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引用本文:

申永,冯赟,徐林,等:快速升空基站无人机机载激光传输技术[J]. 光通信技术,2019,43(5):32-35.

快速升空基站无人机机载激光传输技术

申 永1,冯 赟2,徐 林1,孙 晖1,安建欣1,马建军1
(1.中国电子科技集团公司 第三十四研究所,广西 桂林,541004;2.中国洒泉卫星发射中心,甘肃 酒泉,198008)

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摘要:针对无网络环境中的大容量通信基站快速部署的应用需求,研究基于无人机机载激光传输技术实现升空基站与地面网络宽带互联。为克服搭载平台随机运动特性与强振动环境,采用自动瞄准与多级协同稳定跟踪技术实现激光传输天线快速扫描捕获和精确对准,满足光通信链路与升空基站的快速灵活接入需求。并针对小型无人机负载能力有限的特征,采用收发同轴设计与非对称光学系统,降低设备体积重量。然后,通过飞行试验验证快速部署升空基站无人机机载激光传输技术方案的可行性。
关键词:快速部署;无人机机载;扫描捕获;稳定跟踪;激光通信;收发同轴
中图分类号:TN929.12 文献标识码:A 文章编号:1002-5561(2019)05-0032-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.05.008

0 引言
       随着未来通信容量迅速扩大,通信环境愈加复杂,对电磁环境复杂且大容量重点区域应急保障通信、贫困山区与沿海岛屿等网络受限地区无线宽带业务接入等应用需求将日益增多,采用升空无线基站能有效解决无网络或网络受限地区宽带覆盖与快速部署问题。无线激光通信技术具有通信容量大、抗电磁干扰和信源隐蔽性强等优点,是面向抗干扰、大容量的升空平台快速部署基站与接入网互联的有效解决方案。 小型无人机特点是体积小、造价低、操控便捷、部署快捷和环境适应好,可有效进行升空基站快速部署,但在空中飞行时由于自身的质量较轻、受到气流影响大,使其在空中的姿态很不稳定,尤其在航带间转弯时姿态更加不稳定。因此,对于机载无人机激光传输系统,需设计快速精准的光束自动瞄准、捕获和跟踪(PAT)系统,实现通信链路全自动快速部署,并保证无人机端激光传输设备与对端精确对准,是无人机机载激光传输技术的核心和关键。由于小型无人机负载能力有限,对机载激光传输设备体积、重量要求严格,需要从光学设计、器件选型、结构构造和材料选择等方面进行综合考虑。

5 结束语
       基于无人机机载激光传输技术实现快速升空基站宽带业务接入,能充分满足无网络地域大容量通信基站快速部署应用需求,飞行试验验证了快速部署升空基站无人机机载激光通信传输技术方案的通信容量大、时延低、部署便捷和性能可靠。其应用存在的主要问题是受天气状况影响较大,在浓度、重雾天气条件下,光信号衰减很大,当通信距离较远时接收光功率无法保障跟踪扫描和通信链路建立所需的最低灵敏度。在大雾条件下,虽然能进行跟踪扫描建立通信链路,但通信质量会明显降低;在薄雾天气条件下通信情况较好,能实现2倍大气能见度通信距离;大气湍流也会对光通信产生副作用,晴朗天气下近地面热对流湍流会明显影响通信质量,同时会一定程度上加长通信链路建立时间。由于无人机在空中飞行,其工作的大气信道大部分处于地表面20m以上,湍流综合强度为中等湍流,对通信质量影响相对较小;另外,由于无人机自身姿态稳定性较差,在大风条件下,姿态摆幅较大,会对通信链路建立时间产生较大影响,并在一定程度上影响通信质量。下一步需进一步提升通信容量、提高通信距离和增强环境适应性,并进行升空平台激光通信产业化设计,设备形成成熟的产品后,投入市场,将改变现有无线定向通信现状,提升通信覆盖能力,突破通信带宽瓶颈,推动该行业的技术革新。