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远程无人机飞行:如何解决有限的通信范围

21.10.2021

长距离飞行无人机或扫描大面积区域总是很困难。最大的问题之一是无人机的通信范围有限。当然,无人机可以飞行在 UgCS 中预先设计的路线,但接收无人机遥测或远距离发送命令并不总是可行的。

对于世界上最普遍的无人机之一 DJI 来说,问题更加复杂,因为几乎所有型号都需要一个通信范围非常有限的遥控器。为了解决这个问题,我们提出了以下想法:

  1. 通过LTE/4G/5G移动网络与无人机通信
  2. 使用辐射模式较窄的天线
  3. 使用更强大的发射器和更广泛的通信渠道

我们研究了每一个想法,这就是我们发现的。

  • 通过LTE/4G/5G移动网络与无人机通信

这听起来很有希望,因为移动网络正在全球范围内扩展,移动通信覆盖的领域也越来越多。当然,飞行有时会发生在没有 LTE/4G/5G 的偏远地区,但在大多数情况下,使用移动网络是可以的。因此,我们选择此选项作为主要选项。

  • 使用辐射模式较窄的天线

使用具有较窄辐射模式的天线可以增加通信范围,但不会显着增加。这个选项有一个固有的挑战:窄模式天线必须跟踪无人机的位置并相应地旋转。我们开始研究这个选项是因为它看起来很有趣,所以我们将来会发布一篇关于这个方法的文章。

  • 使用更强大的发射器和更广泛的通信渠道

官方表示,目前还没有与最流行的 DJI 无人机兼容的设备,因此从一开始就放弃了此选项

通过 4G 控制 DJI 无人机

为了尝试打造一款 4G 控制的无人机,我们选择了 DJI 作为市场上最常见的无人机之一。我们决定在无人机上放置一个 4G 调制解调器并将其连接到自动飞行控制器。分析表明,只有一种方法可以做到这一点:使用 DJI OSDK ,额外的机载计算机(例如, Raspberry PI 或 NVidia Jetson Nano)和 4G 调制解调器插入其中。


硬件连接图

DJI OSDK 要求指定了兼容无人机列表:所有 Matrice 型号和基于 A3 飞行控制器的型号。

我们组装了一个基于 A3 的测试平台,用于本地开发和调试。并在成功测试后组装完整的系统。下面提供了安装在 M600 上的设备的照片。


基于A3的测试台

我们还决定该应用程序不仅应确保与 DJI OSDK 的集成,还应充当成熟的 UgCS 车载 VSM(车辆特定模块)。也就是说,应用程序应该允许无人机通过 4G 直接连接到 UgCS,而无需遥控器。

一旦原型准备就绪并调试完毕,我们就使用 Matrice 600 进行了一些试飞。


M600 与 Raspberry 安装了调制解调器

此外,其中一次飞行涉及过境,在此期间,我们测试了两个移动运营商之间的切换。有关详细信息,请参阅

作为所有实验的结果,我们有一个满足以下要求的应用程序:

  1. 该应用程序可以使用额外的RaspberryPI计算机安装在无人机上。
  2. 该应用程序允许直接从 UgCS 控制您的 DJI 无人机,无需额外的遥控器或移动应用程序。
  3.  无人机通过 4G 网络连接到 UgCS 服务器。
  4. UgCS 机载 VSM 行为可以修改以支持特定要求:例如,在起飞期间添加一些动作或管理非标准有效载荷。

考虑到我们的解决方案可能对其他人有用,我们决定将其公之于众,以简化基于 UgCS 和 DJI OSDK 的各种解决方案的开发和使用。你可以在这里下载源代码

以下是该应用程序的可能用例:

  1. 无人机可通过LTE/4G/5G移动网络进行管理,显着扩大了无人机在移动互联网覆盖领域的使用范围。
  2.  该方案可以帮助空管机构轻松跟踪无人机,从而在一定程度上替代ADS-B。
  3.  可以添加额外的有效载荷管理功能。
  4.  您可以使用任何其他支持 TCP 和 UDP 数据包的数据链路来代替移动通信通道进行视频传输。
  5. 您可以以我们的源代码为例,基于DJI OSDK和UgCS开发自己的解决方案。

如有任何疑问,请随时与我们联系

邮件:cn@ugcs.com

微信:+37125774334(销售经理雅娜)

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