基于WLAN 技术的无人机监控系统研究

◎张瀚文 贾雪

一、研究背景

最近几年，随着微电子、导航、控制和无线通信技术的持续发展，可以十分充足利用无人机（uav）飞行速度快，拍摄面积更大，更直观，更耐用等优点，大大降低了劳动强度，提升了经济发展强度，灾难预防、最开始大多用于军事领域的无人机（uav）已经开始在小型化和低成本的方向发展民用化，主要分为：农产品保护，防止火灾的发生、灾难的及时救援、检测环境、新闻报道，交通巡逻等领域都有广泛的应用，产生了良好的经济收益和社会效益。基于相关文献与团队实践的相互关联，笔者主要采用目前具有独立巡航功能的无人机，结合监控系统，通过定时与效验，进行区域巡航与实时监控。基于无人机WLAN 监控系统，研究了一种更广泛、更高效的区域监控网络。

二、研究内容

第一部分是无人机远程中继设备分布的建立。通过建立WIFI 中继节点，可以把控制和图像传输距离至少增加到10KM左右，通过WLAN 和GPS 的相互帮助，实现更精确的定位。目前无人机图像传输的主流采用数字图像传输技术与模拟信号传输技术。模拟图像传输具有低成本、没有延续时间、工作距离较远等优点，频率干扰相同，而缺点则是图像质量较差。数字图像传输技术包括OFDM 技术、WiFi 技术等，通过2.4g 或5.8g 的数字信号传输视频。它具有抗干扰能力强、图像质量较高、可靠性高和图像时延低等优点。最近几年以来，国家无线电总局一直在跟踪无人机行业的发展。为了调节频率的无人机（uav），工业和工信部发布通知的频率使用无人机（uav）系统在2015年，计划使用840.5 mhz ～845 mhz、1430 mhz ～1444 mhz和2408 mhz ～2440 mhz 三级频率为无人机（uav）系统，并积极致力于持续发展无人机行业的健康、有序发展。常见的图像传输信号大多分布在328 MHz～334 MHz、1200 MHz、2400 MHz 等频段。本项目无人机采用2.4ghz WIFI 高清数字图像传输，控制和通信半径3.85km，通信协议支持高达720P、30FPS 视频传输，自主的视觉系统与避障算法可设置自动巡航对准。因为热点的地址是固定的，所以根据热点的地址来定位地址。利用飞行器的GPS 模块，便可以实现更精确的定位。夜间巡航监控可以选用灵敏度较高的头部设备，可以对相对较暗的区域进行清晰的监控和拍摄。

第二部分是无人机巡航航线的设计与设置。依据监控区域的监控盲区，定义并标识具体的路由设置。在地图上设计一条可以覆盖尽可能多的监控视野盲区的巡航路线，通过多次试验确定合适的监控与巡逻高度，还可以解决测向等几个技术难题和高程测量信号，还有相关弱信号的检验和处理增益的提高，自动引导定位和镇压，许多关键技术突破，实现了远程控制无人机的快速远距离搜索、识别、定位与跟踪的图像传输信号，探测距离可以超过8 公里。在无人机实际检测侦查活动中，相关系统与装备取得了良好的实战效果。无人机具有快速检测、精确定位和有效控制还有灵活布置等优点，我们现在也可以利用无人机的相关系统实现对原有监控设备系统的不断熟悉和改进。

第三部分：区域分割的飞机、巡航控制、监测时间，还有设置相应的无人机自动起飞巡航巡逻与返回，监控室人员通过巡逻的实时图像，根据实时情况进行适当规范的操作，并根据无人机（uav）航程的程度及时更换电池，备用容量可达20%以上。根据不同的要求，无人机的尺寸、重量、高度和距离也是各不相同。为了更好监控无人机的飞行，在无人机的设计过程中，通过创新的优化设计，根据无人机的飞行高度和距离，增加不同的无线通信设备。无人机的检测手段主要包括雷达、光电和无线电监控，而对于无人机的手段主要包括对其遥控信号和GPS 信号的干扰抑制，以及对其控制链路的调控。为了实现对无人机的有效监控，往往需要各种技术手段才能发挥各自的优势，才能相互配合。由于无人机需要无线电波进行远程控制和数据传输，无线监测便成为了无人机监测的主要手段。本文以四旋翼飞行器为研究对象，研究随着无人机飞行技术和机器视觉技术的发展，无人机巡逻技术逐渐应用于各个领域。固定翼无人机是常规巡逻中常用的无人机，其巡航速度90-250km/h，可采用手动或自动巡航方式，机动性好。然而，固定翼无人机只能进行单向巡航，不能悬停。四旋翼无人机是直升机的变形，动力来源是由数个螺旋翼提供。而且因其其模型较小、所需空间小、可以悬停在空中等特点，在巡检中也得到了广泛的应用。但是，四旋翼无人机也存在质量轻、在大风环境下运行不稳定的缺点。无人直升机能够利用程序控制自动控制飞行，同时依靠螺旋桨提供的动力，可实现直接起降、悬停摄影。在同步传图和巡航试飞过程中，还可以发现问题，纠正不足，改进飞行程序，记录数据，与多次飞行结果进行相互比较，不断改善，持续进步。我们还可以增设长途巡航试飞中继站，实时图像传输，记录多个数据，进行数据对比，进一步完善飞行巡航监控系统

三、结论

该系统充分利用无人机巡检飞行速度较快、拍摄范围广、拍摄图像直观、工作持续时间长等优点，大大提高了巡检工作的工作效率和管理水平。所设计的无人机地面站监控系统能够通过实时通信实现有效的控制，全面保障巡逻无人机飞行时的安全，从而达到电力巡逻的技术要求，实现对变电站周边环境的有效监控。消费型无人机是在无线电监管机构建立了相当数量的固定监测站，配备相应的移动检测车辆、移动监测站和便携式监测设备的背景下，首次将无人机应用于航空摄影和侦察领域的新尝试。无人机的自动化操作使其在监测物业与小区方面具有新的应用方向。随着无线通信技术的飞速发展和互联网的飞速发展，采集实时动态图像与压缩和远程无线传输技术已成为无线通信和计算机领域的一个重要研究课题。基于无线通信网络的无线监控技术则很好地满足了这一研究需求。基于WLAN 技术的无人机监控系统的研究在无线电干扰的调查与相应处理、重大活动的安全保障和对突发事件进行相应的处理等方面具有重要的作用。值得关注的是，当技术设施建设达到新水平时，无线电监测能力便会明显提高。然而，目前的技术设施仍然难以有效处理无人机的探测、控制和定位需求。