近(jìn)年(nián)β ↕來(lái)無人(rén)機(jī)作(zuò)為(wèi)專業(yè)工(gōng)具、娛♦→樂(yuè)和(hé)空(kōng)中運 β動比賽變得(de)日(rì)益流行(xíng)。無人<"♦(rén)機(jī)是(shì) UAV×₩$(無人(rén)駕駛飛(fēi)行(xíng)器(qì))的(d©↔λe)通(tōng)稱，包括許多(duō)類型的(de)無人(r✔ >én)駕駛遙控飛(fēi)行(xíng)器(qì)，其中有(yǒ&βγu)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(β♦yòng)範圍日(rì)漸廣泛，體(tǐ)育賽事(shì)期間(jiān)的φβ♦(de)航空(kōng)攝影(yǐng)不(bù)必>→'✘依賴昂貴的(de)全尺寸直升機(jī)，房(φ×fáng)地(dì)産經紀人(rén)也(yě)經常使用(y≥‌òng)無人(rén)機(jī)進行(xíng)記錄。無人(rén)"​‍機(jī)還(hái)可(kě)以發現(xiàn)失蹤人(rén)員(yεγuán)，并可(kě)以監測面臨污染風(fēng)險的(de)栖息€≠£地(dì)。電(diàn)力公司正在通(tōng)過無人(rén) γ§ 機(jī)檢查高(gāo)壓線路(lù)，避免了(le)昂貴的(de≈₹↓φ)停電(diàn)和(hé)危險的(de)人(rén)工(gōngπ™)攀登。即使是(shì)像鐵(tiě)路(lù)公司這(z​δ♥hè)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(yěγ→♥)有(yǒu)快(kuài)遞公司計(jì)劃通•$∏&(tōng)過無人(rén)機(jī)運送小(xiǎo)包裹。

一(yī)、無人(rén)機(jī)操作(zuò)技(jì)術(s׶♠hù)

    無人(rén)機(jī)可(kě)以™"通(tōng)過兩種不(bù)同的(de)方式進行(xíng)駕駛; ♦™一(yī)種是(shì)通(tōng)過目視(​•shì)觀察無人(rén)機(jī)的(de)視(shì)線，₹★另一(yī)種是(shì)通(tōng)過第一(yī)人≠σ✘α(rén)稱視(shì)角(FPV)。在FPV系統中•♣≈ 是(shì)利用(yòng)機(jī)載攝像機(jī)的(β&de)視(shì)頻(pín)圖像，通(tōng)過無線電(diàn)以屏幕↔↔£₽或視(shì)頻(pín)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(÷§jì)術(shù)

    Wi-Fi可(kě)用(yòng)于相(xiàng)當₽αλ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∏'φλ和(hé)條件(jiàn)。傳輸範圍會(hu✘ε≥ì)因多(duō)種因素而有(yǒu)所不(bù)同：

發射器(qì)功率，天線越大(dà)，信号輻射越遠(yuǎn)，衰減≥±σ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RPSMA 接器(qì)×∞)的(de)升序排列;

