Στο πολύπλοκο σύστημα ενός drone, η κεραία λειτουργεί όπως οι «νευρικές απολήξεις» της, αναλαμβάνοντας τις βασικές λειτουργίες λήψης και μετάδοσης σήματος. Η συχνότητα που υιοθετείται από την κεραία είναι μια βασική παράμετρος που καθορίζει άμεσα την ποιότητα επικοινωνίας, την απόσταση μετάδοσης και τα ισχύοντα σενάρια του drone. Με τη σε βάθος διείσδυση της τεχνολογίας των drone σε τομείς όπως η ψυχαγωγία των καταναλωτών, η βιομηχανική τοπογραφία και χαρτογράφηση και η διάσωση έκτακτης ανάγκης, οι διαφορετικές απαιτήσεις αποστολής έχουν προκαλέσει την εκλεπτυσμένη χρήση πολλαπλών συχνοτήτων. Ακολουθεί μια συστηματική ανάλυση των κοινών συχνοτήτων των κεραιών drone και των τεχνικών τους χαρακτηριστικών.
I. Ζώνη συχνότητας 840,5-845MHz
Αυτή η ζώνη συχνοτήτων χρησιμεύει ως ο πυρήνας για τη ζεύξη τηλεχειρισμού ανοδικής ζεύξης των πολιτικών drones. Μεταξύ αυτών, η περιοχή 841-845 MHz μπορεί να ενσωματώσει λειτουργίες τηλεχειρισμού ανοδικής ζεύξης και τηλεμετρίας κατερχόμενης ζεύξης μέσω της τεχνολογίας πολυπλεξίας με διαίρεση χρόνου. Όσον αφορά τη διάδοση ραδιοκυμάτων, το μεγαλύτερο μήκος κύματος του προσδίδει στο σήμα εξαιρετική ικανότητα περίθλασης, η οποία μπορεί να αποφύγει αποτελεσματικά την θωράκιση από εμπόδια όπως δέντρα και χαμηλά κτίρια, εξασφαλίζοντας σταθερότητα επικοινωνίας σε πολύπλοκα εδάφη. Σε πρακτικές εφαρμογές, τα επιχειρησιακά drones χαμηλού υψομέτρου με αυστηρές απαιτήσεις ασφάλειας πτήσης (όπως τα drones επιθεώρησης ισχύος) υιοθετούν γενικά αυτήν τη ζώνη συχνοτήτων. Η αξιόπιστη μετάδοση εντολών μειώνει τον κίνδυνο απώλειας ελέγχου, καθιστώντας την ιδιαίτερα κατάλληλη για λειτουργίες σε συγκροτήματα αστικών κτιρίων ή λοφώδεις περιοχές.
II. Ζώνη συχνότητας 1430-1444MHz
Ως αποκλειστική ζώνη συχνοτήτων για μετάδοση δεδομένων κατερχόμενης ζεύξης πολιτικών drones, η ζώνη συχνοτήτων 1430-1444 MHz διαθέτει εκλεπτυσμένη λειτουργική διαίρεση: το τμήμα 1430-1438 MHz έχει σχεδιαστεί για μετάδοση βίντεο αστυνομικών drones και ελικοπτέρων, ανταποκρινόμενη στη ζήτηση για μετάδοση σε πραγματικό χρόνο υψηλής ευκρίνειας λόγω των εικόνων υψηλής ευκρίνειας στα αστυνομικά σήματα. το τμήμα 1438-1444 MHz εξυπηρετεί τα βιομηχανικά drones, αναλαμβάνοντας τη μετάδοση πληροφοριών κατερχόμενης ζεύξης, όπως οι παράμετροι πτήσης και τα δεδομένα τοπογραφίας. Σε μεγάλης κλίμακας έργα μηχανικής τοπογραφίας, αυτή η ζώνη συχνοτήτων μπορεί να μεταδίδει αποτελεσματικά δεδομένα εδάφους με ακρίβεια σε επίπεδο εκατοστών, παρέχοντας πλήρη υποστήριξη δεδομένων για επακόλουθη μοντελοποίηση και ανάλυση. Η απόδοση και η σταθερότητά του μετάδοσης είναι ιδιαίτερα εμφανείς σε λειτουργίες μεγάλης αντοχής.
