高冲

摘 要：在生活中，发生自然灾害是无法避免的，这会不同程度地影响通信设施，甚至破坏通信设施，从而阻碍灾后救援工作的顺利实施。为了及时解决灾区环境下的通信问题，构建稳定可靠、具有较快反应速度的应急通信系统尤为关键，借助此应急通信系统可以更好地开展救援工作。运用系留式多旋翼无人机搭载微基站进行区域通信组网，可以有效地解决这一问题，文章将主要对系留式多旋翼无人机在应急通信中的应用情况进行分析。

关键词：系留式;多旋翼无人机;应急通信;应用

在自然生态环境变化无常的情况下，地震、水灾、泥石流等自然灾害的发生已越发频繁，且极具破坏性。在此过程中，极易遭到破坏的就是地面通信基础设施。传统的单一形成通信技术已经不能顺应当今社会复杂多样的抢险救灾需求，也不利于推动救援工作顺利实施。所以，需要积极建立起响应迅速和稳定可靠的应急通信系统。系留式多旋翼无人机的优势较多，主要包括组网快捷、性能稳定、自动化程度较高等，将其应用到应急通信中，效果理想。

1    运用背景分析

应急突发事件是一种具有不确定性的事件，主要的表现就是时间不确定、地点不确定、造成的影响不确定等。有效处理应急通信的举措就是无线通信方式。无线通信方式是各不相同的，由于无线通信方式的技术体制不同、频段不同、特性不同等情况影响，各种通信方式也会出现差异性的系统容量、通信距离、构建成本以及组网度等。例如，对于卫星通信系统而言，只有具备专门的通信设备才可以应用，受众面是相对较窄的，而以往传统的公众移动通信网、公众传媒网络在较短的时间之内，不能达到迅速有效修复的目标。所以，通过合理结合以上两种方式，把地面通信、卫星通信的特点结合起来，采取无人机空中平台，建立起应急通信系统，可以产生更好的应用效果。

2    无人机应急通信方案

救灾的场景通常都是复杂多样的，甚至面临着各种危险。为了提供给用户更加安全可靠、灵活快捷、具有保障的通信服务，就需要切实应用好各种各样的通信手段，诸如有线通信、无线通信、卫星等，可以于空中以最快的速度建立起应急通信通道，并且科学地采取无人机搭载通信设备，让无线自组网在抗险救灾实践中科学运用并发挥出应有的成效。系留式多旋翼无人机应急系统示意图如图1所示。

无人机应急通信的构成部分主要包括5个方面，即无人机、小型ATV、微型基站、线缆、发电机等。在出现灾害的情况下，抢险人员通过驾驶小型ATV到达灾害发生地的临近部位，无人机驾驶员通过控制无人机，让其能够在车上进行自动升起和降落。在设置成自动飞行模式时，可以实现无人机追随小型ATV汽车的目标，二者同步进行，而且可以静止悬停，随时转变跟随的姿态。无人机上搭载微型基站，微型基站经光缆连接最近的宿主基站，这样可以让有线通信信号灵活地转换到无线通信信号，让信号涉及更大范围，扩大覆盖面。在灾害现场并无宿主基站的情况下，需要运用卫星通信举措，对通信信号进行接收。无人机和搭载设备的全部所需电源均是通过地面发电机获得的，连接方式为电力线，全天候、持续性滞空。

3    系留式多旋翼无人机特点及其应用于应急通信中的方法

系留式多旋翼无人机的优势特点较多，主要表现是其具有更加快捷的组网速度、稳定可靠的性能以及较高的现代化自动化程度，具备先进的技术手段等。系留式多旋翼无人机的机身材料主要是碳纤维复合材料，翼展轴距是1 550 mm，可以进行全自动形式的导航驾驶飞行，其飞行高度最低是40 m左右，最高是210 m左右。其最大起飞重量是28 kg，能够抵抗五级大风，定点悬停精度是0.5 m。系留式多旋翼无人机以LTE800M组网的过程中，因800 MHz信号具有较高的绕射能力，同时存在典型的覆盖性能，微基站能够产生较大的覆盖面积，最大是25 km，所以，系统带宽10 M组网时，能够同时为超过5 000个手机用户提供相应的即时通信服务，这样就能满足覆盖面更广阔的、容量更大的应急通信需求。

选用系留式多旋翼无人机具有重要的应用价值，主要是通过3个重要的技術特点进行选用。首先，系留式多旋翼无人机的悬停能力是相对稳定的。多旋翼无人机可以经其具有的惯性测量元件，合理地测量掌控三维速度、三维加速度、三维角速度的状态，让多旋翼飞行器处在一种稳定的飞行环境下，而且这一特征属于多旋翼无人机飞行中特殊的优点部分。其拥有的悬停能力是非常稳定可靠的，但是，也会因无人机自身的因素产生影响，诸如供电系统的重量、负荷、系留缆等，所以，无人机悬停高度一般是在100 m之内为宜。其次，系留式多旋翼无人机可以在空中较长时间的滞留。系留式多旋翼无人机运用到系留供电举措，通过地面发电机，经系留电缆展开持续性的供电，一方面能够将蓄电池的重量降低，另一方面可以使得无人机处于飞行悬停的环境中，而且是长时间、不间断地维持该状态。最后，系留式多旋翼无人机的电磁兼容能力较强。多旋翼无人机的动力系统、系留供电系统以及电力系统能形成电磁辐射，可以采取相应的技术手段，诸如屏蔽技术、布线技术、接地技术和滤波技术等，将电磁辐射对通信系统的干扰进行削弱，而且使得飞行环节不会对微基站的性能构成负面影响。

无人机高空基站系统通信系统中，无人机载荷以及安装空间因素的限制问题需要通信天线尽可能地降低体重与功耗，能够全面覆盖辐射。当前应急通信系统内，天线的类型主要就有两种，一种是全向天线，另一种就是定向天线。全向天线为水平方向图上，360°均是均匀的辐射状态，即无方向性，通常波瓣宽度越小，则产生的增益越大。全向天线应用距离近，具有较大的覆盖范围，而且价格便宜，具有低于9 dB的增益。定向天线于水平方向图上是有角度范围辐射的，即有方向性，其波瓣宽度越小，会产生的增益越大。定向天线在具有较远的通信距离、较小的覆盖范围以及较高频率利用率的环境中进行应用。因无人机自身具有良好的移动能力，能够在目标区域快速实施部署，加之险情区域的用户分布存在不确定性，所以，此应用系统采用全向天线，将信号朝着很多角度进行辐射，达到各方位用户同等接入能力。在应用无人机应急通信系统时，应该重点运用好关键技术，主要包括超轻型光电复合系留缆技术、系留供电条件下飞行安全保障技术以及轻型大功率通信载荷技术等。

4    结语

文章主要分析了系留式多旋翼无人机运用到应急通信领域中的意义，阐述系统的建立和工作流程，探究了系留式多旋翼无人机通信系统的环境特点，同时，提出机载天线选择的建议。系留无人机是一种应急通信平台，能够很好地解决灾害期间移动通信基站出现瘫痪时的通信问题。其经系留多旋翼无人机通信系统，搭载很多的通信载荷，包括微型基站、集群微型基站以及自组网电台，建立起具有灵活性的通信应用配置方式，进而迅速为灾区核心区域提供通信服务。

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