近年來無人機作爲專業工(gōng)具、娛樂和空中(zhōng)運動比賽變得日益流行。無人機是 UAV(無人駕駛飛行器)的通稱，包括許多類型的無人駕駛遙控飛行器，其中(zhōng)有固定翼飛機、直升機和多旋翼飛機等。
專業無人機應用範圍日漸廣泛，體(tǐ)育賽事期間的航空攝影不必依賴昂貴的全尺寸直升機，房地産經紀人也經常使用無人機進行記錄。無人機還可以發現失蹤人員(yuán)，并可以監測面臨污染風險的栖息地。電(diàn)力公司正在通過無人機檢查高壓線路，避免了昂貴的停電(diàn)和危險的人工(gōng)攀登。即使是像鐵路公司這樣的保守行業也在考慮使用無人機來檢查訪問受限區域的軌道情況。也有快遞公司計劃通過無人機運送小(xiǎo)包裹。
一(yī)、無人機操作技術
無人機可以通過兩種不同的方式進行駕駛;一(yī)種是通過目視觀察無人機的視線，另一(yī)種是通過第一(yī)人稱視角(FPV)。在FPV系統中(zhōng)是利用機載攝像機的視頻(pín)圖像，通過無線電(diàn)以屏幕或視頻(pín)護目鏡的形式傳輸到地面個人視頻(pín)顯示器。
二、視頻(pín)傳輸無線技術
Wi-Fi可用于相當短的距離(lí)的信号傳輸。Wi-Fi信号的範圍可以從300米到 2000米不等，具體(tǐ)取決于設備和條件。傳輸範圍會因多種因素而有所不同：
發射器功率，天線越大(dà)，信号輻射越遠，衰減越小(xiǎo);
天線，按電(diàn)源Whip(或電(diàn)線)、Chip、PCB或外(wài)部(通過U.FL或RPSMA 接器)的升序排列;
使用頻(pín)率,通常頻(pín)率越低，信号可以傳播越遠。
環境，周邊樹(shù)木、建築物(wù)、直接視線、大(dà)氣條件等都會對Wi-Fi信号範圍産生(shēng)負面影響。
頻(pín)段，首選5GHz Wifi網絡，該頻(pín)段在市區的幹擾較小(xiǎo)。其他頻(pín)段特性如下(xià)：
2.1 低于1GHz頻(pín)段
常見的解決方案來自那些飛行FPV(第一(yī)人稱視角)的人，他們使用連接到900 MHz的簡單模拟攝像機。使用帶有苜蓿葉天線(一(yī)種普通天線類型)的1W 900MHz發射器和指向您的飛行器的18dB增益的貼片天線，可以輕松獲得5英裏以上的站點線。這取決于一(yī)個人想要操作的區域以及使用此類應用程序的頻(pín)段可用性。
2.2 3G/4G頻(pín)段
你可以使用無人機附帶的3G/4G加密狗，進行高數據速率的無線傳輸。該解決方案可根據該運營區域的3G/4G網絡可用性來使用。
2.3 定制解決方案
集成射頻(pín)收發器不僅廣泛用于蜂窩電(diàn)話(huà)基站的軟件定義無線電(diàn)(SDR)1架構，例如多服務分(fēn)布式接入系統(MDAS)和小(xiǎo)型蜂窩，而且還用于工(gōng)業、商(shāng)業和小(xiǎo)型蜂窩的無線高清視頻(pín)傳輸。軍事應用，例如無人機(UAV)。你可以使用射頻(pín)收發器系列AD9361/AD9363并根據其頻(pín)譜可用性制造合适的硬件，因爲這些收發器的帶寬高達6GHz。一(yī)個基帶側合适的FPGA可用于數字處理。
三、無線視頻(pín)傳輸挑戰
無線視頻(pín)鏈接的範圍受到許多因素的限制。當距離(lí)增加時路徑損耗本身會削弱信号，而視線中(zhōng)的障礙物(wù)會産生(shēng)額外(wài)的衰減。在自然環境中(zhōng)無線鏈路存在一(yī)些不确定的挑戰，需要給出有效的解決方案。其中(zhōng)以下(xià)兩方面是主要問題：
3.1 幹擾
