北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在無人機的應(yīng)用

□ 文/王博

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在無人機的應(yīng)用

□ 文/王博

經(jīng)過20多年的發(fā)展，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在測繪、漁業(yè)、交通運輸、電信、水利、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)和國家安全等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用，已產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效。最近兩年，隨著無人機產(chǎn)業(yè)的崛起，我國自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在無人機的應(yīng)用也取得了令人矚目的成就。

無人機技術(shù)概況

無人機已經(jīng)是耳熟能詳?shù)募夹g(shù)。無人駕駛飛機是在1908年開始，從第一架問世至今已經(jīng)有一百多年的歷史。隨著技術(shù)進步和戰(zhàn)爭需求，無人機已經(jīng)逐漸發(fā)展為世界各國尤其是發(fā)達國家國防裝備中的重要組成部分。在中國，無人機的發(fā)展近幾年來尤其引人注目，比如利用自主研發(fā)的國產(chǎn)芯片的兩款旋翼無人機和可以垂直起降的無人機，后一款無人機已經(jīng)在青藏高原6300米做了飛行，飛行的效果非常好，也非常穩(wěn)定。

同時，由于無人機與生俱來的優(yōu)勢，近年來在民用領(lǐng)域也得到了廣泛地使用。無人機在航拍、電力巡檢、地質(zhì)勘探、農(nóng)林植保、油路管路巡查、高速公路事故管理、森林防火巡查等等都得到了非常廣泛的應(yīng)用。

北斗導(dǎo)航在無人機使用的特點

對于無人機來講，定位以及相應(yīng)的應(yīng)急通信是非常關(guān)鍵的技術(shù)，利用北斗對于導(dǎo)航定位來講，可以極大地提高精度，同時利用北斗系統(tǒng)也能夠為無人機應(yīng)用通信提供更為廣泛的覆蓋范圍以及更強的可靠性。

1、提供實時精確位置信息并進行導(dǎo)航定位。

可以利用北斗地基增強系統(tǒng)，為無人機提供實時的厘米級位置信息并進行導(dǎo)航定位。為無人機提供位置信息是北斗的首要任務(wù)，基于北斗的地基增強系統(tǒng)的精準(zhǔn)定位功能和數(shù)字化地圖庫配合可在電子地圖上標(biāo)注出無人機的實時位置和相應(yīng)時間。

2、顯著提高無人機導(dǎo)航的可靠性。

兼容北斗的多模衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠顯著提高無人機導(dǎo)航的可靠性，因為利用北斗GPS等多模衛(wèi)星導(dǎo)航芯片和模組，能夠同時搜尋并利用多顆導(dǎo)航衛(wèi)星的信號，使得在視衛(wèi)星數(shù)量從單一GPS系統(tǒng)的10顆左右提升到20余顆，極大的提高了衛(wèi)星導(dǎo)航定位的可靠性。實驗中發(fā)現(xiàn)在某些原來GPS信號較差的區(qū)域，北斗無人機能能保持良好的衛(wèi)星定位效果。

3、利用北斗短報文功能增強無人機處理突發(fā)事件能力。

若無人機出現(xiàn)意外，需要緊急迫降來搜尋無人機時，這時候搜尋比較困難，所以利用北斗系統(tǒng)以后可以設(shè)置一些專用指令，使得無人機出現(xiàn)故障的時候，即使在沒有移動通信信號的區(qū)域，也可以通過北斗短報文進行搜救和維修。

4、加強人機信息交流。

利用北斗導(dǎo)航，可加強地面人員設(shè)備與無人機的信息交流，提高對無人機的測控能力。地面站可通過北斗衛(wèi)星向無人機發(fā)送遙控指令，當(dāng)無人機飛出地面測控范圍內(nèi)，北斗可作為備用測控通信技術(shù)。

北斗+無人機的應(yīng)用優(yōu)勢

北斗加無人機的應(yīng)用系統(tǒng)由遠程終端控制系統(tǒng)、無人機移動定位接受系統(tǒng)兩部分組成，通過實時獲取北斗衛(wèi)星信號和RTK差分定位信息，為無人機飛行作業(yè)提供高精準(zhǔn)定位支持，并支持接入CORS系統(tǒng)，來獲取更為可靠的定位精度。同時這一系統(tǒng)還可以為無人機制定飛行作業(yè)方案，為飛機規(guī)劃飛行路線，提高自動化作業(yè)能力，有效提高作業(yè)效率。

