wifi中继器

无人机通信技术研究

摘要：随着经济的发展，越来越多的人选择在节假日外出旅游，因此一些旅游

景区的人流量短时间内快速增大，单位人口密度增大，所需通讯需求也随之增大，

对地面基站的流量需求在短时安全标识标语 间内急剧增加。因此，文章设计一套临时无人机通

讯系统，使用小型无人机搭载WiFi中继器进行临时通讯，从而缓解地面基站的通

讯压力。该装置主要包括小型无人机、锂电池、WiFi中继器。本装置可以满足增

强临时通信的基本需求，并且系统程序简易，通用性强。在较大范围内所需无人

机的数量少，运行时间长、覆盖面积广、成本低于建设新的基站的成本，部署时

间短，应急性强。

关键词：无人机；无人机通信；通信系统

1无人机通信技术现状

目前，小型无人机的发展方向主要在解决航空效率、解决外业工作、解决应

用单一和提升无人机安全性方面。在解决航空效率方面，李德毅通过升级飞行平

台、开发新的系统来提高航空效率，刘鹏通过研发传感器来提高效率。在解决外

业工作方面，徐传福，车永刚，王正华开发集成双频GPS,IMU,测姿单元的新型飞

控系统，与测姿单位进行联合计算来降低外业工作。在应用单一方面，毕凯通过

让无人机搭载轻小型多视立体航拍仪，小型机载激光雷达，红外热成像仪，来解

决应用单一问题。提升小型无人机的安全性方面，将北斗与无人机系统进行结合

来提高安全性。但是目前研究主要针对提升小型无人机航拍和提高小型无人机安

全性方面而，对使用小型无人机进行临时通信的相关研究并不充分，因此本文设

计一套使用小型无人机搭载中继器的通信系统，旨在利用无人机进行临时通信，

在人口密度过大时降低地面基站的压力，提供人口密度大的地区的临时通信。

2无人机通信技术

2.1无人机的通信控制方式

无人机（UAV）具有不同的操作模式，通常由地面遥控装置控制，而其他的

则由手机APP控制。但是若使用手机APP来控制无人机，由于手机不能单独发送

无人机遥控指令，因此它必须与数字传输和图形传输协作发送，遥控装置则可以

单独发送遥控指令。最传统的通信方式如Wi-Fi图传，技术落后、方式陈旧，使

无人机的安全得不到保障，我国大疆公司的无人机控制技术则是世界首屈一指的，

他们独创的Lightbridge图传，不受传统通信机制的影响，所以在图像传输信号发

生严重延迟的情况下也不用重新发送数据，仍然能将即时的信号发送到监视器上，

即便是有延迟也可以忽略不计，只有150ms左右。当到达该技术的极限距离时，

操作员就会收到来自遥控器的警告信号，当信号丢失时，不会给操作员发送过时

的信息，不会让操作员误以为无人机还在正常飞行，这点是Wi-Fi传输比不上的

优势。不仅仅是Lightbridge技术具有如此效能，还有一种先进图传技术——小型

AV1000-HD数传系统。该系统是纯数字的，采用1080P的清晰度，中频短波频率

点，频段达到150MHz~900MHz，系统具有较强的绕射能力。与2.4G频率点相比，

该系统具有良好的非视觉传输性能，能够得到实时在线、多径同传并提供高速的

数据传输速率，也可满足语音图像传输需求。该系统工作环境涵盖火车、汽车、

穿山隧道、无人机以及矿区工作。

2.2无人机的通信协议

MAVLink（MicroAirLooverLink）是一种专门为无人机通信系统设计的通信协

议。该协议广泛适用于目前主流的各种小型无人机系统，在开发之初就是基于

LGPL开源协议所开发的，是基于串口互联通讯方式所创立的一种更先进、覆盖范

围更广、数据分析处理能力更强的开源通讯协议[1]。MAVlink除了具有规范无人

机与地面站之间互传数据的功能之外，还具有核对校验数据信号的能力。

MAVLink协议的建立除了借鉴CAN总线的设计形式外，更是突破性的以SAEAS-4

标准为标准，最终得以设计出此协议。因为微型无人机飞行速度慢、翼载荷小、

