ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрен вопрос организации передачи данных беспилотными летающими аппаратами. Для решения этих задач было рассмотрено использование сети на базе GPS. Разработана система организации связи БПЛА с помощью беспроводной сети передачи данных.

ABSTRACT

This paper considers the issue of organizing data transmission by unmanned aerial vehicles. To solve these problems, the use of a GPS-based network was considered. A system for organizing UAV communication using a wireless data transmission network has been developed.

Ключевые слова: Беспилотный летательный аппарат, сети на базе GPS, GPS-модуль, приёма – передающий модуль, наземное и бортовое устройство.

Keywords: Unmanned aerial vehicle, GPS-based networks, GPS-module, receiving - transmitting module, ground and on-board device.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все более актуальным становятся применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в различных сферах деятельности [2, 15, 16]. Большинство задач, решаемые при помощи беспилотных летательных аппаратов, требуют наличия высокоскоростных линий передачи информации между БПЛА и наземным комплексом управления (НКУ) [1, 3-14, 17, 18].

Актуальность данной работы заключена в том, что для БПЛА требуется надежный, широкополосный канал связи, который возможен лишь при использовании направленной наземной антенны [5-14, 18]. Точное вычисление координат беспилотных летательных аппаратов является одной из важнейшей задачей при их эксплуатации. Прямая связь в диапазонах СВЧ между БПЛА и НКУ возможна только в пределах прямой видимости, что не всегда подходит для различного ландшафта.  

Прямая видимость между БПЛА и НКУ может быть достигнута за счет:

- увеличения высоты полета БПЛА;

- увеличения высоты подъема наземной антенны [18].

В этом случае передача информации с высокой скоростью на расстояния более 300 км возможна с использованием ретрансляционного оборудования, спутниковых систем связи, стационарных систем передачи информации.

Становится актуальным решение следующих задач:

• реализации функции гарантированной доставки;
• реализации адаптивного снижения разрешения видеопотока в зависимости от актуального бюджета канала связи;
• создание адаптивной системы передачи информации, способной эффективно использовать энергетический и спектральный ресурс канала связи.

Для решения этих задач было рассмотрено использование сети на базе GPS [2].

МЕТОД

В БПЛА установлено соответствующее программное обеспечение на выполнение различных задач в автономном режиме, то есть без участия человека. Большинство комплексов с БПЛА, выполняющие автоматический взлет/посадку, используют в качестве основного навигационного датчика системы глобальной спутниковой навигации GPS.

Как правило, на борту БПЛА имеется как минимум две системы связи:

• дуплексная/полудуплексная – аппаратура служит для передачи командно-телеметрической информации;
• симплексная система – передачи информации полезной нагрузки.

Передача командно-телеметрической информации с НКУ на борт БПЛА производится за частую на низкой скорости, так же, как и передача телеметрической информации с борта БПЛА на НКУ. Аппаратура передачи информации полезной нагрузки предназначена для односторонней высокоскоростной передачи информации полезной нагрузки с борта БПЛА на НКУ.

Базовая станция беспроводной системы передачи GPS обеспечивает привязку координат БПЛА и наблюдаемых объектов по сигналам глобальной навигационной системы. Применение двух приёмников, антенны которых разнесены по строительной оси БПЛА, позволяет определить помимо координат значение его курсовой угол [2, 18]. Основная задача заключается в точном вычислении относительных местоположений между каждой принимающей парой и преобразовании этих измерений в трехмерную ориентацию БПЛА. Для достижения ориентации, подобной инерциальному измерительному блоку, необходимо, чтобы относительные расстояния GPS были точными до нескольких сантиметров, а это весьма трудная задача, учитывая, что сегодня GPS работает только с точностью до 1 ‒ 4 метров. Более того, ориентация на основе GPS должна быть точной даже при резких маневрах БПЛА, блокировке сигнала GPS и внезапных сбоях в отсутствии данных.

Для выполнения поставленной задачи была разработана система, изображенная на рисунке 1

Рисунок 1. Система организации связи БПЛА с помощью беспроводной сети передачи данных

Данная система включает в себя два устройства: наземное и бортовое. Основное их отличие заключается в программном обеспечении, которое делает уникальным каждую часть системы. Оба устройства состоят из микроконтроллера, барометра, Ethernet-модуля, GPS-модуля и преобразователя питания. Блок связан с приемо-передающим модулем через Ethernet (RJ45).

