近(jìn)年(nián)來(lái)無人(rén)機(jī)作(zuò)為(wèi)專業(yè)工(gōn>λ§g)具、娛樂(yuè)和(hé)空(kōng)中運動比賽變得(de)≈φ'日(rì)益流行(xíng)。無人(ré>¥™ n)機(jī)是(shì) UAV(無人(rén)駕駛飛(fēi)行(xíng)器(qì))的(de)通(tōng→π​)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δδ (jī)等。

    專業(yè)無人(rén)機(j•&★♣ī)應用(yòng)範圍日(rì)漸廣泛，體(tǐ)育賽事Ωλ×&(shì)期間(jiān)的(de)航空(kōng)攝影(y™♦£♣ǐng)不(bù)必依賴昂貴的(de)全尺寸直升機(✘βjī)，房(fáng)地(dì)産經紀人≈  (rén)也(yě)經常使用(yòng)無人(rén)機(≥‌jī)進行(xíng)記錄。無人(rén)機(jī)還(hái‍§α€)可(kě)以發現(xiàn)失蹤人(rén)員(yΩε× uán)，并可(kě)以監測面臨污染風(fēng)險的♣βσ×(de)栖息地(dì)。電(diàn)力公司正在通(tōng)過無人(rén)π₩機(jī)檢查高(gāo)壓線路(lù)，πδ避免了(le)昂貴的(de)停電(diàn)和(hé)危險的(de↔ε♦)人(rén)工(gōng)攀登。即使是(shì)像鐵(tiě)≠Ω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≤↓α)域的(de)軌道(dào)情況。也(yě)有(yǒu)快(k£>™uài)遞公司計(jì)劃通(tōng)過無人(rén)機•π (jī)運送小(xiǎo)包裹。

一(yī)、無人(rén)機(jī)操作(zuò)技(jì)術(shù)

    無人(rén)機(jī)可(kě)以通<©εφ(tōng)過兩種不(bù)同的(de)方式進行(xíng)駕駛;一(yī♠φ׶)種是(shì)通(tōng)過目視(s<∞hì)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(rén)稱視(shì)角(FPV)。₩♣在FPV系統中是(shì)利用(yòng)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(pín)護目鏡 ₽的(de)形式傳輸到(dào)地(dì)面個(gè)人(rén)↓λδ視(shì)頻(pín)顯示器(qì)。

二、視(shì)頻(pín)傳輸無線技(j<σì)術(shù)

    Wi-Fi可(kě)用(yòng)于相(xiàng)當'Ωα短(duǎn)的(de)距離(lí)的(de)信号傳輸。Wi-Fi信号的(↕σ¥<de)範圍可(kě)以從(cóng)300米到(dào) 2000米不(b≤₹ù)等，具體(tǐ)取決于設備和(hé)條件(jiàn)。傳輸範圍會(hu$σ€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R↓₩"₩PSMA 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(yuǎnβπ​)。

環境，周邊樹(shù)木(mù)、建築物(wù)、直接視(shì)線、大(d ↕¥à)氣條件(jiàn)等都(dōu)會(huì)對(duì↑←ε)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(σ✔€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(l♥ε​ái)自(zì)那(nà)些(xiē)飛(fēi)行(xíng)FP₩βV(第一(yī)人(rén)稱視(shìφ≠§)角)的(de)人(rén)，他(tā)們使用(yòng)連接到(dà→§φo)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(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✔קε得(de)5英裡(lǐ)以上(shàng)的(de)站(zhà↑₩∞n)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(yòn δ₩≥g)程序的(de)頻(pín)段可(kě)用(yòn<‌g)性。

