无人机械无线遥控与无线图传技术浅析@Like

无人机械无线遥控与无线图传技术浅析@Like

（2020-09 ）

一、 某无人机械遥控系统需要分析

某无人机械远距离遥控系统主要用于危险地段，比如塌方的山区进行无人远程操纵作业的系统。这样的遥控系统主要有无人机械电子操作技术和远距离无线通信技术两大关键技术需要攻克。无人工程机械电控操作已目前有较成熟的技术，而远距离无线通信技术是需要研究的主要技术点。基于作业环境需要非视距在1~2公里的距离进行遥控操作。主要通信信息为高清视频信号单向传输和操作信息的双向交互。为了达到非视距可视化操作场景，需要在机械上原目视点位置安装高清摄像头且可360度云台操纵，另可考虑安装第二摄像头用于扩大可视区域实现更好的远程可视化操作，另可考虑机械上安装姿态传感器，远程实时监测机械所处的姿势，设置边界避免机械发生倾覆等危险状态，另可考虑安装北斗WX定位系统，实时监测机械所处的位置，遥控远端可展示2D或3D态势。为了能清晰的看清操作场景视频传输需要达到1080P的实时图像质量，基于现有可达的技术条件图像延迟不大于300ms，要达到这个传输质量传输速率至少需要4Mbps以上，监控图像是单向传输的。为了能收到机械的各种状态和工作参数及远程控制机械动作，必须能在机械和控制端实现双向数据传输，传输速率100Kbps, 信息传递延迟不大于100ms。

二、 无人工程机械无线控制技术现状

目前挖掘机等工程机械可用无线控制技术大概有近距离、远距离、远程控制几种。

近距离一般控制范围在100m内，在人工目视的情况下操作机械工作，一般采用近距离RF无线射频技术只传输控制信号，传输速率只有几十K比特每秒。这种控制只适合于人工操作不安全的近距离目视情况下的操作。这种无线产品成本比较低，一套收发器可控制在几百元内。

远距离一般是指控制范围在200m~2000m内，这种范围已经无法目视操作，必须在机械上增加视频摄像头，通过图像传输技术，把机械周边图像远距离传到操作端进行控制，一般采用WLAN、COFDM、FDD等技术，图像传输速率需要达到4M比特每秒以上，控制信息传输速率只需几百K比特每秒。这种控制可以用于工程机械野外的远距离控制，可通过增加无线中继来增大距离。这种无线设备成本非常高，一套收发器几万元左右。

远程控制一般是指控制范围大于2000m的距离，达到上百公里甚至更远的控制，论上只要有5G移动网络覆盖的地方就能实现控制。远程控制一般采用4G和5G技术，4G在传输速率特别是传输延迟上有较大缺陷，控制效果不理想，最理想的通过5G网络控制。移动网络控制的前提是机械工作范围必须有网络覆盖，移动基站的覆盖范围只有几百米的限制，所以只能用于特定的场所。这种无线设备一套收发器成本大概几千元。

三、 无人机无线控制技术分析

无人工程机械的无线遥控发展不久，技术成熟度普遍不高，也没有非常普遍的标准化产品出现。与这种技术比较接近的是无人机和无人车的遥控技术，可以采用无人机的无线通信方案，通过优化定制转为工程机械的遥控方案。以下分析无人机无线图传电台和无线数传电台的技术现状。

提到无人机已经是比较普遍的机器，在个人消费、工业领域和军事领域都有非常广泛的应用。由于这些领域不同的应用特点，所采用的无线通信技术也有很大差别。个人消费品主要用于拍摄，空中传输距离在几公里内；工业领域可用于农业、电力、森林、公共安全等，可做为拍摄和特种作业，空中传输距离在几十公里；军事领域主要用于侦察、火力等，空中传输距离要达到上百公里甚至更远，在军事领域采用微波和WX无线传输方式。以下主要分析个人消费民用和工业领域无线传输方式。

个人消费品对成本比较敏感，体积重量要求高，传输距离要求不是太高，目前采用的主流无线传输技术是标准WIFI和定制WIFI，标准WIFI空中距离在200m~1000m，定制WIFI空中可达到4000m~8000m。标准WIFI成本低，几十到几百即可实现，定制WIFI成本上千元。用WIFI的方案优点是成本低，技术成熟度高开发简单，双向高速通信速率达11M比特每秒，比较易于大范围推广应用。它的缺点就是如果在地面使用距离比较难于保证，受环境因素的影响较大。估计地面控制范围在几百米内。

工业领域的无人机甚至部分军用无人机成本要求和体积重量要求都没那么高，但传输距离要求比较远。目前大都采用的单向COFDM+FSK两种无线电台技术，另外还有比较新型的FDD和LTE等双向图传技术。COFDM用于无线图传传输图像信息，FSK用于无线数传传输控制数据。COFDM是工作在300MHz到1.4GHz的宽带无线传输技术，传输速率达到4M到十几M比特每秒，FSK是工作400MHz到900MHz的窄带无线传输技术，传输速率一般几十到几百比特每秒。应用这种技术在地面控制范围可以达到1000m到2000m，视具体环境而定。这种设备单台成本几万元。

四、 可选方案对比分析

可选用的主流无线技术分析：

几种无人机通信方案：

一种无线模块Microhard DDL

Microhard Systems Inc.是一家专业从事远程健壮无线数据设备的设计和制造的公司。Microhard提供4G / LTE蜂窝设备，OEM产品，SCADA无线电。

有三种基本方案可选（5G以下公网排除）:

一是专用WIFI芯片方案，单片成本最低小于1000，带宽足够11Mbps，组网简单，地面距离可能较短几百米，需要实地验证。

二是工业无人机普遍采用的COFDM+FSK，单台成本最高3万多，COFDM视频单向下载4Mbps以上，FSK数据电台300Kbps左右，功能单一，空地距离有保证5公里，山地需要实地验证。

三是FDD/TDD较新的双向高速数据电台，成本居中单台1万多，带宽足够上下12Mbps，完全IP数据组网简单，距离有保证，新技术需要实地验证。

五、 附：某无人机械远程控制产品案例

1、产品介绍

某无人机械远程控制产品采用COFDM+FSK技术方案。可实现1KM高清图传和控制。

1KM通用型高清图控系统要求

2、产品功能

高清图控产品包括遥控器接收机、车端发射机2部分。

1、手持遥控接收机具备图像无线接收、挖掘机控制及控制数据无线传输的能力，数据单独显示的功能。采用箱式设计，采用15.6寸高清显示屏，具备控制高清画面切换及标清画面切换功能。自带5寸数据显示屏，可实时预览车端状态。实现上表客户要求。具备本地视频显示功能也支持一路HDMI信号输出，可外接显示屏显示。内置18A/h锂电池。提供适配器可通过适配器接入市电。

2、车端发射机具备采集2路SDI数字高清信号，并将视频信号无线传输给手持遥控接收机。并能通过CAN总线采集挖掘机状态信息无线传输给手持遥控接收机。也能接收到手持端发过来的控制信息，并将控制信号通过CAN总线输出给挖掘机。挖掘机自己负责控制信号解析；车端发射机自带4路继电器输出。可控制车辆急停。具备一路485云台控制输出；端发射机预留供电口，以供标清发射机供电。输出一组控制口，可控制标清画面切换。预留RS232串口。

3、传输方式：图传和数传采用无线传输方式，通信距离不低于1KM。

3、图传参数

4、数传参数