有效载荷小，无法像大型飞机一样使用大型天线，且无人在飞机上操纵，必须将

微型无人机的状态数据实时传回地面。传统的航模空地通信主要依靠2.4GHz遥控

器，需要操作人员具有丰富的经验和极高的技巧。微型无人机需要全双工实时通

信系统，以实现对微型无人机和机上设备的实时控制。加入地面站的飞行控制系

统则可以实现航线规划、自主起降等先进功能。MAVLink协议可以工作在2.4G、

900M、433M波段，兼容传统无线发射设备，能够全双工工作，该协议比较简七夕节图片 单，

可完全满足一般微型无人机的通信需求。当前国内无人机厂商使用的无人机通信

协议很多都基于MAVLink协议进行改进[2]。MAVLink协议的建立和深入应用，为

无人机通信的发展做出了巨大贡献，突破了无人机与其他通信设备之间数据互通

存在的障碍，使设备之间通信更便捷、简练，保障了通信的可靠性、高效性和信

息的安全性。

3无人机通信技术方法应用

由于无人机通信数据量大，需要有大量频谱供其使用，同时面临的电磁环境

往往比较复杂流浪地球读后感 ，所以对频谱管理的要求更高。

3.1频谱高速公路

类比于传统意义的高速公路，“频谱高速公路”就是在一个或多个大带宽的无

线电频谱上，实现无线电业务高速运行、不同用户井然有序工作、无线电频谱高

效利用的“智能系统”。但“频谱高速公路”不能简单地理解为一段大带宽频谱，还

应包括一系列承载着频谱分配、共享、用户接入、系统准入等框架协议的应用系

统。“频谱高速公路”的核心是要通过动态频谱管理，实现各类用户在空间、时间、

频率等多个维度上对大三学年小结 频谱资源的最佳化利用[3]。“频谱高速公路”可以改变现有的

频谱管理概念，对频谱进行更为精细化的管理，用时分和频分编码等技术，从不

同角度提高频谱利用率；改变以往的静态化管理手段，以更为灵活的管理方式，

使频谱用户能够同时使用多种频率；从以往局限于以单个的技术管理向以多种技

术支持管理的方式转变。

3.2多重输入与多重输出（MIMO）系统

多入多出系统，能够在不增加额外带宽的前提下，将数个天线同时布置于信

号的发射、接收端，进而提升通信效率。马可尼是世界上最先发明MIMO技术的

人，MIMO是一个经过验证的技术，它的传输速率高达300Mbit/s，它不仅包含了

信息论和信号处理，还用到了向前纠错编码技术和传播理论[4]。因此，MIMO背

后拥有复杂的数学和时空编码的理论基础。在无人机与其他单元新型信西施传奇 息交互的

过程中，多径效应和频率选择性衰落是造成信号传输低下的主要原因。MIMO技

术的发明解决了以往单一数据流量大、信号传输速率低下等问题。

结束语：

通过使用无人机携带WiFi中继器前往所需通信的地方，可以满足增强信号强

度，加快网络传输速度的基本需求，具有可行性。在较大范围内所需无人机的数

量较少，符合成本低、运行时间长、覆盖面积广的设计目的。无人机运行成本低

于建设新的基站的成本。具有部署时间短，应急性强的特点。本装置的系统程序

简易，具有较高的通用性。

参考文献：

[1]徐珉,胡南.基于蜂窝网络的无人机通信研究[J].移动通信,2017,41(22):23-28.

[2]邹玉龙,姜晓,严培舜,朱佳.下一代无人机群协同通信网络[J].南京邮电大学学

报(自然科学版)药店营业员药品知识 ,2017,37(03):43-51.

[3]宗群,王丹丹,邵士凯,张博渊,韩宇.多无人机协同编队飞行控制研春运客流量 究现状及发

展[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(03):1-14.

[4]闫鲁生,王峰,吴畏,刘向南,谌明,怀其武.无人机激光通信载荷发展现状与关

键技术[J].激光与光电子学进展,2016,53(08):40-48.