Ces dernières années, le développement rapide des véhicules aériens sans pilote, la formation d'une grande variété. Ce qui peut être utilisé pour toutes sortes de tactiques pour compléter la tâche des drones appelés drones tactiques. Drone tactique comprend une variété de types de voilure fixe et tournante et d'autres véhicules aériens sans pilote.
Les principaux drones tactiques de reconnaissance du champ de bataille et de la vidéo surveillance et les communications sans fil champ relais. Où, en utilisant comme plate-forme de support de communication de relais de communication de drones, par rapport aux communications par satellite et les communications mobiles terrestres, avec la facilité de déploiement et un appareil de contrôle flexible mise à niveau facile des avantages de la communication. États-Unis « UAS 2005-2030 feuille de route » pour une utilisation dans la programmation correspondant UAV comme Internet de relais de communication.
Généralement utilisé pour construire le relais de communication internet pour le système de drones à voilure fixe et l'hélicoptère principal, qui a une plate-forme de charge à la fois une grande capacité, la distance de vol, de temps de travail d'endurance, etc., il y a un corps relativement important, contrôle au sol et la complexité du système de protection, les exigences d'entretien des inconvénients. Par conséquent, les véhicules aériens sans pilote à voilure fixe et plate-forme d'hélicoptère sans pilote applique principalement pour appuyer les communications des centaines de kilomètres de large, des prix bas de petits haut soutien à la mobilité des communications tactiques. La nouvelle technologie micro multi-rotor drone avantage tactique dans le domaine de la communication.
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Le développement et les caractéristiques des drones multi-rotor
Le développement de plus de 1,1 UAV de rotor
Au début et au milieu du 20e siècle, la France et les Etats-Unis ont commencé à développer des avions à quatre rotors. Mais la conception souffre d'une mauvaise performance du moteur, l'altitude ne peut atteindre quelques mètres, et l'opération est très compliquée et ne peuvent pas rivaliser avec les avions conventionnels, la valeur militaire n'est pas élevé en termes de vitesse, la charge, la vie de la batterie et ainsi de suite. Il faudra attendre les années 1990, avec les systèmes micro-électromécaniques (Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS) arrivent à maturité, ne pèse que quelques grammes de MEMS systèmes de navigation inertielle ont été développés en utilisant la recherche, la production de contrôleur automatique multi-rotor pour devenir une réalité. Cependant, en raison de la puissance de calcul à puce unique limitée dans le temps, pas assez pour répondre aux besoins complexes des algorithmes de contrôle de vol automatique multi-rotor, multi-rotor seulement d'une manière unique dans le domaine de la consommation sur le marché du jouet. De 2005 à 2010, la société allemande a lancé Microdrones MD4 série de système de drones à quatre rotor sur le marché mondial des drones réussite professionnelle. Sur le plan académique, après 2005, le développement rapide de la demande d'avions quatre rotors, les chercheurs universitaires plus ont commencé à étudier le multi-rotor, ce qui rend certaines contraintes goulot d'étranglement du système multi-rotor progressivement résolu, l'intégration de drones multi-rotor, miniaturisation , la modularité, la normalisation, l'automatisation est améliorée rapidement. Surtout les deux dernières années, un grand nombre d'applications de terminaux mobiles accéléromètre, gyroscope, capteur géomagnétique, MEMS capteurs inertiels augmentent de grande échelle, une plus grande intégration, réduire les coûts, une forte impulsion au développement de la technologie des drones multi-rotor. À l'heure actuelle, la Chine a un certain nombre d'entreprises privées dans la production de drones multi-rotor, et occupent un marché international considérable.
Plus de 1,2 rotor caractéristiques de drones
Par rapport aux véhicules aériens sans pilote à voilure fixe et d'hélicoptères sans pilote, drones multi-rotor présente les caractéristiques suivantes:
En ce qui concerne la manipulation, le contrôle des drones multi-rotor est le plus simple. Il n'a pas besoin d'une piste peut décoller et atterrir verticalement, vol stationnaire dans l'air après le décollage peut être.
