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今年7月，湖南地區(qū)遭受嚴(yán)重的暴雨侵襲，多地出現(xiàn)通信基站中斷、受損的情況。為保障緊急通訊要求，湖南移動(dòng)緊急調(diào)度了一套無人機(jī)高空基站系統(tǒng)，這是無人機(jī)高空基站第一次在國(guó)內(nèi)投入實(shí)戰(zhàn)，之前的常用方案是應(yīng)急通訊車，僅為2G，最大服務(wù)范圍5公里，且信號(hào)不穩(wěn)定。

8月，無人機(jī)高空基站再一次被用于四川移動(dòng)，在光纜損毀、基站中斷的九寨溝景區(qū)荷葉寨緊急升空投入使用，迅速打通了方圓30多平方公里受災(zāi)區(qū)域的移動(dòng)通信信號(hào)，支持指揮調(diào)度。

天線高度是影響無線通信覆蓋范圍的主要因素之將天線 升高可以減小地形對(duì)電波傳播的影響，甚至可以將超視距通信改變?yōu)橐暰嗤ㄐ?，顯著改善通信鏈路質(zhì)量 。利用無人機(jī)搭載通信載荷升空來改善受地形、地物和地球曲率影響導(dǎo)致的通信問題在國(guó)內(nèi)外已逐漸成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn) 。

無人機(jī)中繼通信很早就起步了，受限于無人機(jī)的飛行搭載能力 、滯空時(shí)間等因素 ，無人機(jī)中繼通信主要選用大中型固定翼無人機(jī)和無人直升機(jī)作為通信平臺(tái)。

Loon項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)高空通訊的原理示意

知名的空中網(wǎng)絡(luò)基站項(xiàng)目主要包括谷歌的Loon（潛鳥計(jì)劃，將中繼器通過熱氣球上升至平流層，續(xù)航100天~180天）和臉書的Aquila（天鷹計(jì)劃，利用無人機(jī)進(jìn)行激光通信，續(xù)航90天）；以及近地衛(wèi)星通信解決方案，來自SpaceX、OneWeb等。此類空中基站的目的多是為了實(shí)現(xiàn)廣域的信號(hào)覆蓋，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)缺乏基建的問題，以此擴(kuò)張網(wǎng)絡(luò)服務(wù)受眾。

谷歌Loon：天馬行空的氦氣球群

Loon可以說是一個(gè)非常簡(jiǎn)單粗暴的項(xiàng)目，起初，項(xiàng)目開發(fā)人員將路由器（信號(hào)中繼設(shè)備）掛在氣象氣球上，讓它飛到10公里高，然后再看看有沒有信號(hào)。

經(jīng)過不斷的演進(jìn)，氦氣球有了可充封結(jié)構(gòu)，和模塊化的鋁制負(fù)載，以及太陽能電池、燃料電池和一些電子元件，使其能夠在溫差變化、高強(qiáng)紫外輻射的條件下保持長(zhǎng)時(shí)間飛行，并利用算法指揮動(dòng)力、熱力系統(tǒng)，改變氣球位置進(jìn)而調(diào)節(jié)氣球群的布居。據(jù)悉，Loon項(xiàng)目已經(jīng)在新西蘭、斯里蘭卡、澳大利亞、印尼等地進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

臉書Aquila：波音737那么大的展翼

2014年，臉書收購英國(guó)航空公司Ascenta，為無人機(jī)制造以及激光通信做足準(zhǔn)備工作。隨后，扎克伯格宣布天鷹計(jì)劃，即以無人機(jī)為載體，利用激光通信，實(shí)現(xiàn)全球三分之二的無線覆蓋率。

據(jù)悉，Aquila計(jì)劃由氦氣球提升至氣候環(huán)境穩(wěn)定的平流層，白天飛行于9萬英尺，規(guī)避商業(yè)飛機(jī)航線，吸收和貯存太陽能，晚上則飛行于6萬英尺，目標(biāo)續(xù)航時(shí)間為一次90天。Aquila將沿著半徑約為3公里的圓形空中區(qū)域飛行，F(xiàn)acebook加州實(shí)驗(yàn)室工程師希望它的激光信號(hào)能覆蓋半徑約50公里的地面區(qū)域。

根據(jù)最近媒體披露的Aquila第二次試飛：高度從第一次的655米上升到了約914米，時(shí)間上延長(zhǎng)了10分鐘，達(dá)1小時(shí)46分鐘。

低軌道衛(wèi)星群方面，去年11月，SpaceX向FCC請(qǐng)求，利用可重復(fù)使用的獵鷹9號(hào)火箭發(fā)射4425顆衛(wèi)星為全球提供高速互聯(lián)網(wǎng)，但由于計(jì)劃的衛(wèi)星數(shù)過多FCC便是方案仍需審查。相反，初創(chuàng)公司OneWeb獲得了高通、維珍、軟銀的支持，計(jì)劃到2019年發(fā)射720顆低軌道衛(wèi)星，并被FCC允許進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)。

