канд. техн. наук, доцент Ташкентского государственного транспортного университета, Узбекистан, г. Ташкент
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:
- Закиров В.М., Аметова А.А., Оценка качественных показателей процесса обслуживания железнодорожного транспорта // The Scientific Heritage. – 2021. – № 66-1 (66). – С. 36-39.
- Дятлов А.П. Системы спутниковой связи с подвижными объектами: Учебное пособие. Ч.1. Таганрог. ТРТУ. 2004. 95 с.
- 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.
- Курбанов Ж.Ф., Колесников И.К, Яронова Н.В. Современная цифровая связь железной дороги // The Scientific Heritage. – 2020. – № 55-1(55). – С. 23-26.
- Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Подвижная связь 5G // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 5. – С. 8-12.
- Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Стандартизация требований для систем беспроводной связи // Автоматика, связь, информатика. – 2020. – № 4. – С. 38-42.
- Роенков Д.Н., Плеханов П.А. Технология MIMO для подвижной связи 5G // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 8. – С. 21-25.
- Роенков Д.Н., Яронова H.В. Атмосферные оптические линии связи // Автоматика, связь, информатика. – 2016. – № 11. – С. 7-10.
- Роенков Д.Н., Яронова H.В. Технология "стриж" и перспективы ее применения // Автоматика, связь, информатика. – 2017. – № 9. – С. 9-12.
- Роенков Д.Н., Яронова H.В. Квантовые линии связи // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 9. – С. 23-28
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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).
- 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.
- 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.