En termes de fiabilité, de meilleures performances multi-rotor. UAV multi-rotor sans pièces mobiles. Cela dépend essentiellement de la fiabilité de la fiabilité du moteur sans balais, la fiabilité est relativement élevée.
Cependant, multi-rotor possède également son propre goulot d'étranglement de développement. Sa structure simple et le mouvement dépendent de la vitesse de l'hélice changement en temps opportun, pour régler les forces et les moments. La façon ne doit pas être étendue à plus grande taille multi-rotor. Bien sûr, la capacité de charge multi-rotor peut être augmentée en augmentant la méthode de la lame, mais cette méthode peut réduire considérablement la fiabilité, la maintenabilité et la vie de. Pour diverses raisons analyse a montré que le développement le plus avantageux des micro et petites UAV multi-rotor est .
Par exemple, quatre principaux paramètres de performance d'un rotor de micro-drone: poids maximum au décollage de 5550 g; charge utile maximale de 1200 g, le poids de la cellule 1750 g, le temps vide d'environ 40 minutes (lorsque la charge utile 500 g) ; taux de montée était de 7,5 m / s, la vitesse de croisière de 15,0 m / s, l'environnement du vent de 9 m / s, l'altitude maximale de 1000 m d'altitude maximale de travail 4 m 000; 4 x 250 disque de configuration de puissance W brushless moteur à entraînement direct, le système de navigation DGPS; control: commande à distance, la télécommande du réseau GSM, le pilote automatique.
1.3 problèmes existants dans les applications de communication
Micro et un petit système de drones multi-rotor à maturité. En raison de sa facilité faible portable pour décoller et atterrir des exigences environnementales, l'exploitation simple et nécessitant peu de soutien à la formation, aucune des caractéristiques de premier plan de la coordination de l'espace aérien, la photographie aérienne, la surveillance, express livraison et d'autres zones civiles rapidement, également utilisé avec succès dans la reconnaissance militaire le suivi et la cartographie géographique.
Cependant, étant donné que le drone miniature classique multi-rotor en utilisant la batterie, autonomie de la batterie est très limitée. Hang time est généralement monté à environ 1 kg tâche des conditions de charge moins de 1 heure. Bien que le mode multi-cadre se UAV travail est également une solution, mais la protection sera grandement réduite. Dans l'environnement tactique réel, puisque le micro-rotor multi-relais de communication de drone ne peut pas fournir une protection durable, par des noeuds de relais de communication directe n'ont pas la construction pratique essentiellement.
Par conséquent, pour UAV multi-rotor pour les communications sans fil relais, problème d'endurance durable doit être résolu. Département de l'utilisation des drones récents multi-rotor de suspension de façon tethered câble d'alimentation au sol pour réaliser un travail d'endurance continue multi-rotor a ouvert de nouvelles idées pour l'application du multi-rotor drones tactiques de communication.
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fonctionnement et les caractéristiques attaché UAV multi-rotor
2.1 Composants du système
Multi attaché UAV rotor est prise captif et module de puissance ultra-léger à bord de système de câble composite photo-électrique, relié à la masse d'alimentation électrique, au lieu de la batterie de bord d'origine dans le drone multi-rotor général. Comme représenté, le système se compose essentiellement de: une pluralité de giravion, la charge utile (y compris l'antenne), l'alimentation électrique de bord, attache composite ultra léger, le mécanisme de rétraction d'attache et de l'équipement électrique du sol.
2.2 Principe et la performance
L'amélioration de clé attaché UAV rotor est augmentée pluralité de système d'alimentation d'amarrage, le principe de base illustré à la figure 2 . Le rez-de-chaussée 220 V AC puissance est convertie dans le système à haute pression pour la transmission du câble d'alimentation à bord, puis converti dans la charge utile de l'aéronef par l'alimentation. En plus de l'attache de ligne d'alimentation électrique, il y a deux fibres monomodes, peuvent être utilisés pour la communication de signaux à large bande entre le sol et l'équipement de charge utile de la mission en vol.
efficacité de puissance de chaussée de la section de module de correction de facteur de puissance allant jusqu'à 95%, le courant de sortie nominal de l'aéronef et une charge 28 d'alimentation V en courant continu de 40 A (sortie 1120 W).
