1 つの記事で UAV 通信リンク システムを理解する

UAVとは無人航空機の略称で、無線遠隔操縦装置と独自のプログラム制御装置によって操縦される無人航空機です。技術的な観点からは、無人固定翼航空機、無人垂直離着陸機、無人飛行船、無人ヘリコプター、無人マルチローター航空機、無人パラグライダーなどに分類できます。 ドローンの応用シナリオは多岐にわたります。民間の航空写真撮影、ライン検査、プラント保護、軍事偵察、リレー、ストライキ、警察のパトロール、監視などでよく見かけます。民間 UAV 技術の急速な発展に伴い、UAV プロジェクト開発に投資する企業がますます増えています。

UAV システムは主に地上局、飛行制御、無線通信リンクの 3 つの部分に分かれています。UAV 無線通信リンク システムを見てみましょう。

リンクシステムはUAVシステムの重要な構成要素であり、その主な役割は、地上管制局によるUAVの長距離遠隔制御、遠隔測定、およびミッション情報の伝送を完了するために、空対地双方向データ伝送チャネルを確立することです。リモートコントロールによりドローンやミッション機器の長距離操作が可能になり、テレメトリによりドローンの状態監視が可能になります。

ミッション情報の伝送は、UAV のミッション完了の鍵であり、その品質はターゲットの検出と識別能力に直接関係しています。搭載ミッション センサーによって取得されたビデオ、画像、およびその他の情報は、ダウンリンク無線チャネルを介して測定および制御ステーションに送信されます。

1. ドローンが使用する周波数帯域に関する我が国の規制

UAV の通信リンクには無線リソースの使用が必要です。現在、世界中のドローンが使用するスペクトルは主に UHF、L、C バンドに集中しており、他の周波数バンドには分散して分布しています。現在、我が国の工業情報化部の無線管理局は「無人航空機システムの周波数使用」を予備的に策定し、無人航空機システム用に840.5〜845MHz、1430〜1444MHz、2408〜2440MHzの周波数帯を計画しています。規定内容： 1. 840.5～845Mhzの周波数帯域はUAVシステムのアップリンクリモートコントロールリンクに使用でき、そのうち841～845Mhzは時分割方式でUAVシステムのアップリンクリモートコントロールとダウンリンクテレメトリ情報伝送リンクにも使用できます。 2. 1430〜1446MHzの周波数帯域は、UAVシステムのダウンリンクテレメトリおよび情報伝送リンクに使用できます。そのうち、1430〜1434MHzの周波数帯域は、警察のUAVとヘリコプターのビデオ伝送に最初に使用する必要があります。必要に応じて、1434〜1442MHzの周波数帯域も警察のヘリコプターのビデオ伝送に使用できます。ドローンを都市部に配備する場合は、1442MHz以下の周波数帯域を使用する必要があります。 3.2408～1440MHzの周波数帯域はUAVシステムのダウンリンクに使用できます。無線局が運用されている間は、他の合法的な無線サービスに影響を与えず、電波干渉防止を求めないでください。

2. UAVリンクシステムの構成

UAV リンクの空中部分は、空中データ端末 (ADT) とアンテナで構成されます。航空機搭載データ端末には、RF 受信機、送信機、および受信機と送信機をシステムの他の部分に接続するためのモデムが含まれています。一部の航空機搭載データ端末には、ダウンリンクの帯域幅制限を満たすためにデータを圧縮するプロセッサも備わっています。アンテナは全方向性アンテナを使用しますが、場合によっては利得のある指向性アンテナも必要になります。

リンクの地上部分は、地上データ端末 (GDT) とも呼ばれます。端末には、1 つ以上のアンテナ、RF 受信機と送信機、およびモデムが含まれています。センサー データが送信前に圧縮されている場合、地上データ端末もプロセッサを使用してデータを再構築する必要があります。地上データ端末はいくつかの部分に分けられ、一般的には地上アンテナと地上管制局を接続するローカル データ ラインと、地上管制局内のいくつかのプロセッサおよびインターフェイスが含まれます。

長距離飛行する UAV の場合、地形の障害、地球の曲率、大気の吸収などの要因の影響を克服し、リンクの有効範囲を拡大するために、中継が一般的に使用される方法です。リレー通信を使用する場合、リレープラットフォームと対応する転送装置も UAV リンク システムの一部になります。ドローンと地上局間の動作距離は無線距離によって決まります。

3. UAVリンクチャネル周波数帯域

ドローンから地上から空中へのデータ伝送中、無線信号は地形、物体、大気などの要因の影響を受け、電波の反射、散乱、回折を引き起こし、マルチパス伝播を形成し、チャネルはさまざまなノイズによって干渉され、データ伝送品質が低下します。

計測制御通信においては、動作周波数帯域によって無線伝送チャネルの影響が異なるため、まずはUAVの計測制御に用いられる主な周波数帯域を理解する必要があります。 UAV の測定および制御リンクで使用できる搬送周波数の範囲は非常に広いです。低周波数帯域の機器はコストが低く、対応できるチャンネル数とデータ伝送速度が限られていますが、高周波数帯域の機器はコストが高く、対応できるチャンネル数が多く、データ伝送速度が速くなります。

ドローンリンクアプリケーションの主な周波数帯域はマイクロ波（300MHz〜3000GHz）です。マイクロ波リンクは利用可能な帯域幅が高く、ビデオ画像を送信できるためです。マイクロ波リンクで使用される高帯域幅および高ゲインアンテナは、優れた耐干渉性能を備えています。リンクの種類によって適したマイクロ波帯域は異なります。

一般的に言えば、VHF、UHF、L、S バンドは低コストの短距離 UAV 視線リンクに適しています。X バンドと Ku バンドは中距離および長距離 UAV 視線リンクと航空中継リンクに適しています。Ku バンドと Ka バンドは中距離および長距離衛星中継リンクに適しています。