使用(yòng)頻(pín)率,通(tōng)常頻(pín)率越低(d₩★λ×ī)，信号可(kě)以傳播越遠(yuǎn)。

環境，周邊樹(shù)木(mù)、建築物(wù)、直接視(shì$♠£)線、大(dà)氣條件(jiàn)等都(dōu)會(huλ✘ì)對(duì)Wi-Fi信号範圍産生(s✘☆<γhēng)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)。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(z✘§®✘ì)那(nà)些(xiē)飛(fēi)行(xíng)¥‌"FPV(第一(yī)人(rén)稱視(shì)角)的(de)人(∞→rén)，他(tā)們使用(yòng)連接到(dào)→ 900 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(₽®σδqì)和(hé)指向您的(de)飛(fēi)行(xín∏>§∏g)器(qì)的(de)18dB增益的(d♥φe)貼片天線，可(kě)以輕松獲得(de)5英裡(l←γ€ǐ)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)機(j★↑≠ī)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σε"÷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(hu®✔‌à)基站(zhàn)的(de)軟件(jiàn)定義無線電(σ₹×∏diàn)(SDR)1架構，例如(rú)多(duō)服務分(fēn)布式≠‍接入系統(MDAS)和(hé)小(xiǎo)≥σ型蜂窩，而且還(hái)用(yòng)于工(᱕gōng)業(yè)、商業(yè)和(h<≥☆é)小(xiǎo)型蜂窩的(de)無線高(gāo)清視(shì)頻(pí♦☆✘•n)傳輸。軍事(shì)應用(yòng)，例如(rú)無人(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β☆↓α(zhì)造合适的(de)硬件(jiàn)，因為(wèi)這(zh≈δ è)些(xiē)收發器(qì)的(de)帶寬高(gāo)達6GHz。一(yīφ×​★)個(gè)基帶側合适的(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)×λ頻(pín)鏈接的(de)範圍受到(dào)許多(duō)因素的(de&∞≥)限制(zhì)。當距離(lí)增加時(shí)路α£(lù)徑損耗本身(shēn)會(huì)削弱信号，而視(shìσ♦)線中的(de)障礙物(wù)會(huì)産生¥₩(shēng)額外(wài)的(de)衰減。在自(zì←₹÷)然環境中無線鏈路(lù)存在一(yī)些(xi‍'✘ē)不(bù)确定的(de)挑戰，需要(yào)給出有(yǒu)效的(deδ↕÷​)解決方案。其中以下(xià)兩方面是(sh​↓♥♥ì)主要(yào)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)能(néng)會(huì)幹擾無人(rén)機¶ ≈(jī)視(shì)頻(pín)傳輸信号。如(rú)果幹擾信号出現(φ₽‌ xiàn)在與無線視(shì)頻(pín)鏈路(lù)相(xià÷₹ng)同的(de)頻(pín)帶中，它将充當帶內←♣λ∞(nèi)噪聲。這(zhè)将會(huì)降低(dī)信噪比，導緻視(sh<↕ì)頻(pín)圖像嘈雜(zá)，鏈接範圍有(yǒu)限☆≠§。典型的(de)幹擾源可(kě)能(néng)是(shì)該區(qū)域內(n φèi)另一(yī)架無人(rén)機(jī)的α↓​(de)視(shì)頻(pín)發射器(qì)、附近(jìn)的(de)Wi±β←Fi熱(rè)點或手機(jī)。通(tōnα≤g)過選擇一(yī)個(gè)頻(pín)率×✘ ₩盡可(kě)能(néng)遠(yuǎn)離(lí)幹擾源的(de)頻(pí'™n)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(xiǎ€¶o)化(huà)。如(rú)果幹擾源強大(dà)，但(d‌Ω≥àn)在無線鏈路(lù)的(de)頻(pín< ™)帶之外(wài)則稱為(wèi)阻塞器(q♥↓β★ì)。阻塞信号可(kě)以穿透不(bù)充分(fēn)的(de)前端通α'π(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→"÷(yī)個(gè)強大(dà)的(de)、無噪聲的←​ ​(de)信号，無線鏈路(lù)也(yě)可(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。¶ε∑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(xiàn±©"÷g)關的(de)相(xiàng)移而發生(shēng)抵消。這(z ₩∞hè)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(yσ ī)個(gè)波長(cháng)即可(kě)消失。除了(l✘<e)信号消除之外(wài)，多(duō)徑傳播還(hái)會δ>σ₹(huì)導緻符号延遲擴展。來(lái)自(zì)λ←β不(bù)同路(lù)徑的(de)符号在不(bù)"σ✘γ同時(shí)間(jiān)到(dào)達，如(rú)果延遲很(¶↕εhěn)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、Bluetooα↓th和(hé)IoT短(duǎn)距離(lí)通(tōng)信，π&使其越來(lái)越擁擠。将其用(yòng)于無線視(s®£₹☆hì)頻(pín)傳輸和(hé)控制(zhì)信号會(hδβ¥δuì)增加信号幹擾和(hé)不(bù)穩定的(de)機(jī)會(huì)。>÷σ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(p∞≠βín)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(huì)自(zì)動切換到(dào)另一(yī)個(gè‌←)頻(pín)段。例如(rú)使用(yòng)該頻γ (pín)率并在附近(jìn)運行(xíng)的≠×∞(de)兩架無人(rén)機(jī)将幹擾彼此的(de)通(tōng)信。γ¥♠自(zì)動切換LO頻(pín)率并重新選φλ✘≈擇頻(pín)段将有(yǒu)助于保持穩定的(de)無線鏈路(lù)。在上(s→♣hàng)電(diàn)期間(jiān)自(zì)适應選擇載波 ♠±≤頻(pín)率或信道(dào)是(shì)高(gāo)端無人(ré✘≈↓n)機(jī)的(de)優秀特性之一(yī)。