La lumière provenant des fils attache intégré optoélectronique 2, 2 serré B1.1 fibre monomode et d'aramide torsadés ensemble, l'âme du câble est une veste lâche de polyéthylène. 100 N attache peut résister à la tension, le conducteur résistance en courant continu inférieure à 0,094 / m, la tension intermédiaire noyau 1000 V isolant, et pèse environ 11 g / m.
Onboard module d'alimentation de la batterie remplace une partie du vol libre sans pilote à quatre rotors d'origine de l'aéronef, la puissance de crête allant jusqu'à 1500 W, jusqu'à un rendement de 90%. À bord module d'alimentation conserve également une petite capacité de la batterie au lithium, pour fournir le système d'alimentation accidentelle coupure d'alimentation d'urgence ou d'amarrage panne de courant de terre se produit à l'avion, l'avion pour assurer qu'il y ait suffisamment de temps pour atterrir en toute sécurité vers le sol. module de puissance entière Airborne est fixée, conjointement avec des ailettes sur le poids total de la structure de boîtier ne dépasse pas 1200 g.
Payload y compris le poids de la charge utile, et les lignes d'amarrage utilisées au sol à partir du poids de l'avion. La longueur attache par unité de poids 11 g / m peut être monté attache longueur obtenue dans des conditions différentes de tâches en poids de charge, à savoir la hauteur maximale du rétentat comme indiqué dans le tableau 1. Vu, lorsque l'altitude de vol captif 100 m, la capacité de charge utile effective est d'environ 1 kg.
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amarrage Application UAV multi-rotor en communication militaire
3.1 besoins militaires
Future Combat poursuite des systèmes d'intégration d'une communication véritablement mobile, le commandement opérationnel des warfighters mobiles dans le réseau mobile à large bande, transparente connexion haut débit entre les plates-formes de combat à partager l'information. Cependant, dans le réseau de communication terrestre entre la connectivité en conflit, la mobilité et une grande capacité, améliorer les performances de l'une des parties limitera la performance des deux autres jeux, intégré pour améliorer la connectivité, la mobilité et la capacité élevée sont confrontés au développement des communications militaires le principal défi. Les communications par satellite et de l'air moyenne noeud de communication de drones peuvent résoudre efficacement le conflit entre la couverture de communication militaire, et le déplacement d'une grande capacité. Cependant, en raison de satellites de ressources limitées, les véhicules aériens sans pilote et moyenne atterrissage, exigeant des conditions de sécurité, incapables de répondre à la forte infanterie légère motorisée, opérations spéciales, aéroporté, Brigade Marine Corps sur la partie avant (points) équipes fin communications tactiques prennent en charge les exigences.
Vu par l'analyse ci-dessus, multi-rotor attaché UAV compact et léger, est montée une charge de 1 kg environ de la capacité à rester dans le système de la hauteur de vol stationnaire à 100 m, et l'utilisation d'un travail continu de l'alimentation au sol, sans limitation de vie, et rapidement ouvert sans avoir à demander l'espace aérien, opération simple garantie, est une très bonne plateforme de relais de communication.
La communication devrait couvrir 3.2
L'extension de la plate-forme de relais sans fil est obtenue en élevant la ligne de dispositif de communication de la vue, un non-ligne de changement de canal de propagation à vue est la ligne de canal de propagation à vue, ou pour obtenir une amélioration de la couverture de la distance de communication. Typiquement, avec la ligne de hauteur de lancement de visée augmente, les conditions de propagation correspondants sont également améliorés de manière plus significative. Considérez l'effet de réfraction de la formule, la ligne de vue est le suivant:
Dans lequel, en tant que ligne do de la vue, l'appareil est km; h1 et h2 les deux extrémités ou une antenne hauteurs, les deux unités m.
