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救生系留无人机获得动力及通信性能提升

无人机有一个可大显身手的特殊领域:为紧急情况现场急救人员提供一款操作简单的工具,以便与医疗机构及人道主义服务机构保持通信。

Tethered drone image

使用系留无人机系统的想法看起来不太适宜,但事实上,它们执行大量任务的能力都比自由飞行的无人机强。

系留无人机并不是一个新概念,但其过去的成功应用常常会受电力和通信不足的阻碍。随着最近的一些技术突破,这种情况似乎会有所改变。

涉及操作便捷性和连续工作时长时,这类无人机比自由飞行的无人机更有优势,它们不需要训练有素的飞行员,而且它们也不受联邦航空局针对自由飞行的无人机实施的有关飞机安全的规定等的约束。


这些特点使其成了很多应用的理想选择,从军情观察、安全监控到摄影,甚至是提高农业生产效率等,无所不包。

有一个它们可大显身手的特殊领域:为紧急情况现场急救人员提供一款操作简单的工具,以便与医疗机构及人道主义服务机构保持通信。

为紧急救援人员提供真正值得使用的实地无人机的两个关键方面是为它们提供动力以实现长期飞行和最佳通信技术。

连接性的突破

瑞士系留无人机公司 Fotokite 在英国进行的 Virgin Media O2 无人机试验过程中,取得了一项相关性极高的通信技术突破。

在一系列测试的第一项测试中,应急响应团队能够在既定情况下迅速将一架系留无人机发射至 50 米以上的空中。这就意味着现场应急人员不仅可迅速评估整个紧急情况,而且还可通过 5G 网络与其它地方的团队沟通。

该试验帮助我们更好地了解了在创伤现场以及难以到达的偏远位置进行急救服务时如何使用 5G 连接。

UAV with 5G image

Fotokite Sigma 系留系统已成功测试,其可从地面基站接收 5G 网络连接,并通过智能平板电脑将实时数据传输给现场急救人员和当地医院团队。此外,系留无人机还显示了两分钟的快速设置时间。

系留无人机在搜救任务中特别实用。悲剧发生时,无人机是收集现场信息的快速高效途径。配备了雷达和热传感器的无人机可为现场急救人员提供必要信息,以评估特定灾难范围以及定位被困幸存者。

系留无人机用于实时新闻、摄影和电影制片技术的案例越来越多。它们比轻型飞机或直升机更划算、更容易部署,在现场也更安全。

系留无人机不能覆盖大片区域,但它们可以收集数据,修复地图错误,并可监控人口密度和水位。此外,它们也可用来分析天气模式,尤其是龙卷风和飓风。

它们还可通过近红外传感器监控农作物,检测作物的健康状况,使农民能够对化肥或杀虫剂的投入做出必要的调整,以种出更好的庄稼。这是一种更有针对性的农用化学品使用,而不是可能会破坏环境的霰弹枪爆炸技术。

供电

所有这些系留无人机功能都很出色,它们可以在空中停留很长时间,停留的时间远比飞行时间有限的自由飞行无人机长。

所以这里的诀窍是为无人机提供持续停留在空中所需的能量,这就是系线技术大显身手的地方。

日本 Fukaden 公司制定了一种供电方案,为其系留无人机设计的移动通信基站进行供电。现场急救人员一到现场,就可部署这些重量很轻的便携式无人机,快速提供通信功能。

在与日本主要电信运营商的合作中,Fukaden 对其电源控制 BOX II 主电源单元进行了演示测试,该单元通过系线为无人机供电。它可实现将 1kW 的电源提供到 150 英尺高的地方。此外,并联使用单元还可轻松扩展电源,将功率增加三倍,达到 3kW,可为直径 10 公里的范围提供蜂窝服务。

保持轻线缆

过去,系留无人机的一个主要弊端一直是其所连接的电源线的粗细和重量。沉重的线缆会产生阻力,这需要为无人机传输更多电源以使其保持在空中,还限制了添加传感器或高分辨率摄像机等新特性的功能。

该公司透露,Fukaden 无人机需要 1kW 到 10kW 的电源,将供电电压从 24V 增加到 370V,可将供电电流锐减 至原来的1/15 。也就是说可以使用更细的系线,从而将 1kW 系线线缆的重量减少至原来的1/ 10,从 125克/米锐减至 11.1 克/米。

在无人机上提供 370V 电压,需要在无人机上安装一款高密度的更轻 DC-DC 转换器模块,将电源电压降至 DC 24V,这是驱动电机所需的电压。

最初的 Fukaden 高压 DC-DC 转换器设计不仅很重,而且占用的空间也很多。因此,该公司寻找一款小型、轻量级的 DC-DC 转换器,随后使用 Vicor 母线转换器模块 (DCM™) 替换了大型转换器。

UAV PDN image

Vicor DCM 是一种采用高频率零电压开关技术的隔离式 DC-DC 转换器模块,具有转换效率高、输出功率密度大的特性。Fukaden 透露,使用 DCM 不仅将体积缩小了 75%,而且还将重量减少了 50%。

该公司新一代通信无人机需要高达 9kW 的电源。使用更高电压的电源 (DC 700V) 和更细的线缆并升级到并联三个 Vicor BCM®,Fukaden 能够将功率扩展到 4.5kW。要进一步扩展至近 9kW,可以并联两个 Fukaden 供电单元。

该公司称,增加电源后,无人机可飞行 92 小时并保持 10 公里的通信直径。此外,改进的性能还有助于基站在恶劣天气下更出色地完成任务。

本文最初由 《Electropages》发表。

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