無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用在無(wú)人駕駛飛行器

無(wú)人駕駛飛行器，尤其是無(wú)人機(UAV)的運用進(jìn)一步推高了對無(wú)線(xiàn)數據的需求，同時(shí)也對頻譜的利用起著(zhù)推動(dòng)作用。 在國防領(lǐng)域，目前有大量的各類(lèi)飛行器在役，從Northrop Grumman公司全球鷹等大型平臺到Aerovironment公司大烏鴉無(wú)人機等小型平臺系統，應有盡有。 對于這些飛行器來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和衛星通信鏈顯然是一個(gè)主要要求，業(yè)內專(zhuān)門(mén)為這些系統制定了波形和標準，包括小型無(wú)人機系統數字數據鏈(SUAS DDL)波形。 借助這樣的波形，不但可以實(shí)現對小型無(wú)人機的控制，更重要的是，還能將機載傳感器網(wǎng)絡(luò )發(fā)來(lái)的數據和視頻信息傳到控制器。 利用該網(wǎng)絡(luò )可以更加靈活、更加有效地收集現場(chǎng)情報。 然而，這些平臺功率有限，并且在可用帶寬有限且要求多個(gè)系統在同一頻段工作的情況下，它們推高了對通信鏈中所用收發(fā)器的需求。

圖2 AD9361ADF7203S收發(fā)器

盡管?chē)拦I(yè)在無(wú)人機系統領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但大量報道顯示，許多商業(yè)系統和運營(yíng)商計劃將來(lái)采用無(wú)人機技術(shù)，據報道，亞馬遜、谷歌等公司正在開(kāi)發(fā)這些系統。 諸如此類(lèi)的商業(yè)活動(dòng)同樣要求無(wú)線(xiàn)和安全數據鏈。 隨著(zhù)這一市場(chǎng)領(lǐng)域的發(fā)展，分配頻譜需求將繼續水漲船高，進(jìn)一步推高對高級通信收發(fā)器的需求。

進(jìn)一步深入航空航天領(lǐng)域，在如今商用飛機上，無(wú)線(xiàn)寬帶通信系統大行其道，如此一來(lái)，乘客就可在飛行途中通過(guò)WiFi訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。 目前，對這些服務(wù)的需求及其延伸必將延續下去，大量利用衛星通信以在全球實(shí)現寬帶連接。 除這些發(fā)展動(dòng)向以外，航空航天市場(chǎng)已開(kāi)始主動(dòng)尋求將無(wú)線(xiàn)技術(shù)引入一系列其他應用領(lǐng)域。 業(yè)內已開(kāi)始主動(dòng)評估無(wú)線(xiàn)傳感器的應用價(jià)值，以期提高安全性和燃油效率。 通過(guò)降低飛機重量，可以提高燃油效率，為此，對傳感器技術(shù)以及傳感器之間的互聯(lián)選擇也在進(jìn)行嚴格審核。 在現代高級軍用和商用飛機中，所用線(xiàn)纜可能多達100,000條，長(cháng)度可能超過(guò)470米，重量可能高達of 5,700公斤，這還不包括結構固定點(diǎn)的基礎設施和導線(xiàn)，這些可能再增加30%。 雖然用無(wú)線(xiàn)傳感器取代所有這些的可能性不大，但由企業(yè)、學(xué)術(shù)界和政府機構成立的合作組織航空航天飛行器系統研究所(AVSI)已著(zhù)手對這種可能性展開(kāi)研究。 AVSI成立了一個(gè)工作組，專(zhuān)門(mén)研究無(wú)線(xiàn)航天電子內部通信(WAIC)技術(shù)，其目標是在不使用電纜和線(xiàn)束的情況下，把多種多樣的飛機傳感器相互連接起來(lái)。

圖3 可能的無(wú)線(xiàn)傳感器互聯(lián)系統

盡管在這種應用中，無(wú)線(xiàn)傳感器無(wú)疑會(huì )減輕重量，傳感器網(wǎng)絡(luò )還能帶來(lái)其他好處，包括可再配置能力，可能還有利于提高安全性，但更重要的可能是，無(wú)線(xiàn)傳感器還能快速添加和升級傳感器，無(wú)需增加布線(xiàn)和基礎設施。 對飛機上更多功能進(jìn)行監控和調整的能力有可能大幅提高效率，因為可以實(shí)時(shí)調整發(fā)動(dòng)機、熱管理系統等組件。 此外，添加設備健康監控和額外的安全監控功能以后，可以更加密切地監控維修和保養需求，從而及早發(fā)現問(wèn)題，并更加有效地安排維修工作。 WAIC工作組列出了可能從該技術(shù)受益的多種系統：

● 煙霧檢測

● 油箱/燃料管線(xiàn)

● 近程檢測

● 溫度

● EMI事故探測

● 濕度/腐蝕檢測

● 機艙壓力

● 緊急照明

● 結冰探測

● 起落裝置(位置反饋、制動(dòng)器溫度、胎壓、輪轉速、轉向反饋)

● 飛行控制位置反饋

● 艙門(mén)傳感器

● 發(fā)動(dòng)機傳感器

● FADEC-飛機接口

● 飛行數據

● 發(fā)動(dòng)機預測

● 飛行甲板和機艙乘員圖像/視頻(安全相關(guān))

● 航空電子通信總線(xiàn)

● 結構健康監控/結構傳感器

● 主動(dòng)振動(dòng)控制

在上述多個(gè)例子中，為飛機系統監控功能添加無(wú)線(xiàn)通信鏈是難上加難。 為了切實(shí)有效，許多系統需要用電池供電，并且需要超長(cháng)時(shí)間工作，甚至可能長(cháng)達數年不更換。 要在功率有限的環(huán)境中達到所需傳感器量，就要采用傳統電池以外的能源。 用能源采集技術(shù)作為替代電源，有利于提高傳感器的靈活性，有利于改善SWaP。