4.2 跳(tiào)頻(pín)

    廣泛用(yòng)于電(diàn)子(z₽←αǐ)對(duì)抗(ECM)的(de)快(kuài)α±¥☆速跳(tiào)頻(pín)也(yě)有(yǒu)助<‌于避免幹擾。通(tōng)常如(rú)果我們想要(yào)跳(tiào)>₽ε頻(pín)，PLL需要(yào)在程序結束後重新鎖定。這(zh$∞<è)包括寫入頻(pín)率寄存器(qì)，并經過VCO校(xiào)準時(shí)間Ω‍×₽(jiān)和(hé)PLL鎖定時(shí)間(jiān)，₹'使跳(tiào)躍頻(pín)率的(de)間(jiān‌§✔)隔接近(jìn)幾十微(wēi)秒(miǎo)。

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(y≤↕òng)(OFDM)是(shì)一(yī)種信号調✔∑制(zhì)形式，它将高(gāo)數(shù)據速率調制(zhì)↔Ω流劃分(fēn)到(dào)許多(duō)緩慢(màn)調制(≠☆zhì)的(de)窄帶近(jìn)距離(lí)子(zǐ)載波上(s☆β ∑hàng)。這(zhè)使得(de)它對(dγ"×uì)選擇性頻(pín)率衰落不(bù)太敏感。缺點是(shγ→★δì)峰均功率比高(gāo)以及對(duì)載波偏移和(hé)漂移的(de)敏感 ★φε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(bù)久的( γ£↑de)将來(lái)看(kàn)到(dào)緊湊和(hé)低(dī)成本的(δ®←de)高(gāo)清FPV系統。降低(dī)成本的(d&φe)關鍵是(shì)提高(gāo)片上(shà≤₽γ★ng)系統的(de)集成度和(hé)由此産生​↓♥δ(shēng)的(de)高(gāo)産量。→₹€→當全新的(de)收音(yīn)機(jī)、相✘∞(xiàng)機(jī)或顯示器(qì)概念出現(xià•✘ββn)時(shí)，範式轉變就(jiù)會(huì)發生(shēng)。稱為(₽‍wèi)5G的(de)下(xià)一(yī)代×∑φ 蜂窩和(hé)WiFi技(jì)術(shù)将利用(γ 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(§β​gāo)性能(néng)和(hé)傳輸帶寬。當技(jì)術(shù)成♦♠熟時(shí)，這(zhè)些(xiē)概念很(hěn)可(kě)↔ 能(néng)會(huì)應用(yòng)于未來(lái)的(de)FPV±σ系統。這(zhè)将帶來(lái)更高(g↕←āo)的(de)性能(néng)、更大(dà)的(>≥©de)範圍、更高(gāo)的(de)圖像質量和(hé‌↔∏£)更好(hǎo)的(de)可(kě)靠性。它将使無人(ré> n)機(jī)能(néng)夠應對(duì)我們目前面臨的(d♠↓e)更多(duō)挑戰，以及我們尚未想到(dΩπào)的(de)挑戰。