III. Ζώνη συχνότητας 2,4 GHz (2400-2476 MHz)
Η ζώνη συχνοτήτων των 2,4 GHz έχει γίνει η κύρια επιλογή για καταναλωτικά drones λόγω της τεχνικής ωριμότητας και των πλεονεκτημάτων κόστους. Τα βασικά του πλεονεκτήματα είναι τα εξής: η κοινή χρήση πόρων ζώνης συχνοτήτων με μη στρατιωτικές συσκευές όπως το Wi-Fi και το Bluetooth μειώνει σημαντικά το κόστος Ε&Α και κατασκευής των μονάδων επικοινωνίας. Το μικρότερο μήκος κύματος του επιτρέπει έναν ορισμένο βαθμό περίθλασης σε αστικά περιβάλλοντα, επιτρέποντάς του να αντιμετωπίζει μικρά εμπόδια όπως δέντρα και τηλεφωνικούς στύλους. Ωστόσο, το άνοιγμα αυτής της ζώνης συχνοτήτων φέρνει επίσης αξιοσημείωτα μειονεκτήματα - περιοχές με πυκνότητα εξοπλισμού (όπως μεγάλοι εκθεσιακοί χώροι) είναι επιρρεπείς σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, οι οποίες μπορεί να μειώσουν την απόσταση επικοινωνίας πάνω από 30% ή ακόμη και να προκαλέσουν διακοπή του σήματος. Ωστόσο, σε σενάρια όπως η αεροφωτογραφία μικρής κλίμακας και η οικιακή ψυχαγωγία, η ζώνη συχνοτήτων 2,4 GHz παραμένει η πιο οικονομική επιλογή.
IV. Ζώνη συχνότητας 5,8 GHz (5725-5829 MHz)
Η ζώνη συχνοτήτων 5,8 GHz έχει γίνει η προτιμώμενη επιλογή για drones επαγγελματικής ποιότητας λόγω του ευρυζωνικού πλεονεκτήματος της. Το εύρος ζώνης 104 MHz του μπορεί να υποστηρίξει τη σταθερή μετάδοση βίντεο υψηλής ευκρίνειας 4K/60 fps, καλύπτοντας τις ανάγκες μετάδοσης εικόνας υψηλής ποιότητας σε εφαρμογές όπως η αεροφωτογράφηση φιλμ και η ανίχνευση θερμικής απεικόνισης γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος. Σε σύγκριση με τη ζώνη συχνοτήτων 2,4 GHz, αυτή η ζώνη έχει χαμηλότερη πυκνότητα εξοπλισμού, με τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές μειωμένες κατά πάνω από 60%, βελτιώνοντας σημαντικά τη σταθερότητα της επικοινωνίας σε ανοιχτούς χώρους. Ωστόσο, έχει ένα προφανές μειονέκτημα: η φύση των κυμάτων χιλιοστών οδηγεί σε ταχεία εξασθένηση του σήματος και η απόσταση μετάδοσης μειώνεται απότομα όταν περνάτε μέσα από μεγάλα κτίρια ή βουνά. Ως εκ τούτου, είναι πιο κατάλληλο για ανοιχτά σενάρια όπως η απλή φυτοπροστασία και οι θαλάσσιες περιπολίες.
V. Ζώνες συχνοτήτων βοηθητικής λειτουργίας
Ζώνες συχνότητας αποφυγής εμποδίων και ραντάρ
Το σύστημα αποφυγής εμποδίων των πολιτικών drones χρησιμοποιεί κυρίως ραντάρ μικρο-ισχύος ζώνης συχνοτήτων 24-24,25 GHz. Τα κύματα ραντάρ σε αυτή τη ζώνη μπορούν να διεισδύσουν στα παρεμβαλλόμενα μέσα όπως η βροχή, η ομίχλη και η άμμος, επιτρέποντας την ακριβή ανίχνευση εμποδίων εντός 0,5-50 μέτρων και παρέχοντας αξιόπιστα δεδομένα για αυτόνομους αλγόριθμους αποφυγής εμποδίων. Σε μοντέλα υψηλής τεχνολογίας, ραντάρ ζώνης συχνοτήτων 60 GHz και 77 GHz χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της ακρίβειας ανίχνευσης. Για παράδειγμα, το υψόμετρο ραντάρ NRA24 της Narey Technology μπορεί να διατηρήσει ακρίβεια μέτρησης ±0,02 μέτρα ακόμη και σε πολύπλοκα εδάφη.
Ζώνες συχνοτήτων δορυφορικής πλοήγησης
Ο εντοπισμός θέσης και η πλοήγηση drone βασίζονται σε δορυφορικά σήματα πολλαπλών συστημάτων: τις ζώνες GPS L1 (1575,42 MHz), L2 (1227,60 MHz) και L5 (1176,45 MHz), σε συνδυασμό με τις B1 (1561,098 MHz), B2 (12107 MHz), B2 (12107 MHz) και B2 (1227,60 MHz). συγκροτήματα των Beidou, σχηματίζουν ένα συμπληρωματικό σύστημα. Μέσω του υπολογισμού σύντηξης πολλαπλών συχνοτήτων, τα σφάλματα εντοπισμού θέσης μπορούν να ελεγχθούν εντός 1 μέτρου και η σταθερότητα πλοήγησης μπορεί να διατηρηθεί σε πολύπλοκα περιβάλλοντα, όπως φαράγγια και αστικά φαράγγια.
