无线技术应用在无人驾驶飞行器

出处：EDN 发布于：2015-04-21 10:05:05

　　无人驾驶飞行器，尤其是无人机(UAV)的运用进一步推高了对无线数据的需求，同时也对频谱的利用起着推动作用。在国防领域，目前有大量的各类飞行器在役，从Northrop Grumman公司鹰等大型平台到Aerovironment公司大乌鸦无人机等小型平台系统，应有尽有。对于这些飞行器来说，无线网络和卫星通信链显然是一个主要要求，业内专门为这些系统制定了波形和标准，包括小型无人机系统数字数据链(SUAS DDL)波形。借助这样的波形，不但可以实现对小型无人机的控制，更重要的是，还能将机载传感器网络发来的数据和视频信息传到控制器。利用该网络可以更加灵活、更加有效地收集现场情报。然而，这些平台功率有限，并且在可用带宽有限且要求多个系统在同一频段工作的情况下，它们推高了对通信链中所用收发器的需求。

图2 AD9361&ADF7203S收发器

　　尽管国防工业在无人机系统领域处于地位，但大量报道显示，许多商业系统和运营商计划将来采用无人机技术，据报道，亚马逊、谷歌等公司正在开发这些系统。诸如此类的商业活动同样要求无线和安全数据链。随着这一市场领域的发展，分配频谱需求将继续水涨船高，进一步推高对通信收发器的需求。
　　进一步深入航空航天领域，在如今商用飞机上，无线宽带通信系统大行其道，如此一来，乘客就可在飞行途中通过WiFi访问互联网。目前，对这些服务的需求及其延伸必将延续下去，大量利用卫星通信以在实现宽带连接。除这些发展动向以外，航空航天市场已开始主动寻求将无线技术引入一系列其他应用领域。业内已开始主动评估无线传感器的应用价值，以期提高安全性和燃油效率。通过降低飞机重量，可以提高燃油效率，为此，对传感器技术以及传感器之间的互联选择也在进行严格审核。在现代军用和商用飞机中，所用线缆可能多达100,000条，长度可能超过470米，重量可能高达of 5,700公斤，这还不包括结构固定点的基础设施和导线，这些可能再增加30%。虽然用无线传感器取代所有这些的可能性不大，但由企业、学术界和政府机构成立的合作组织航空航天飞行器系统研究所(AVSI)已着手对这种可能性展开研究。 AVSI成立了一个工作组，专门研究无线航天电子内部通信(WAIC)技术，其目标是在不使用电缆和线束的情况下，把多种多样的飞机传感器相互连接起来。

图3 可能的无线传感器互联系统

　　尽管在这种应用中，无线传感器无疑会减轻重量，传感器网络还能带来其他好处，包括可再配置能力，可能还有利于提高安全性，但更重要的可能是，无线传感器还能快速添加和升级传感器，无需增加布线和基础设施。对飞机上更多功能进行监控和调整的能力有可能大幅提高效率，因为可以实时调整发动机、热管理系统等组件。此外，添加设备健康监控和额外的安全监控功能以后，可以更加密切地监控维修和保养需求，从而及早发现问题，并更加有效地安排维修工作。 WAIC工作组列出了可能从该技术受益的多种系统：
　　● 烟雾检测
　　● 油箱/燃料管线
　　● 近程检测
　　● 温度
　　● EMI事故探测
　　● 湿度/腐蚀检测
　　● 机舱压力
　　● 紧急照明
　　● 结冰探测
　　● 起落装置（位置反馈、制动器温度、胎压、轮转速、转向反馈）
　　● 飞行控制位置反馈
　　● 舱门传感器
　　● 发动机传感器
　　● FADEC-飞机接口
　　● 飞行数据
　　● 发动机预测
　　● 飞行甲板和机舱乘员图像/视频（安全相关）
　　● 航空电子通信总线
　　● 结构健康监控/结构传感器
　　● 主动振动控制
　　在上述多个例子中，为飞机系统监控功能添加无线通信链是难上加难。为了切实有效，许多系统需要用电池供电，并且需要超长时间工作，甚至可能长达数年不更换。要在功率有限的环境中达到所需传感器量，就要采用传统电池以外的能源。用能源采集技术作为替代电源，有利于提高传感器的灵活性，有利于改善SWaP。