모선에 의한 시스템과 지상국 간의 커뮤니케이션 및 제어
장거리 고정 날개 UAV가 여러 쿼드 콥터 하위 드론을 운반하고 배포하는 모선에 의한 시스템의 개념은 상업 및 방어 부문 모두에서 빠르게 주목을 받았습니다.. 이 접근법은 고정 윙 플랫폼의 내구성과 효율성을 로타리 윙 드론의 유연성과 정밀성과 결합합니다., 단일 UAV 유형으로 달성하기 어렵거나 불가능한 임무 활성화. 하나, 이러한 시스템의 효과는 모선과 하위 드론 사이의 공중 조정에 달려 있습니다., 또한 지상국과의 강력한 의사 소통 및 제어 링크를 유지하는 능력.
이 기사에서, 우리는 이러한 시스템이 지상 제어 스테이션에 어떻게 연결되어 있는지 탐구 할 것입니다. (GCS), 신뢰할 수있는 의사 소통을 보장하는 기술, 원활한 명령 및 제어 네트워크 구축과 관련된 도전과 솔루션.
1. 지상 통제 스테이션의 역할
지상 제어 스테이션은 미션 계획의 중앙 허브 역할을합니다., 실시간 모니터링, 그리고 운영자 명령. 모선에 의한 시스템에서, GCS는 동시에 관리해야합니다:
- 고정 날개 모선 UAV의 비행 경로 및 원격 측정.
- 배포, 제어, 및 다중 쿼드 콥터 하위 드론의 복구.
- 온보드 센서에서 데이터 전송, 비디오 포함, 원격 측정, 그리고 페이로드 정보.
- 통신 모드 간의 원활한 전환을 보장하기위한 네트워크 수준 조정.
이 시스템에는 여러 계층의 제어 층이 포함되기 때문에-마모의 전략적 관리 및 서브 드론의 전술적 제어-GCS는 다 채널 입력을 처리하도록 설계되어야합니다., 높은 데이터 처리량, 중복 통신 링크.
2. 커뮤니케이션 아키텍처 개요
모선 간의 의사 소통, 서브 드론, GC는 3 개의 층으로 나눌 수 있습니다:
- 모선 station 지상국
고정 날개 UAV는 장거리를 유지합니다, GCS와의 대역폭 링크. 이 링크는 원격 측정을 전달합니다, 명령, 그리고 페이로드 데이터 (HD 비디오 또는 센서 피드와 같은). - 서브 드론 ↔ 모선
일단 배포되면, Quadcopter sub-drones는 주로 모선과 의사 소통합니다. 이렇게하면 GCS의 직접 범위를 벗어나더라도, 모선은 릴레이 노드 역할을 할 수 있습니다. - 서브 드론 ↔ 지상국 (모선을 통해)
서브 드론의 모든 미션 크리티컬 데이터 (Video), 환경 감지, 또는 상태 업데이트 - 모선을 통해 퍼지고 GCS로 전달됩니다.. 따라서 모선은 캐리어와 커뮤니케이션 게이트웨이 역할을합니다..
이 계층 구조는 시스템을 확장 할 수있게합니다: 운영자는 모든 서브 드론에 직접적인 라인이 필요하지 않습니다., 운영 범위를 확장하면서 복잡성을 줄입니다.
3. 커뮤니케이션 기술
이 아키텍처에서 UAV와 지상국 간의 안정적인 커뮤니케이션을 가능하게하는 몇 가지 기술:
- COFDM (코딩된 직교 주파수 분할 다중화):
장거리 UAV 링크에서 널리 사용됩니다, COFDM은 간섭 및 다중 경로 페이딩에 대한 높은 저항성을 제공합니다. 초 저쪽 대기 시간으로 HD 비디오 및 원격 측정의 실시간 전송을 지원합니다., Motherhip-to-GCS 링크에 이상적입니다. - 메쉬 네트워킹 프로토콜:
하위 드론은 종종 모선과의 임시 메쉬 네트워크를 형성합니다.. 각 노드는 데이터를 전달할 수 있습니다, 하나의 링크가 약하더라도, 정보는 모선으로 돌아가서 궁극적으로 GCS로 돌아갑니다.. - 주파수 호핑 스프레드 스펙트럼 (이 모델은 양방향 무선 데이터 링크로 비디오 및 데이터 무선 전송을 위해 설계되었습니다.):
재밍으로부터 보호하고 경쟁 환경에서 신뢰성을 유지하기 위해, FHSS는 캐리어 주파수를 동적으로 변경합니다, 의사 소통 손실의 위험을 최소화합니다. - 이중 대역 또는 다중 대역 라디오:
모선은 장거리 명령 링크를 위해 별도의 트랜시버와 함께 작동 할 수 있습니다. (예를 들어, 900 MHz 이상 1.4 GHz 대역) 및 고 처리량 비디오 링크 (예를 들어, 2.4 GHz 또는 5.8 GHz의). - 위성 또는 4G/5G 백홀:
시선을 넘어서 (단지) 미션, 모선은 위성 또는 셀룰러 네트워크를 통해 GCS에 연결할 수 있습니다., 장거리 공중 통신 릴레이로 전환합니다.
