電網巡檢無人機中繼數據鏈系統的工作模式

林朝輝

【摘 要】文章主要研究了電網巡檢無人機中繼數據鏈系統的工作模式。本文從直通模式、地面中繼模式、地面接入模式、地面中繼接入模式、飛機中繼模式五方面出發對中繼數據鏈系統的工作狀況進行分析，全面研究了無人飛行器中繼數據鏈系統設計的核心問題。文章對無人機的實用化應用具有一定的貢獻性作用。

【關鍵詞】無人飛行器；中繼數據鏈；工作模式；分析

隨著國家電網公司無人機巡檢技術的逐步深化應用，對無人機遠程測控技術提出了更高的要求。架空輸電線路每條饋線動輒20km以上，巡檢無人機在山區崇山峻嶺中穿行，數據鏈被山體遮擋無法通視的情況難以避免，這就要求建立一套性能可靠的無人機中繼數據鏈系統。本文針對福建省電網巡檢無人機的實際應用經驗，提出了幾種無人機中繼數據鏈系統的工作模式。

1 中繼數據鏈系統的直通模式

針對執行巡線任務的任務機距離地面測控車比較近，且沒有障礙物遮擋的情況，任務機可以通過無線鏈路直接與地面車載設備進行數據通信。直通模式工作狀態示意圖如圖1所示。任務機和吊艙拍攝到的兩路視頻信號、任務機遙測數據和吊艙狀態信號經過任務機終端壓縮和調制等處理后，傳輸到地面車載終端。地面車載終端的遙控數據也直接發送到任務機終端，控制任務機的工作狀態。

2 中繼數據鏈系統的地面中繼模式

針對執行巡線任務的任務機距離地面測控車距離超過直視范圍，或任務機與地面測控車之間有障礙物阻隔，任務機無法直接與地面測控車進行數據通信的情況，可以通過地面無線終端進行中繼，輔助完成通信鏈路的數據傳輸功能。地面中繼模式工作狀態示意圖如圖2所示。任務機和吊艙設備采集到的兩路視頻信號、任務機遙測信號和吊艙狀態信號首先通過無線鏈路發送給地面中繼終端，通過地面中繼終端轉發給地面測控車載終端；相反，地面測控車的控制指令也通過地面中繼終端轉發給任務機終端，控制任務機的工作狀態。

地面中繼模式適用于任務機剛飛離地面測控車通視距離的情況，可以通過一次地面中繼完成數據通信。

3 中繼數據鏈系統的地面接入模式

針對采取一次地面中繼方案無法完成數據通信的情況，可以采取地面接入模式實現任務機與地面測控車載終端的數據通信。地面接入模式工作狀態示意圖如圖3所示。任務機和吊艙設備采集到的兩路視頻信號、任務機遙測信號和吊艙狀態信號首先通過無線鏈路發送給地面接入終端，通過接入終端轉變為光纖信號傳輸給地面轉發終端，地面轉發終端最后將信號通過無線鏈路傳送給地面測控車載終端，相反，地面測控車的控制指令也通過地面轉發終端和地面接入終端轉發給任務機終端，控制任務機的工作狀態。主干網絡布點主要依托于輸電線路上配置的光纖電纜，在設有光纖接入裝置地面為主干網布點的支撐平臺。主干網布點主要依據條件有如下三點：地面地面接入終端作用距離；具備光纖接入裝置地面之間的距離；實際地理環境條件。

4 中繼數據鏈系統的地面中繼接入模式

由于山區地形的不確定性，有時需要采用地面中繼接入工作模式。該模式的工作狀態示意圖如圖4所示。任務機和吊艙設備采集到的兩路視頻信號、任務機遙測信號和吊艙狀態信號首先通過地面無線終端中繼、再通過地面接入設備傳輸到地面發射終端，最后通過無線鏈路發送給地面測控車載終端。相反，地面測控車的控制指令也通過地面轉發終端、地面接入終端和地面中繼終端轉發給任務機終端，控制任務機的工作狀態。

5 中繼數據鏈系統的飛機中繼模式

針對僅采用地面中繼或接入的模式無法滿足通信需求的情況，需要在數據傳輸鏈路上增加一臺中繼無人飛機。任務機和吊艙設備采集到的兩路視頻信號、任務機遙測信號和吊艙狀態信號首先通過無線鏈路發送給中繼機，通過中繼機轉發給地面測控車載終端，相反，地面測控車的控制指令也通過中繼機轉發到任務機終端，控制任務機的工作狀態。由于任務機為可移動終端，該通信模式的優點是可以適用于幾乎所有的工作環境，彌補地面中繼無法滿足數據通信的情況。

6 總結

為解決無線通訊由于山峰阻擋、多徑效應、頻率選擇性衰落和輸電線路強電磁干擾等影響，本文設計了一套通訊中繼數據鏈及幾種成熟的應用模式，通過建設地面中繼站，基于空中中繼和光纖相混合的通訊中繼組網方式，能夠有效拓寬無人機巡線的測控距離，滿足超視距復雜環境下無人機電力巡線需求。

參考文獻：

[1] 徐柳華. 無人飛行器影像處理研究及其實現[D].長沙：中南大學信息物理工程學院，2009.

[2] 王建軍，劉波. 適合于硬件實現的無損圖像壓縮[J].光學精密工程，2011，（04）：922-928

[3] 丁明躍，鄭昌文，周成平. 無人飛行器航跡規劃[M].北京：科學出版社，2009.