2.2 3G/4G頻(pín)段

你(nǐ)可(kě)以使用(yòng)無人(↑∏σ→rén)機(jī)附帶的(de)3G/4G加密狗，進行¥☆>§(xíng)高(gāo)數(shù)據速率的(d≥<©e)無線傳輸。該解決方案可(kě)根據該運營區(qū)域的(de)3α↔✘G/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β≥±站(zhàn)的(de)軟件(jiàn)定義無線電(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)型蜂窩，而且還(hái)用 ♣π(yòng)于工(gōng)業(yè)、商業∑ε≠♥(yè)和(hé)小(xiǎo)型蜂窩的(de)€•無線高(gāo)清視(shì)頻(pín)傳輸。軍事(shì)☆​應用(yòng)，例如(rú)無人(rén)機(jī)(UAV)。你(nǐ)₹δ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∞₩α™)性制(zhì)造合适的(de)硬件(jiàn)，因為(wèi)這(zh≤↑è)些(xiē)收發器(qì)的(de)帶寬高(gāo)達6G‍✔☆Hz。一(yī)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)頻(pín)鏈接的λΩβ✘(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(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(shēnσ≤σg)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(ασde)挑戰，需要(yào)給出有(yǒu)效的(de)解決方案。其中以下♥€↑(xià)兩方面是(shì)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(xiàn)在與無線視(shì)頻(pín)鏈路(lβ≈ù)相(xiàng)同的(de)頻(pín)帶中，它将充★∏當帶內(nèi)噪聲。這(zhè)将會(huì)降低(dī)信噪比，εφ£ 導緻視(shì)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₽​≠èi)另一(yī)架無人(rén)機(jī)λ‌₩≥的(de)視(shì)頻(pín)發射器(qì)、附近(jìn)的'♠¥≈(de)WiFi熱(rè)點或手機(jī)。通(♠βtōng)過選擇一(yī)個(gè)頻(pín)率盡可(kě)能(néng→≈γ∑)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Ω ₹(xiǎo)化(huà)。如(rú)果幹擾源強大(dà)，但←••(dàn)在無線鏈路(lù)的(de)頻(pín)δ±✔≈帶之外(wài)則稱為(wèi)阻塞器(qì™ )。阻塞信号可(kě)以穿透不(bù)充分(fēn)的(de)前端通(tλεδ∞ōng)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₩ε↑(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επ(zá)亂或城(chéng)市(shì)環境中。這(zhè)可(kě)能(né₩™©ng)是(shì)由于反射傳播路(lù)徑抵消了(le)直接傳播路(lù)徑βσλ©。由于與不(bù)同傳播延遲相(xiàng)關的(de)相<σ•>(xiàng)移而發生(shēng)抵消。這(zhè)發生(shēn​ <®g)在接收空(kōng)間(jiān)的(de)特定點，隻需将天線移動不(‌βbù)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πσ∏♥(lù)徑的(de)符号在不(bù)同時(shí)間(jiān✔₹≤)到(dào)達，如(rú)果延遲很(hěnβ≤≤)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。将其用(yòng)于無線視×₩±™(shì)頻(pín)傳輸和(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ε↓☆常是(shì)危險的(de)情況。使用(yòng)頻(pín)♦λ率切換來(lái)保持幹淨的(de)頻(pín)率将使數(shù)據和(h♠≈¥≤é)控制(zhì)連接更加可(kě)靠。當≤™發射器(qì)感應到(dào)擁擠的(de)頻(p₹✔↕ín)率時(shí)，它會(huì)自(zì)動切換到(dào)另一λ÷(yī)個(gè)頻(pín)段。例如(♣↓↕&rú)使用(yòng)該頻(pín)率并在附近(jìn)運行(xíng↕γ≈)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♣>φ(lù)。在上(shàng)電(diàn)期間( ∏©jiān)自(zì)适應選擇載波頻(pín)率或信道(dào)是(shì)高ε∏♣φ(gāo)端無人(rén)機(jī)的(de)優秀特性之一(yī)。

4.2 跳(tiào)頻(pín)

    廣泛用(yòng)于電(dià♥₹×n)子(zǐ)對(duì)抗(ECM)的&γγ(de)快(kuài)速跳(tiào)頻(pín)也( ✔yě)有(yǒu)助于避免幹擾。通(tōng)常如(rú)↓♦☆σ果我們想要(yào)跳(tiào)頻(pín)，PLL需要←♣←(yào)在程序結束後重新鎖定。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)PL↕λ∏L鎖定時(shí)間(jiān)，使跳(tiào↓γ)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(yòng)(>‍↓‌OFDM)是(shì)一(yī)種信号調制(zhì)形式，它将高(gāo)₩λ™♣數(shù)據速率調制(zhì)流劃分(→±δ¥fēn)到(dào)許多(duō)緩慢(mπ♦♦ àn)調制(zhì)的(de)窄帶近(jìn)距離(lí)子(zǐ)載↓≠✘波上(shàng)。這(zhè)使得(de)它對(duì)選擇ק性頻(pín)率衰落不(bù)太敏感。缺點是(shì)峰均功率比高(g¶∞≤&āo)以及對(duì)載波偏移和(hé)漂移的(de)←σ×≤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(d​↓₹e)技(jì)術(shù)，我們将在不(b∞↕σ ù)久的(de)将來(lái)看(kàn✔ €)到(dào)緊湊和(hé)低(dī)成本的(de)高(gāo)清 •FPV系統。降低(dī)成本的(de)關鍵是(shì)提高(♦Ω₩←gāo)片上(shàng)系統的(de)集成度和(£←hé)由此産生(shēng)的(de)高(gāo)産量。當全新的✔≠β(de)收音(yīn)機(jī)、相(xγ∞≈♥iàng)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(xià)一(yī)代蜂窩和(hé)WiFi技(j↕™ì)術(shù)将利用(yòng)動态波束成₽ λ形來(lái)增加系統增益并保持低(dī)幹擾。與更複雜(zá)的(de•' Ω)MIMO一(yī)起，這(zhè)将進一(y¶ ∏☆ī)步提高(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系統。這(zhè)将帶÷€≈來(lái)更高(gāo)的(de)性能(néng)、更大(dà)的(•βδδde)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(rén)機(jī)能(néng)夠應對(duì)≈φ我們目前面臨的(de)更多(duō)挑戰 <£，以及我們尚未想到(dào)的(de)挑戰。