【摘 要】
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近年来,随着无人机的快速发展,越来越多的无人机共用频段资源,造成干扰逐渐加重。目前比较常用的无线电频段为2.4GHz和433MHz。传统无人机通信大多采用单一频段单一通路进行通信,当遇到干扰因素时难以保证通信功能,无法兼顾最远有效传输距离和高数据传输速率。因此本文对无人机自适应通信技术进行研究并设计实现了基于远距离无线电LoRa的无人机自适应通信链路,让无人机自适应在2.4GHz和433MHz频段
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近年来,随着无人机的快速发展,越来越多的无人机共用频段资源,造成干扰逐渐加重。目前比较常用的无线电频段为2.4GHz和433MHz。传统无人机通信大多采用单一频段单一通路进行通信,当遇到干扰因素时难以保证通信功能,无法兼顾最远有效传输距离和高数据传输速率。因此本文对无人机自适应通信技术进行研究并设计实现了基于远距离无线电LoRa的无人机自适应通信链路,让无人机自适应在2.4GHz和433MHz频段进行切换,选择通信质量更好的模式进行单路单频通信或者双路双频通信。充分利用了433MHz频段设备绕射能力强、传输距离长以及2.4GHz通信速率高、穿透能力强等特点,并且不同频段通信很大程度上保证了不被干扰串频,提高系统抗干扰性。此外本文在双路双频通信时实现2.4GHz频段下LoRa、GFSK调制方式的自适应切换以及433MHz频段下LoRa、FSK调制方式的自适应切换,整体上提高了无人机通信的传输速率、最远传输距离和可靠性。本文主要工作如下:(1)根据无人机自适应通信系统的应用场景和需求功能,设计了无人机自适应通信链路总体方案。采用主控芯片控制两个工作在不同频段的模组通信,根据误帧率、RSSI值以及传输距离值自适应切换两路通信。并且自适应切换FSK、LoRa,GFSK调制方式,充分利用了2.4GHz和433MHz两个频段的优势以及具有低功耗远距离功能的LoRa技术。(2)设计并实现了无人机自适应通信系统硬件平台。考虑系统低功耗、远距离以及高性能,主控芯片选用STM32F407VET6。为了能够降低开发难度,提高通信质量,射频通信模块均采用特定模组,分别选用E19-433M30S模组和E28-2G4M20S模组。(3)设计并实现了无人机自适应通信系统软件平台。软件平台通过自适应切换算法实现了自适应通信,根据自由空间损耗模型确定自适应切换判决条件,由此判决条件选择单路单频或者双路双频通信。其中双路双频通信情况下实现了自适应切换调制方式,并且利用循环数据调度机制进行双路并行通信,包括发送端数据调度处理,接收端数据解析恢复。(4)完成无人机自适应通信链路的功能以及性能测试。从测试结果可以得出,本系统实现了无人机自适应通信的功能,根据无人机不同的通信场景自适应切换两个频段进行单路单频通信或者双路双频通信。在距离较近时自适应切换到2.4GHz频段通路通信,距离适中时两个频段并行通信,距离较远时自适应切换到433MHz频段通路通信,整体上提高了通信质量以及最大有效通信距离。同时根据RSSI值、误帧率和距离值完成LoRa与FSK或者GFSK调制方式的自适应切换,提高了传输速率和传输可靠性。
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