4. 제어 전략
모선에 의한 시스템의 제어는 배포되지만 계층 적입니다:
- 명령 당국으로서 GC:
미션 목표, 경로 계획, 그리고 높은 수준의 제어는 항상 지상에서 유래합니다. - 릴레이 및 감독자로서의 모선:
고정 윙 UAV는 GCS에서 명령을 실행하고 서브 드론의 배포 및 복구를 관리합니다.. 또한 로컬 데이터를 처리합니다, 정보를 GCS로 돌려 보내기 전에 대역폭 요구 사항을 줄입니다.. - 전술 집행자로서의 서브 드론:
쿼드 콥터는 근접 감시와 같은 작업을 수행합니다, 매핑, 또는 대상 획득. 그들은 어머니에게 데이터를 보냅니다, 이를 통합하여 GCS로 전송합니다.
이 계층 적 제어 구조는 중앙 집중식 감독을 유지하면서 효율적인 대역폭 사용을 보장합니다..
5. 중복성 및 실패 안전 메커니즘
드론 운영에서 의사 소통의 중요한 특성을 감안할 때, 중복이 필수적입니다:
- 이중 통신 링크: 많은 시스템이 듀얼 COFDM 링크를 배포하거나 COFDM을 IP 기반 4G/5G 링크와 결합합니다..
- 자율 실패 안전 모드: 모선 또는 GCS와의 의사 소통이 손실 된 경우, 서브 드론은 자율적으로 모선으로 돌아 오거나 사전 프로그래밍 된 착륙을 수행 할 수 있습니다..
- 건강 모니터링: 링크 품질 및 시스템 건강에 대한 실시간 모니터링.
6. 실제 응용 프로그램
이 커뮤니케이션 아키텍처는 새로운 미션 기능을 열어줍니다:
- 국경 순찰대 및 감시: 고정 윙 모조들은 긴 주변을 순찰 할 수 있습니다, 현지 검사를 위해 Quadcopter 서브 드론을 배포합니다.
- 수색 및 구조: 재난 지역에서, 모선은 광범위한 보도를 제공합니다, 쿼드 콥터는 생존자를 찾기 위해 어려운 지형으로 내려갑니다..
- 군사 정찰: 캐리어 드론은 쿼드 콥터의 작동 범위를 확장합니다, 어머니를 통한 의사 소통을 유지하면서 적대적인 지역에 침투 할 수 있습니다..
- 농업 및 환경 모니터링: 모임은 넓은 지역을 조사합니다, 서브 드론은 작물의 근접 검사를 수행합니다, 숲, 또는 야생 동물 서식지.
7. 앞으로 도전
커뮤니케이션 및 제어 프레임 워크는 강력합니다, 도전은 남아 있습니다:
- 스펙트럼 관리: 다른 주파수 대역의 여러 링크는 간섭을 위험에 빠뜨립니다, 지능형 주파수 할당이 필요합니다.
- 대기 시간 제어: 비디오 및 제어 신호는 매우 낮은 대기 시간을 유지해야합니다, 특히 FPV 내비게이션 또는 정밀 타겟팅과 같은 시간의 임무.
- 사이버 보안: 시스템은 디지털 링크에 의존합니다, 암호화 및 방지 조치는 가로 채기 또는 스푸핑을 방지하는 데 중요합니다..
- 확장 성: 수십 또는 수백 개의 서브 드론을 관리하려면 고급 네트워크 프로토콜과 자율적 인 떼 행동이 필요합니다..
결론
모선이 생기는 시스템의 성공은 기체 설계 또는 페이로드 용량뿐만 아니라, 그러나 의사 소통 및 제어 아키텍처의 정교함에서. COFDM 기술을 통합하여, 메쉬 네트워킹, 다중 대역 라디오, 그리고 강력한 실패 안전, 이 시스템은 UAV 임무의 도달 범위와 유연성을 확장하면서 지상 제어 스테이션과의 원활한 링크를 유지할 수 있습니다..
기술이 발전함에 따라, 커뮤니케이션 전략은 훨씬 지능적이 될 것입니다, 자율적 인 떼 관리를 가능하게합니다, 시야를 넘어서, 경쟁 환경에서 탄력성 미션 실행. 미래에, 모선에 의한 시스템은 상업용 공중 작전의 중추가 될 수 있습니다., 비상, 국방 부문.
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이 혁신적인 UAV 시스템. 고정 윙 플랫폼은 확장 된 비행 범위를 제공합니다, 고속 순항, 효율적인 장거리 운송, 쿼드 콥터 드론은 근거리 정찰을 위해 배치됩니다, 정밀 착륙, 유연한 미션 실행. 함께, 그들은 감시에 응용 프로그램을 위해 설계된 다재다능한 캐리어-드론 시스템을 형성합니다., 매핑, 비상 대응, 전술적 운영.
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