VI. Ζώνες συχνότητας ειδικών εφαρμογών
Ζώνες συχνοτήτων 433MHz και 915MHz
Αυτές οι δύο ζώνες συχνοτήτων είναι ιδανικές για μετάδοση δεδομένων χαμηλής ταχύτητας λόγω των χαρακτηριστικών μεγάλου μήκους κύματος τους. Η μονάδα SiK Radio που βασίζεται στο πρωτόκολλο MavLink μπορεί να επιτύχει μετάδοση εντολών για πάνω από 10 χιλιόμετρα σε σύνθετα εδάφη όπως ορεινές περιοχές μέσω των ζωνών 433MHz/915MHz. Συσκευές όπως τα τηλεχειριστήρια DragonLink, όταν χρησιμοποιούν αυτή τη ζώνη συχνοτήτων, έχουν 50% καλύτερη ικανότητα κατά των παρεμβολών σε σύγκριση με συσκευές 2,4 GHz. Ωστόσο, ο ρυθμός μετάδοσης περίπου 100 kbps το περιορίζει στη μετάδοση εντολών πτήσης και παραμέτρων κατάστασης, με αποτέλεσμα να μην μπορεί να μεταφέρει σήματα βίντεο.
Ζώνη συχνότητας 700 MHz
Γνωστό ως «χρυσή ζώνη συχνοτήτων για την επικοινωνία», τα 700 MHz έχουν μοναδική αξία στην επικοινωνία έκτακτης ανάγκης. Όταν το drone επικοινωνίας έκτακτης ανάγκης 5G της China Broadcasting είναι εξοπλισμένο με σταθμό βάσης αυτής της ζώνης συχνοτήτων, μπορεί να επιτύχει κάλυψη σήματος 72 τετραγωνικών χιλιομέτρων σε υψόμετρο 4000 μέτρων, με RSRP (Reference Signal Received Power) σταθερό στα -92dBm, που είναι 2-3 φορές πιο αποτελεσματικό σε κάλυψη από τα συμβατικά συστήματα. Κατά τη διάρκεια της διάσωσης από σεισμό, το drone 'Wing Loong' δημιούργησε γρήγορα ένα προσωρινό δίκτυο επικοινωνίας χρησιμοποιώντας τη ζώνη των 700 MHz, διασφαλίζοντας ομαλές υπηρεσίες φωνής και SMS στην περιοχή διάσωσης.
Ζώνες συχνότητας σύντηξης 5G
Η ζώνη κυμάτων χιλιοστών των 26 GHz, με ρυθμό μετάδοσης 10 Gbps, έχει γίνει ο βασικός φορέας για επικοινωνία με drone σε χαμηλό υψόμετρο. Σε δοκιμές στο Beijing Yanqing Drone Industrial Park, αυτή η ζώνη επέτρεψε τον εντοπισμό θέσης σε επίπεδο εκατοστών και την αλληλεπίδραση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο για 100 drones. Η ζώνη των 4,9 GHz, που λειτουργεί σε συνδυασμό, αντιμετωπίζει τον περιορισμό διείσδυσης κυμάτων χιλιοστού με την ευρεία κάλυψη. Το συνεργατικό δίκτυο ανίχνευσης που σχηματίζεται από τους δύο μπορεί να καλύψει τόσο τις ανάγκες μετάδοσης εικόνας υψηλής ταχύτητας όσο και τις ανάγκες ελέγχου σε μεγάλες αποστάσεις, παρέχοντας τεχνική υποστήριξη για την επιμελητεία αστικών drone.
Ζώνες συχνοτήτων απεικόνισης τηλεπισκόπησης
Στην ανίχνευση τηλεπισκόπησης, ζώνες όπως Ku (12-18 GHz), X (8-12 GHz) και L (1-2 GHz) έχουν η καθεμία τα δυνατά τους σημεία: η ζώνη Ku είναι κατάλληλη για χαρτογράφηση εδάφους υψηλής ανάλυσης, η ζώνη X μπορεί να διεισδύσει σε στρώματα σύννεφων για να αποκτήσει πληροφορίες επιφάνειας και η παρακολούθηση της ζώνης L υπερέχει στο veget. Το σύστημα MiniSAR διπλής ζώνης της Zhanjiang Technology (Ku+X) μπορεί να παρέχει δεδομένα εδάφους σε επίπεδο εκατοστών και πληροφορίες επιφανειακής παραμόρφωσης μέσω της σύντηξης δεδομένων πολλαπλών ζωνών, βελτιώνοντας σημαντικά την ακρίβεια της παρακολούθησης γεωλογικών καταστροφών.
Η επιλογή των συχνοτήτων drone είναι ουσιαστικά μια ακριβής αντιστοίχιση τεχνικών χαρακτηριστικών και απαιτήσεων σεναρίου: οι ζώνες μικρού μήκους κύματος δίνουν προτεραιότητα στην απόδοση μετάδοσης, οι ζώνες μεγάλου μήκους κύματος επικεντρώνονται στην ικανότητα κάλυψης και οι ζώνες κυμάτων χιλιοστών τονίζουν την ακρίβεια ανίχνευσης. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας 6G και των ζωνών terahertz, η επικοινωνία με drone θα πραγματοποιήσει συνεργασία πλήρους συχνότητας στην «ενσωμάτωση διαστήματος-αέρα-εδάφους» στο μέλλον, ανοίγοντας ευρύτερες προοπτικές για βιομηχανικές εφαρμογές.
