系留无人机原理
随着信息化、网络化程度加深,生活的方方面面均可享受网络带来的便捷。与此同时，网络依赖成为这个信息社会的一项特征。拇指文化的风靡使得通信需求不断上升，通信保障能力凸显出至关重要的作用，在野外作业、应急救险等应急通信的必要性需求更为突出。在这一需求形势下，系留旋翼无人机作为高空基站走入了人们的眼帘。 什么是系留旋翼无人机？ 系留无人机系统由多旋翼无人机、系留线缆、地面起降平台组成，无人机使用地面供电长时间滞空悬停，同时，机载设备采集的高清视频等数据可以通过系留线缆内置的光纤回传到地面，具有空中长时间作业、数据传输带宽大的优势，整个系统可***立式安装，也可以车载安装，并能自动同步跟随车辆移动。系留旋翼无人机的市场需求来源于系留升空平台系统。
1、系统组成结构 系留多旋翼无人机是在普通多旋翼无人机上******系留机载电源模块和超轻型光电复合系缆，连接地面电源设备，代替原来的机载电池。系统主要组成包括：多旋翼飞行器、任务载荷（含天线）、机载电源、超轻型复合系缆、系缆收放机构以及地面电源设备等。
2、工作原理及性能 系留多旋翼无人机的***关键改进是增加了系留供电系统，其基本原理如图所示:地面电源将地面220 V交流电变换为高压后通过系缆传输到机载电源，再变换为飞行器及任务载荷的供电电源。系缆中除了供电导线，还有两条单模光纤，可用于机载任务载荷与地面设备之间的宽带信号通信。
3、应用优势 无人机平台早期主要选用大中型固定翼无人机和无人直升机作为高空基站平台，这些平台虽然载荷能力强、飞行高度大、飞行距离远，但同样存在着体积大、系统复杂、维护保养复杂、训练成本高、回收条件要求高、操作灵活性不够、需协调飞行空域、尤其是定点指挥滞空时间短等诸多限制，这些不足决定了其很难在应急平台应用中得到广泛推广。 较之大中型固定翼无人机和无人直升机，多旋翼系留无人机具有体积小、重量轻、便于携行、操作简单、训练保障要求低、起降环境要求低，维护保养简单、飞行状态改变灵活，可稳定悬停等优势，特别是采用系留无人机平台可长时间悬停在空中某一区域，可实现高空基站应急通信通讯的保障。 “高度优势”明显使得系留无人机成高空基站的******。 一般来说，高度是影响无线通信覆盖范围的主要因素，普通的应急通信车虽然也具有保障临时通信的能力，但是与无人机中继通信相比，服务范围较小，信号也不够稳定。所以利用无人机搭载通信设备升空，可以改善地形等因素造成的限制性影响，获得更好的通信效果。因此，多旋翼系留无人机开始成为应急通信平台的有力“生力军”。
4、应用范围 目前市面上的系留无人机可通过地面发电机进行供电，多可实现24小时全天候滞空，72小时不间断工作，100-200米定点悬停，广泛适用于救灾抢险、边界巡视、基地安全、景区监测、地质勘测、野外作业、森林防火、应急通信、公安反恐、交通监管、新闻采访、工程监控、环境监测、影视拍摄、科学研究、国防军工等多个广阔领域。
5、技术难点： 飞控的控制性能 系留旋翼平台主要是在定点周围悬停，不会有过多复杂的飞行动作。 如果你认为多旋翼的飞控功能简单，老普就只能呵呵呵了。系留旋翼的飞控需要充分考虑系缆对其飞行的影响，特别是在各种风场条件下，系缆随风产生的摆动会使平台失去控制。 一般来说，民用系留旋翼无人机至少要达到恒风6级阵风8级的要求，才能有实际使用意义。在6～8级的风场的应用时，系缆并没有固定的运动规律可言，要靠飞控对旋翼平台控制的鲁棒性来调整，其操控难度不低于固定翼。 旋翼平台气动力设计 为匹配系统旋翼平台要在强风中的作业场景，平台的气动力设计尤其重要。系统旋翼平台在风场中悬停，实际上相当于平台在沿来风方向做平面飞行。6～8级风速为10.8～20.7米/秒，相当于旋翼平台要有***高时速不小于75千米的能力。 高压供电系统 采用高压供电方式从地面向空中的系留旋翼平台供电可减小输送电流，从而减少电源损耗，同时可减小传输导线的截面积，减轻电源电缆的重量。 高压供电系统有两种运作方式。一种方式是，输电电压可直接匹配高压电机，电压不需转换直接驱动电机。优点是结构较为简单，缺点是需要对高压电机进行设计，而大功率高压控制器件的成本较高；另一种方式，要在平台上设计降压用的开关电源，用多旋翼现有低压电机驱动，但开关电源同样存在功重比的要求和大功率高压控制器件的制约。 驱动电机的功率范围 系留旋翼须***是长期持续工作的，不像多旋翼无人机可短期间歇工作，驱动电机是动力的核心部件，一定要工作在额定的功率范围内。根据旋翼类航空器升力/功率比的经验数值，每千瓦功率大约产生5～10千克的升力，电机的功重比低于1千瓦/千克的系统设计有一定难度。 系留系缆 系缆除了传输动力电源之外，还设计有光纤以传输平台载电子设备的光电信号，因此系缆是一种动力/信号复合缆线。 平台载电子设备为减少升空设备的重量，普遍将天线、发射机之外的设备放在地面，而通过系缆光纤保障平台与地面设备之间电子信号的连接。这样可节省出平台升力，增加升空高度，提高升空增益。