還有一個顯著優(yōu)勢就是短報文功能，因為在電力巡線、油氣管道巡檢等領(lǐng)域中，無人機系統(tǒng)遇到一個突出問題就是山區(qū)地形遮擋造成的視距測控數(shù)據(jù)鏈經(jīng)常性中斷，因此可以采取北斗系統(tǒng)雙向通信功能，比如在無人機上配備北斗收發(fā)系統(tǒng)，能夠利用非常小的代價實現(xiàn)無人機在復(fù)雜地形條件下的可靠測控，同時無人機系統(tǒng)還可以利用北斗終端進行應(yīng)急搜救，比如說森林防火應(yīng)用中還可以將無人機系統(tǒng)與北斗森林火情檢測系統(tǒng)結(jié)合，快速將火場坐標(biāo)、態(tài)勢等信息通過北斗終端發(fā)往前線滅火部隊及后臺指揮部。

總結(jié)一下，北斗加無人機系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢可以分為五個部分，首先是定位精度高，基于北斗高精度GNSS接收機及天線，支持北斗、GPS、GLONASS三系統(tǒng)定位。第二是作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高。第三是作業(yè)范圍廣。第四是控制自動化。第五是應(yīng)用性通信，利用北斗短報文通信，可以擴展無人機的應(yīng)急通信功能。

北斗+無人機的行業(yè)應(yīng)用

行業(yè)應(yīng)用可以說是無人機技術(shù)發(fā)揮其最大價值的關(guān)鍵點。對于無人機來講，不管是消費級的應(yīng)用還是專業(yè)級應(yīng)用，當(dāng)他們與具體的行業(yè)結(jié)合在一起的時候，就出現(xiàn)更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域以及更加深入的應(yīng)用范圍。比如說在農(nóng)業(yè)植保的應(yīng)用，可以非常方便的設(shè)置作業(yè)軌跡，進行自動飛行控制作業(yè)，提高作業(yè)精度和效率。因為在2013年農(nóng)業(yè)部出臺了關(guān)于加快推進現(xiàn)代植物保護體系建設(shè)的意見，鼓勵有條件地區(qū)發(fā)展無人機防治病蟲害的功能，所以可以預(yù)計在今后的三到五年之內(nèi)，無人機的農(nóng)業(yè)植保市場會迎來一個非常成熟的政策環(huán)境。

在無人機航攝方面，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)容易遮擋的情況下，同樣可以提供比較可靠同時精度比較高的效果。在電力領(lǐng)域尤其是巡線領(lǐng)域，北斗無人機也應(yīng)用的范圍比較廣泛。100千米的巡線工作需要20個人員工作一天才能完成，而一架無人機只需要工作三到四個小時，并且無須考慮惡劣環(huán)境的影響。

石油石化方面也需要對管線進行相應(yīng)巡檢。據(jù)統(tǒng)計，2013年我國油氣管道總長達10萬公里，隨著2014年中俄4000億天然氣供貨合同的簽訂，我國油氣管道長度未來得到可持續(xù)發(fā)展。森林火災(zāi)也是無人機應(yīng)用的重要領(lǐng)域，因為利用無人機系統(tǒng)可以將火場坐標(biāo)和態(tài)勢快速的通過北斗終端發(fā)送到滅火部隊以及后方的指揮部。不僅僅是森林火災(zāi)，比如山林搜救、消防搶險、火災(zāi)水災(zāi)都是需要通信信息來提供相應(yīng)的保障。

在警用方面，無人機也是有廣泛的應(yīng)用，比如說交警方面，交通路況檢測等等都是需要無人機大幅度提高交通警察的效率。在特警應(yīng)用上，尤其是反恐行動也發(fā)揮著巨大作用。警用無人機一般是三個方面，一種是微型多旋翼無人機，還有武器發(fā)射警用無人機，長航時無人機。

隨著國家北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷完善，尤其是今年6月12日第23顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射，加上北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)白皮書的正式發(fā)布，北斗在無人機的應(yīng)用面將越來越廣泛。