→de)頻(pín)道(dào)或移動視(shì)∏♠$頻(pín)接收器(qì)和(hé)天線，可(kě)以将問(wèn)題最小☆'₽✘(xiǎo)化(huà)。如(rú)果幹擾源強大(dà)，但(dàn±‍γ•)在無線鏈路(lù)的(de)頻(pín)帶之外(wài)∞♥'★則稱為(wèi)阻塞器(qì)。阻塞信号可(kě)以穿↔δ&♥透不(bù)充分(fēn)的(de)前端通(tōng)道"★ €(dào)濾波，并降低(dī)低(dī)噪聲放(fàng)大(dà)器(qì)(LNA)的(de)動态。

3.2 反射引起的(de)多(duō)徑衰落

    即使有(yǒu)一β§(yī)個(gè)強大(dà)的(de)、無噪聲π ¥≥的(de)信号，無線鏈路(lù)也(yě)可(Ω↓§kě)能(néng)會(huì)突然中斷，尤其是(shì>↑)在雜(zá)亂或城(chéng)市(shì♣↓→)環境中。這(zhè)可(kě)能(néng)是(shì)由于反射傳播路≥©‌✘(lù)徑抵消了(le)直接傳播路(lù)徑。由于與不(bù)同傳播延遲±↓相(xiàng)關的(de)相(xiàng)移而發生(shēng)抵消。  ↔♥這(zhè)發生(shēng)在接收空(kōng)間(jiān)的(de)特定→✘←×點，隻需将天線移動不(bù)到(dào)一 ≥←(yī)個(gè)波長(cháng)即可(kě)消₽  失。除了(le)信号消除之外(wài)，多(duō)徑傳$₽播還(hái)會(huì)導緻符号延遲擴展。來♣÷↕♥(lái)自(zì)不(bù)同路(lù)徑的φ¶(de)符号在不(bù)同時(shí)間(jiān£↔)到(dào)達，如(rú)果延遲很(hěn¥δ&₹)大(dà)，則會(huì)導緻誤碼。

圖2.反射引起的(de)多(duō)徑衰落

四、克服挑戰

4.1 射頻(pín)頻(pín)率切換

    2.4 GHz頻(pín)率被廣泛用(yòng)于Wi∏≥'-Fi、Bluetooth和(hé)IoT短(duǎn)距離(lí)通(tōng)信，使其越來(lái)越擁擠。将σ¶其用(yòng)于無線視(shì)頻(pín)傳‌Ωδ輸和(hé)控制(zhì)信号會(huì∏☆)增加信号幹擾和(hé)不(bù)穩定的(de)機(jī)會(huì)。這(¥✔zhè)對(duì)無人(rén)機(jī)造成了(le)不(bù♠↔)良且經常是(shì)危險的(de)情況。使用( •™£yòng)頻(pín)率切換來(lái)保持 ↑•™幹淨的(de)頻(pín)率将使數(shù)★' ≥據和(hé)控制(zhì)連接更加可(kě)靠。當發射✘ 器(qì)感應到(dào)擁擠的(de)頻(pín)率時(shí)，它會(α↑↔huì)自(zì)動切換到(dào)另一(yī)個(gè)頻(pín)βφ段。例如(rú)使用(yòng)該頻(pín)率并在附近(jìn)運行(xín∏∑±↑g)的(de)兩架無人(rén)機(jī)将幹擾彼此的(de)通(tōng)信‍§。自(zì)動切換LO頻(pín)率并重新₩®×選擇頻(pín)段将有(yǒu)助于保持穩定的(de)無線鏈路(lù)。£‍在上(shàng)電(diàn)期間(jiān)自(zì)适應選擇βΩ載波頻(pín)率或信道(dào)是(shì)高(gāo)端無人(ré♠αn)機(jī)的(de)優秀特性之一(yī)。

4.2 跳(tiào)頻(pín)

    廣泛用(yòng)于電(d≤λ• iàn)子(zǐ)對(duì)抗(ECM)的(de)快(ku÷±ài)速跳(tiào)頻(pín)也(yě)有(©♠λyǒu)助于避免幹擾。通(tōng)常如(rú)果我們想要(yào₹ φ)跳(tiào)頻(pín)，PLL需要(yào)在程序結束後重π>↕新鎖定。這(zhè)包括寫入頻(pín)率寄存器(qì)，并經過VCO校(xiào)準時(shí)間(jiān)和(hé)PLL≠☆≤鎖定時(shí)間(jiān)，使跳(tiào)躍頻(pín)率ε₽♦的(de)間(jiān)隔接近(jìn)幾十微(wēi)秒(mi​‍ε✘ǎo)。

圖3.跳(tiào)頻(pín)方案示意圖

4.3 PHY層OFDM調制(zhì)

    正交頻(pín)分(fēn)複用(yòng)(OF≠$ DM)是(shì)一(yī)種信号調制(zhì)形式，它将高(g♥✔āo)數(shù)據速率調制(zhì)流劃分(fēn)到(☆®dào)許多(duō)緩慢(màn)調制(zhì)的(de)窄帶近(♥≤↕σjìn)距離(lí)子(zǐ)載波上(shàng)。這(zh₹αè)使得(de)它對(duì)選擇性頻(pín)率衰落不(bù)太敏感。♦∞σ缺點是(shì)峰均功率比高(gāo)以及對(duì)載波偏∑♥↑¶移和(hé)漂移的(de)敏感性。OFDM廣泛應用(yòng)于寬帶無線通(tōng)信PHY層。

4.4 5G與WIFI技(jì)術(shù)

    用(yòng)于FPV無人(rén)機(jī≤≈♦)的(de)無線視(shì)頻(pín)仍是(<☆€shì)不(bù)成熟的(de)技(jì)術(shù)，我們将在不(b™δ→↓ù)久的(de)将來(lái)看(kàn)到(dào)緊湊和(h ' ÷é)低(dī)成本的(de)高(gāo)清FPV系統。降低(dī)成本的(d§‍♠★e)關鍵是(shì)提高(gāo)片上(shàng)系統的(d★₩Ω♦e)集成度和(hé)由此産生(shēng)的(de)高 ¥÷σ(gāo)産量。當全新的(de)收音(y∏↑π'īn)機(jī)、相(xiàng)機(jī)或顯示器(qì) ≥¥概念出現(xiàn)時(shí)，範式轉變就(jiù)會(huì)發✘​生(shēng)。稱為(wèi)5G的(de)下(x←¥βià)一(yī)代蜂窩和(hé)WiFi技(jì÷♠±)術(shù)将利用(yòng)動态波束成形來(lái§₩)增加系統增益并保持低(dī)幹擾。與更複雜(zá)的(de)MIMO$₹₽一(yī)起，這(zhè)将進一(yī)步✔‍®提高(gāo)性能(néng)和(hé)傳≥β<→輸帶寬。當技(jì)術(shù)成熟時(shí♣β<)，這(zhè)些(xiē)概念很(hěn)可(♦δ←kě)能(néng)會(huì)應用(yòng)于未來↑ ±(lái)的(de)FPV系統。這(zhè&±')将帶來(lái)更高(gāo)的(de↑πσ)性能(néng)、更大(dà)的(de)範圍、更高(gā≈‌♠o)的(de)圖像質量和(hé)更好(hǎo)的(de)可(kě)±$​&靠性。它将使無人(rén)機(jī)能(n₹≥✘éng)夠應對(duì)我們目前面臨的(de)更多(σβ©duō)挑戰，以及我們尚未想到(dào)的(de↕&)挑戰。