Dans une surface plane idéale, si les deux dispositifs de communication sont utilisés hauteur de l'antenne de communication portable à 1,5 m, la ligne théorique de la vue est de 10,1 km. Lorsque le multi-rotor attaché UAV plate-forme portée à 100 m que l'on utilise, pour la ligne de visée pour améliorer 46,2 km.
ligne de limite de distance de visibilité que dans des conditions idéales de communication, mais dans l'application pratique, par le dispositif de communication des conditions de terrain, les spécifications de conception affectant la charge de la communication. Dans un système de communication mobile, la mesure de l'intensité Okumura est basée sur un grand nombre de jeux, après analyse des données et un traitement statistique, décrit le modèle de prédiction de la perte de la distance classique de propagation des ondes, la relation entre la fréquence et une hauteur de l'antenne de la propagation des diverses caractéristiques du terrain. Voici les communications radio militaires tactiques typiques, par exemple, l'utilisation d'estimations basées sur les spécifications de conception typique après l'amarrage de drone multi-rotor équipé d'une couverture de communication dans des conditions de terrain, et non sur le sol effectué en utilisant la couverture de communication lorsque le contraste.
US-service actif radio tactique, les trois indicateurs principaux d'un des dispositifs RF typiques comme indiqué dans le tableau 2. Pour faciliter le calcul, la fréquence de fonctionnement est évaluée fréquence maximale de fonctionnement de chaque appareil. Puissance et l'antenne index prend en compte la plate-forme classique de drone multi-rotor peut transporter puissance.
Okumura régions métropolitaines terrain quasi plat comme une perte de chemin de référence, les facteurs à modifier à différents environnements de propagation et les conditions de terrain, comme un facteur de correction. Les calculs de base sont les suivants:
perte de propagation libre:
Lorsque, Am (f, d) est la plus grande ville de la station de base lorsque la hauteur hb de l'antenne de 200 m, l'antenne station mobile hm de la hauteur est de 3 m, la perte de valeur de l'espace libre relative; Hb (hb, d) la hauteur de l'antenne de station de base facteur de gain, à savoir la hauteur réelle par rapport à l'antenne de la station de base du gain d'antenne standard de hauteur de 200 m; Hm (hm, f) la hauteur du facteur de gain pour la station mobile. Am (f, d), Hb (hb, d) et Hm (hm, f) peuvent être dans une littérature de graphe de modèle est obtenu.
Dans la valeur du relief quasi-plane de la perte de trajet est basé sur une variété de facteurs pour les différents environnements de propagation et un terrain irrégulier, être corrigée par le facteur de correction, on peut obtenir la valeur de l'affaiblissement sur le trajet en terrain irrégulier et l'environnement. La banlieue, les collines, les zones de terrain et de mélange formule de calcul de la valeur de perte de trajet de l'eau, respectivement:
Ce qui, Kmr, Kh, Ks sont les banlieues, les collines, la terre et mixte facteur de correction de terrain de l'eau.
Sur cette base, chacun de l'indicateur de charge de communication de fréquence radio, comprenant une puissance d'émission P, le gain de l'antenne (gain d'antenne de couverture GT et l'antenne de gain GR réception), la sensibilité du récepteur S et similaires, pour couvrir les différents appareils à différentes distances dans différents environnements de propagation disponibles marge lien:
Dans la formule, L pour sélectionner la formule de calcul de la perte de lien approprié, comme L L urbain, suburbain, surface L et similaires, en fonction de la scène.
Lorsque, dans la formule (7) A = 0, la valeur correspondante de la distance d est la limite du rayon de couverture dans des conditions correspondantes.
Okumura base, énumérés dans le tableau 2 pour trois couverture de communication radio de communication tactique typique de 100 m de conditions estimer. Maintenant, par modèle Okumura tableau de correspondance, le calcul dans la formule (7) pour donner de la côte (rapport amphibie 100), le rayon de couverture de communication de banlieue, urbain, 50 m et les collines de hauteur d'élévation 100 m terrain accidenté cinq conditions différentes valeur attendue, comme représenté sur la Fig.
Selon la littérature obtenu dans un résultat limite de distance de communication de station au sol semblable prévu, lorsque trois types d'appareils sont sous divers contraste de relief des deux côtés sur le sol communiquant avec un rayon de communication 100 m couverte unilatérale, 4 Fig.