自然環境中(zhōng)的其他無線傳輸源可能會幹擾無人機視頻(pín)傳輸信号。如果幹擾信号出現在與無線視頻(pín)鏈路相同的頻(pín)帶中(zhōng)，它将充當帶内噪聲。這将會降低信噪比，導緻視頻(pín)圖像嘈雜(zá)，鏈接範圍有限。典型的幹擾源可能是該區域内另一(yī)架無人機的視頻(pín)發射器、附近的WiFi熱點或手機。通過選擇一(yī)個頻(pín)率盡可能遠離(lí)幹擾源的頻(pín)道或移動視頻(pín)接收器和天線，可以将問題最小(xiǎo)化。如果幹擾源強大(dà)，但在無線鏈路的頻(pín)帶之外(wài)則稱爲阻塞器。阻塞信号可以穿透不充分(fēn)的前端通道濾波，并降低低噪聲放(fàng)大(dà)器(LNA)的動态。
3.2 反射引起的多徑衰落
即使有一(yī)個強大(dà)的、無噪聲的信号，無線鏈路也可能會突然中(zhōng)斷，尤其是在雜(zá)亂或城市環境中(zhōng)。這可能是由于反射傳播路徑抵消了直接傳播路徑。由于與不同傳播延遲相關的相移而發生(shēng)抵消。這發生(shēng)在接收空間的特定點，隻需将天線移動不到一(yī)個波長即可消失。除了信号消除之外(wài)，多徑傳播還會導緻符号延遲擴展。來自不同路徑的符号在不同時間到達，如果延遲很大(dà)，則會導緻誤碼。
圖2.反射引起的多徑衰落
四、克服挑戰
4.1 射頻(pín)頻(pín)率切換
2.4 GHz頻(pín)率被廣泛用于Wi-Fi、Bluetooth和IoT短距離(lí)通信，使其越來越擁擠。将其用于無線視頻(pín)傳輸和控制信号會增加信号幹擾和不穩定的機會。這對無人機造成了不良且經常是危險的情況。使用頻(pín)率切換來保持幹淨的頻(pín)率将使數據和控制連接更加可靠。當發射器感應到擁擠的頻(pín)率時，它會自動切換到另一(yī)個頻(pín)段。例如使用該頻(pín)率并在附近運行的兩架無人機将幹擾彼此的通信。自動切換LO頻(pín)率并重新選擇頻(pín)段将有助于保持穩定的無線鏈路。在上電(diàn)期間自适應選擇載波頻(pín)率或信道是高端無人機的優秀特性之一(yī)。
4.2 跳頻(pín)
廣泛用于電(diàn)子對抗(ECM)的快速跳頻(pín)也有助于避免幹擾。通常如果我(wǒ)們想要跳頻(pín)，PLL需要在程序結束後重新鎖定。這包括寫入頻(pín)率寄存器，并經過VCO校準時間和PLL鎖定時間，使跳躍頻(pín)率的間隔接近幾十微秒。
圖3.跳頻(pín)方案示意圖
4.3 PHY層OFDM調制
正交頻(pín)分(fēn)複用(OFDM)是一(yī)種信号調制形式，它将高數據速率調制流劃分(fēn)到許多緩慢(màn)調制的窄帶近距離(lí)子載波上。這使得它對選擇性頻(pín)率衰落不太敏感。缺點是峰均功率比高以及對載波偏移和漂移的敏感性。OFDM廣泛應用于寬帶無線通信PHY層。
4.4 5G與WIFI技術
用于FPV無人機的無線視頻(pín)仍是不成熟的技術，我(wǒ)們将在不久的将來看到緊湊和低成本的高清FPV系統。降低成本的關鍵是提高片上系統的集成度和由此産生(shēng)的高産量。當全新的收音機、相機或顯示器概念出現時，範式轉變就會發生(shēng)。稱爲5G的下(xià)一(yī)代蜂窩和WiFi技術将利用動态波束成形來增加系統增益并保持低幹擾。與更複雜(zá)的MIMO一(yī)起，這将進一(yī)步提高性能和傳輸帶寬。當技術成熟時，這些概念很可能會應用于未來的FPV系統。這将帶來更高的性能、更大(dà)的範圍、更高的圖像質量和更好的可靠性。它将使無人機能夠應對我(wǒ)們目前面臨的更多挑戰，以及我(wǒ)們尚未想到的挑戰。
