知識貼丨淺談無人機編隊的數據鏈方案

全球鷹無人機飛行學院（民航局華南地區指定考點）

無人機編隊一直是無人機開發領域的一個難點，本質上是一個路徑規劃問題;各無人機要實現一致的隊列變換，必須要有實時暢通的通訊方式、精確穩定的控制方法、精準正確的位置估計;需要根據無人機數量配置多基站通訊、基站間的通訊、基站與多無人機的通訊，保證儘量同步，同時互相不幹擾。在控制方法上，要保證無人機之間嚴格的避碰，還要保持隊形變換的優美，其中會涉及到空氣動力學、自穩控制、集群協作等技術難點。

無人機編隊要實現一個地面站控制成百上千臺無人機實現集群表演，首先要解決的就是通訊的問題。先看無人機編隊上的數據類型：

1、飛控數據，包括上行控制指令和下行飛控數據;

2、RTK數據：移動端的RTK只需要接收RTK修正數據即可，無需發送數據給基站。主流的有2種處理方式：

(1)基站直接通過無線數傳廣播的形式發送給移動端，這個方案也是目前採用的最多的方式。(2)通過將RTK修正數據通過地面站軟體發送給飛控，飛控發送給移動端。這種方式總的來說是比較冗餘的，好處來說是可以節約一個數傳的成本。

據悉，當前市面上無人機編隊的數據鏈，主要有下面三種方案：

1、採用4G模塊方案

4G模塊一般只有一個可供數據傳輸的串口，因此需要加個MCU晶片，一般加STM32晶片。

使用4G模塊的優勢在於通信簡單，4G模塊可以有效的解決無人機編隊表演組網的問題，因為這個網絡已經通過運營商解決了，同時也降低了通信受幹擾的問題，通信距離也是有保障的。4G網絡有什麼缺陷呢?(1)每臺4G模塊需要配一張SIM卡，SIM卡不方便管理是否正常。(2)經濟性太差，單個4G模塊的價格在150元左右，還需要考慮4G流量的費用。(3)4G信號的高度太差，一般正常的4G信號高度在離地300米左右就會沒有信號。這個高度確實是一個問題，但對於編隊表演來說基本是足夠使用的。(4)4G模塊還有一個問題就是對於基站依賴性特別大，如果某地同時容納的人數太多(現場手機太多)的話，會導致基站處理不過來，這樣會導致4G無法工作。

2、採用P900代替4G模塊方案

全球鷹無人機飛行學院（民航局華南地區指定考點）

P900模塊只有一個可供數據傳輸的串口，因此需要加個MCU晶片，一般加STM32晶片。

地面站上需要加一個P900模塊。

基站直接通過無線數傳廣播的形式發送給移動端，需要將P900模塊設置成點對多點的模式，根據需要傳輸的數據量和P900的空中速率，可以大致估算出能同時控制多少架無人機。

該方案比較簡潔，單個P900模塊的價格在550元左右。

相比第一種方案，缺點就是成本增加很多了。

3、採用Wifi+900HP或SX Pro模塊方案

使用WIFI模塊的優勢在於不用接入網際網路，整個飛機都在區域網中，使用大功率基站WIFI的傳輸距離半徑也可達到400米左右，滿足編隊的應用場景。但是缺點在於2.4G的通信容易受幹擾，尤其是近距離情況下容易被遙控器和2.4G的圖傳設備幹擾，不過拉開距離後這個問題得以解決。此外，WIFI通信的距離有限;不過可以通過增加AP數量來解決。總之，採用WIFI模塊方案，便攜性與經濟性都是十分的可觀。

900HP或SX Pro模塊只有一個可供數據傳輸的串口，因此需要加個MCU晶片，一般加STM32晶片。

地面站上需要加一個WIFI模塊，加一個900HP或SX Pro模塊。

基站直接通過無線數傳廣播的形式發送給移動端，需要將900HP或SX Pro模塊設置成點對多點的模式(可以地面端採用SX Pro，機載端採用SX)，根據需要傳輸的數據量和900HP或SX Pro的空中速率，可以大致估算出能同時控制多少架無人機。900HP或SX Pro模塊，和P900模塊相比，無論傳輸距離、空中速率等指標，都不佔優勢，但是成本上很有優勢，且對於不是超大型的無人機編隊場合，採用900HP或SX Pro模塊已經夠用了，畢竟相比WIFI模塊的傳輸距離，這二者都是佔優勢的。

市面上已有公司採用雙路數傳設計的方式，通過無線和WIFI同時發送RTK修正數據給飛控，飛控解析RTK修正數據後發送給RTK移動站。這樣，在任意一路RTK修正數據發送失敗的情況下，另外一路的冗餘可以保證RTK修正數據能及時的發送給RTK移動站，保障了定位的準確性。