Для повышения надежности комплекса БПЛА на борт устанавливают несколько приёма – передающих модулей (ППМ) различного диапазона и длин волн.

Наземное устройство соединяется с опорно–поворотным устройством (ОПУ), выполняющего наведение антенны на БПЛА.

Наземный и бортовой ППМ отличаются лишь программным обеспечением. Для повышения надежности комплекса БПЛА на борт устанавливают несколько ППМ различного диапазона и длин волн.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Система наведения, позволит обеспечить постоянное наведение и контроль летательного аппарата. Стоит подчеркнуть, что аналогичные задачи имеют особую важность для решения задач маркшейдерии и мониторинга открытых горных работ.

В наше время уже не редки случаи доставки различных товаров и вещей при помощи БПЛА. Возможность быстрой доставки без использования услуг курьера значительно ускорит и удешевит процесс. Подобная практика уже проводится компаниями Ebay и Amazon. Подобная система не имеет отечественных аналогов.

Таким образом, система позволяет вести слежение за подвижным объектом и обеспечивает постоянную работу цифрового канала связи. Погрешность составляет 1-2 метра, что мало отражается на рабочем процессе и точности наведения.

Список литературы:

1. Закиров В.М., Аметова А.А., Оценка качественных показателей процесса обслуживания железнодорожного транспорта // The Scientific Heritage. ­– 2021. – № 66-1 (66). – С. 36-39.
2. Дятлов А.П. Системы спутниковой связи с подвижными объектами: Учебное пособие. Ч.1. Таганрог. ТРТУ. 2004. 95 с.
3. Курбанов Ж.Ф., Колесников И.К, Яронова Н.В. Основы цифровой и интеллектуальной системы железнодорожной связи // The Scientific Heritage. ­– 2020. – № 55-1 (55). – С. 26-32.
4. Курбанов Ж.Ф., Колесников И.К, Яронова Н.В. Современная цифровая связь железной дороги // The Scientific Heritage. – 2020. – № 55-1(55). – С. 23-26.
5. Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Подвижная связь 5G // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 5. – С. 8-12.
6. Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Стандартизация требований для систем беспроводной связи // Автоматика, связь, информатика. – 2020. – № 4. – С. 38-42.
7. Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Технология MIMO для подвижной связи 5G // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 8. – С. 21-25.
8. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Атмосферные оптические линии связи // Автоматика, связь, информатика. – 2016. – № 11. – С. 7-10.
9. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Технология "стриж" и перспективы ее применения // Автоматика, связь, информатика. – 2017. – № 9. – С. 9-12.
10. Роенков Д.Н., Яронова H.В. Квантовые линии связи // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 9. – С. 23-28
11. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «Smart» Электросети с применением инновационных технологий // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 9(90). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12289
12. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «SMART» Network на основе технологии «region - district – city» // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12392
13. Яронова Н.В., Аметова А.А. Построение «Smart» электросети с применением технологии 5G // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12306
14. Яронова Н.В., Шосалманов А.Х., Ходжамов Ш.Ф. Возможности применения на железнодоророжном транспорте технологий беспроводной связи // The Scientific Heritage. ­– 2021. – № 63-1 (63). – С. 69-72.
15. Kolesnikov I.,  Yaronova N.,  Kurbanov J.,  Khusnidinova N.F.,  Intelligent railway transport radio communication based on neural networks // Construction Mechanics, Hydraulics and Water Resources Engineering (CONMECHYDRO 2021).
16. Кurbanov J.B., Yaronova N.V., Sattarov X.A., Khusnidinova, N.V. Model and device for measuring the parameters of the technological radio communication network in the 'on-line' mode in the signaling and communication laboratory wagon // 2020 International Conference on Information Science and Communications Technologies, ICISCT 2020.
17. Yaronova N.V., Ametova A.A., Mirzaeva A.B. Application of computer-aided design systems for calculating the parameters of stationary antennas in the hectometer range // Актуальные научные исследования в современном мире. – 2021. – № 5-1 (73). – С. 107-113.