- Испытания опытных изделий
- Описание и принципы работы компонентов разработки
- Описание локальной полевой сети
- Полученные результаты испытаний
- О команде проекта
- Прикладное значение
В научной лаборатории «Спутниковые телекоммуникационные системы» Университета Решетнёва в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» продолжается работа над проектом «Гибридные системы связи». Одним из направлений проекта является разработка и испытание технических решений для повышения дальности, устойчивости и гибкости каналов связи с беспилотными авиационными системами.
Полевые испытания
В ходе очередных полевых испытаний команда лаборатории проверила несколько опытных изделий
- ретранслятор прямого управления для БАС
- экспериментальную локальную LTE-сеть, развёрнутую в полевых условиях на базе собственной SDR-базовой станции
Испытания проводились в реальных условиях эксплуатации. Основной задачей было подтвердить работоспособность разработанных решений вне лаборатории, проверить устойчивость каналов связи, возможность передачи управляющих данных, работу бортовой и наземной аппаратуры, а также оценить потенциал применения гибридных систем связи для беспилотных платформ.
Ретранслятор полётного задания для БАС
Ретранслятор полётного задания предназначен для передачи на беспилотную авиационную систему маршрутных данных , координатных точек, служебных команд и телеметрической информации. Такое решение применяется в случаях, когда необходимо обеспечить устойчивый обмен данными между наземной частью системы и бортовым автопилотом БАС на увеличенном расстоянии.
Канал полётного задания организован с использованием протокола MAVLink, применяемого для обмена данными между наземной станцией управления, автопилотом и бортовыми системами беспилотного аппарата. Через данный канал могут передаваться параметры полётного задания, точки маршрута, служебные сообщения, телеметрия и команды управления.
Аппаратная часть канала полётного задания построена на радиомодулях LoRa 433 МГц DX-LR02 и управляющем микроконтроллере nRF-класса. На борту беспилотной авиационной системы устанавливается приёмный модуль полётного задания, включающий радиомодуль LoRa, микроконтроллер управления, интерфейс сопряжения с автопилотом, антенну и элементы питания. Бортовой модуль обеспечивает приём данных полётного задания и их передачу в систему управления БАС.
На стороне ретранслятора применяется аналогичная аппаратная платформа , однако используется двухантенная схема: один антенный тракт задействован для приёма данных от наземной части системы, второй — для дальнейшей передачи данных в сторону беспилотной платформы.
Принцип работы ретранслятора полётного задания заключается не в простом переотражении радиосигнала и не в пассивной ретрансляции. Устройство выполняет функцию активного цифрового промежуточного узла связи: один радиомодуль принимает пакетные данные по радиоканалу, далее данные поступают на микроконтроллер, где обеспечивается их обработка и передача по внутренним интерфейсам на второй радиомодуль. После этого второй радиомодуль выполняет дальнейшую передачу данных по радиолинии в сторону БАС.
Такой подход позволяет организовать управляемую цифровую ретрансляцию данных полётного задания, разделить участки радиоканала, повысить гибкость построения линии связи и обеспечить передачу команд автопилоту через промежуточное звено.
В ходе полевых испытаний ретранслятор полётного задания подтвердил работоспособность. Беспилотная авиационная система успешно получила данные полётного задания и выполнила полёт по заданному сценарию.
Ретранслятор прямого управления для БАС
Вторым разработанным изделием стал ретранслятор прямого управления для беспилотной авиационной системы. Его задача — обеспечить промежуточное звено радиосвязи между операторским оборудованием и бортовой аппаратурой БАС для передачи управляющих команд и служебных данных.
В состав ретранслятора входят радиотрансиверы, антенная часть, элементы питания, коммутационные узлы и корпусные элементы. Конструкция опытного образца выполнена с применением 3D-печатных деталей, что позволяет адаптировать компоновку под конкретную аппаратуру и задачи испытаний.
Принцип работы ретранслятора заключается не в простом отражении радиосигнала и не только в аналоговом переносе частоты, а в организации цифрового промежуточного канала связи. Один трансивер принимает данные по радиолинии, далее сигнал обрабатывается и передаётся по внутренним шинам микроконтроллера на второй трансивер, который выполняет дальнейшую передачу данных по радиолинии на другой частоте.