On voit d'après la comparaison de la figure 4, l'influence du terrain sur la distance de communication augmente à mesure que l'augmentation de la différence de hauteur d'ondulation;. Dans les mêmes conditions du terrain, la distance de communication ou d'une radio tactique fréquence supérieure large bande passante est faible. Par rapport à la communication terrestre, en utilisant un lancement attaché de drones multi rotor 100 m ont amélioré la couverture des divers sous terrain, pour élargir le rayon de couverture d'au moins quatre fois. Comparaison des différents types d'effets tactiques de couverture radio vues sur un terrain côtier, urbain ou accidenté, le terrain est plus complexe pour améliorer l'effet est plus évident, qui doit lancer surmonter efficacement le terrain de blocage sur la propagation du signal, pour obtenir une ligne directe de propagation de la vue.
3.3 caractéristiques d'application et les tendances de développement
Tethered compact drone multi-rotor peut être véhicules légers portables homme, peuvent également être utilisés pour la charge, très peu d'entretien et site d'atterrissage, idéal pour les petites unités de combat de l'escouade de peloton motorisés. scénarios de combat principaux comprennent:
(1) l'amélioration de la couverture de communication de l'intérieur de l'unité de combat. L'utilisation des stations d'amarrage UAV multi-rotor en unités de combat membre apprécié de (comme chef d'équipe) augmente, la formation de nuds dominants pour obtenir une connexion fiable aux autres membres, constituent une étoile réseau entièrement connecté, pour résoudre en raison de l'occlusion provoquée par le terrain les problèmes de mauvaise communication entre les membres des unités de combat à l'intérieur.
(2) en tant que lien de communication entre les unités de combat de collaboration horizontales. Lorsque vous avez besoin de communiquer et de collaborer entre les unités de combat, mais à cause de la distance ou du terrain affectent la connexion directe ne peut être établie, les unités peuvent être sanglées drones multi-rotor équipé d'une radio élevée, l'établissement de liens de communication entre les unités de combat BVR , transversalement à réaliser une communication de coopération entre l'unité de combat.
(3) l'information que le trajet de retour. La distance actuelle à partir des unités de combat lorsque le bloc d'obstacles ne peut pas communiquer directement à l'arrière de l'infrastructure de communication ou voie de transmission sans fil, peut être attaché UAV multi-rotor équipé d'une radio élevée à établir un pont entre des unités de combat et à l'arrière de l'infrastructure obtenir des informations et retour opérationnel.
À l'heure actuelle, la capacité de charge limitée de l'appareil de relais de communication UAV multi-rotor, peut être montée en poids ne peuvent généralement pas être supérieure à 2 kg. Ainsi, la plupart des communications radio tactiques ne portent directement, léger doit être améliorée. Dans la conception de rotor multi-plate-forme de relais attachés UAV communications, et également pour minimiser les interférences électromagnétiques système de puissance de rayonnement de mouillage de drone, la charge communication éviter toute interférence, affectant l'effet de la communication.
Le futur proche, avec le développement de la technologie UAV, l'efficacité des drones multi-rotor, la capacité de charge et la stabilité sera encore renforcée, la capacité de charge utile de communication plate-forme de relais de communications captives de drones multi-rotor, hauteur lancé , la couverture de communication est améliorée, et le réseau ad hoc pour réaliser un multi-linge, une configuration multicanaux machine flexible, en liaison avec le tronc de réseau d'accès sans fil caractéristiques robustes telles qu'une faible altitude réseau de communication tactique.
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conclusion
Laissez le système d'alimentation par le système d'installation, nous pouvons résoudre le problème de l'endurance soutenue des applications de drones multi-rotor dans le domaine des communications tactiques pour créer les conditions pour. Le multiple communication interne attaché UAV Internet du rotor en tant que relais de communication pour améliorer la couverture radio tactique, il peut être appliqué à une unité de combat motorisé, et la transmission de la communication latérale d'une communication sur le dos, amélioré de manière significative la capacité de commande opérationnelle. Avec la poussée des technologies connexes, basse altitude réseau de communications tactiques de l'avenir attacha multi-rotor UAV plate-forme se compose des perspectives de développement ne doit pas être sous-estimés.