以上通信平臺(tái)在實(shí)際推廣中往往有些困難，主要因?yàn)椋?/span>

1、載荷能力較強(qiáng)，飛行高度高、距離遠(yuǎn)，滯空工作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

2、體積大、地面保障系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜、維護(hù)成本高、訓(xùn)練保障要求高 ；

3、發(fā)射回收條件要求高，需要專門的起降場(chǎng)地；

4、靈活性不足從而導(dǎo)致整體滯空時(shí)間短；

5、需協(xié)調(diào)飛行空域 。

從需求來看，國(guó)內(nèi)基站建設(shè)相對(duì)比較完善，但由于幅員遼闊，地理、氣候條件復(fù)雜，是全球遭受自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。自然災(zāi)害導(dǎo)致的光纖、基站受損可使通訊中斷，影響救災(zāi)組織、指揮調(diào)度、人員搜救、次生災(zāi)害預(yù)防等進(jìn)程。

應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)（國(guó)際海事衛(wèi)星）因搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的搶險(xiǎn)單位和人員通信過多而負(fù)荷過重不能保證實(shí)時(shí)通信；北斗衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)階段還只能提供通信簡(jiǎn)i吾服務(wù)。 許多搶險(xiǎn)隊(duì)伍因無搶險(xiǎn)應(yīng)急通信系統(tǒng)支持 ， 使得搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息不能實(shí)時(shí)送至搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)指揮部和后方應(yīng)急中心。 搶險(xiǎn)隊(duì)伍在進(jìn)入災(zāi)區(qū)核心區(qū)域和進(jìn)入后的工作過程中， 與搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)指揮部和后方應(yīng)急中心基本處于通信失聯(lián)狀態(tài)。

常見的應(yīng)急通信系統(tǒng)是應(yīng)急通信車，但當(dāng)遭遇道路損毀、塌方使其局限了其使用。再加上近兩三年 ，隨著直流無刷電機(jī) 、高能鋰聚合物 、多旋翼協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)的突破 ，微小型多旋翼無人機(jī)日漸成熟。于是，便攜式通訊基站，也即是基于系留式無人機(jī)實(shí)現(xiàn)的空中應(yīng)急基站成為一種重要的解決方案。

一般的多旋翼無人機(jī)僅能飛行30分鐘至1個(gè)小時(shí) ，系留多旋翼無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷飛行 。與此同時(shí)，由于天線高度可隨無人機(jī)飛行高度升高，覆蓋角度可隨無人機(jī)旋轉(zhuǎn)方向調(diào)整，能更加有效地實(shí)現(xiàn)大面積信號(hào)覆蓋。

2009年，德國(guó)研究人員們初步測(cè)試了可提供Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的無人機(jī)。美國(guó)運(yùn)營(yíng)商AT&T（Flying COW）、Verizon和高通均已測(cè)試過基于無人機(jī)的機(jī)載LTE網(wǎng)絡(luò)基站，此外還有日本電信運(yùn)營(yíng)商KDDI的雄蜂基站、英國(guó)EE的LIVE。

最近，北德克薩斯大學(xué)的無人機(jī)基站也進(jìn)行了野外實(shí)地測(cè)試，據(jù)稱將系統(tǒng)傳輸功率上調(diào)到10W時(shí)，覆蓋范圍可以拓展到整個(gè)丹頓市。

系留式無人機(jī)應(yīng)急通信高空基站具備三大特點(diǎn)：

1、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)：采用光電復(fù)合纜，為無人機(jī)和RRU供電，續(xù)航時(shí)間可達(dá)8小時(shí)，較傳統(tǒng)無人機(jī)基站續(xù)航時(shí)間提升31倍。

2、靈活性強(qiáng)：由小型越野車搭載無人機(jī)通信系統(tǒng)，可快速到達(dá)通信中斷現(xiàn)場(chǎng)，滿足保障需求。

3、可擴(kuò)展性強(qiáng)：根據(jù)應(yīng)急通信的不同場(chǎng)景，可靈活配置全向或定向天線，選擇分組化微波或無線環(huán)網(wǎng)傳輸設(shè)備，安裝模塊化、飛控半自動(dòng)化，普通人員短期培訓(xùn)即可上崗。

除了應(yīng)自然災(zāi)害下的應(yīng)急通訊通道需求，系留式無人機(jī)還被應(yīng)用于監(jiān)視和偵察，如CTTSO出資支持的美國(guó)航空環(huán)境公司（AeroVironment）的無人機(jī)系統(tǒng)Tether Eye，以色列用于邊界監(jiān)視、新聞采訪的小型無人機(jī)產(chǎn)品HoverLite，CyPhy公司與美軍合作的全景攝像袖珍系留無人機(jī)Pocket Flyer……