Такой подход позволяет организовать более гибкую схему ретрансляции управляющих данных: разделить участки радиоканала, обеспечить передачу информации между наземной и бортовой частью системы и расширить возможности построения каналов связи для БАС.
Отдельно в составе опытного решения предусматривается канал видеопередачи. Видеомодуль используется для передачи визуальной информации с борта, а канал прямого управления — для обмена управляющими командами и служебными данными. Разделение каналов управления и видеосигнала позволяет одновременно обеспечивать оператору управление беспилотной платформой и получение необходимой визуальной информации.
В рамках проведённых работ была проверена аппаратная реализация ретранслятора прямого управления и принцип организации промежуточного цифрового канала связи. Дальностные испытания данного ретранслятора на текущем этапе не проводились; основные полевые проверки дальности и устойчивости связи были выполнены для ретранслятора полётного задания.
Полевая локальная LTE-сеть
Отдельным направлением испытаний стала разработка и развёртывание локальной LTE-сети в полевых условиях. Опытная базовая станция LTE была реализована на базе SDR-платформы LibreSDR и успешно запущена вне стационарной инфраструктуры.
Базовая станция работала в режиме локальной сети связи и позволила подключать пользовательские устройства, организовывать обмен IP-данными и проверять возможность применения LTE-технологии в полевых условиях. В рамках испытаний была подтверждена работоспособность собственной базовой станции, построенной на SDR-платформе, что открывает возможности для создания гибких автономных сетей связи.
На текущем этапе максимальная достигнутая скорость передачи данных составила до 35 Мбит/с при полосе пропускания 5 МГц. Такой результат показывает перспективность применения SDR-подхода для создания локальных сетей связи, которые могут использоваться в труднодоступных районах, на временных объектах, в экспедициях, на испытательных площадках и при работе с беспилотными авиационными системами.
Локальная LTE-сеть может применяться для организации IP-телефонии , обмена данными между компьютерами и мобильными устройствами, передачи телеметрии, подключения операторских рабочих мест, а также для перспективных задач связи и управления БАС в условиях отсутствия или ограниченной доступности операторской инфраструктуры.
Итоги испытаний
- ретранслятор полётного задания обеспечил передачу данных для выполнения заданного сценария полёта
- ретранслятор прямого управления подтвердил работоспособность аппаратной реализации и принципа цифрового промежуточного канала связи
- экспериментальная базовая станция LTE на базе LibreSDR была успешно развёрнута в поле и показала скорость передачи данных до 35 Мбит/с при полосе 5 МГц
Полученные результаты позволят перейти к следующему этапу работ: модернизации аппаратной части, повышению устойчивости каналов связи, увеличению дальности, улучшению качества передачи данных, оптимизации программной интеграции и расширению сценариев применения гибридных систем связи.
Работа научной лаборатории «Спутниковые телекоммуникационные системы» демонстрирует, как на базе Университета Решетнёва формируются инженерные команды, способные создавать, испытывать и развивать прикладные технологии для задач связи, телекоммуникаций и беспилотной авиации.
О команде проекта
Большой вклад в организацию и развитие работ по проекту вносит заведующий научной лабораторией «Спутниковые телекоммуникационные системы» Константин Гаипов.
Над созданием и испытаниями ретрансляторов, а также проектированием решений для беспилотных авиационных систем работали Виктор Белослудцев , Михаил Посконин и Пётр Кузнецов. Разработкой, развёртыванием и испытаниями полевой базовой станции LTE занимался Никита Добросоцкий.
Прикладное значение проекта
Проект «Гибридные системы связи» направлен на создание отечественных технологических решений для устойчивой связи, передачи данных и управления беспилотными авиационными системами в сложных условиях эксплуатации. Разрабатываемые решения могут быть востребованы в научных исследованиях, промышленности, мониторинге удалённых территорий, образовательных проектах и развитии перспективной инфраструктуры связи.
Об этом и многом другом узнайте:
ВКонтакте Telegram Дзен Одноклассники RuTubeПри использовании информации и фото указывайте ссылку на первоисточник
Наши достижения Новости Актуальное Университет сегодня Наука и инновации Студентам Сотрудникам
