天通一号数据通信在无人机领域的应用分析与解决方案

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简介：
大中型无人机，飞行半径可达几百公里上千公里，仅依靠地面信号盲区很大，安装卫星通信系统就尤为重要了，不管飞多远，都能接收到控制指令。天通一号卫星移动通信系统，是我国自主开发的通信卫星，目前覆盖整个中国大陆和周边海洋区域，支持卫星语音电话和短信、窄带卫星数据传输、宽带卫星数据传输三种功能，能够实现户外场景的全天候全地域信号覆盖。天通一号数据传输模组成本可低至万元级别、重量小至1Kg以内，非常适合无人机。
3 V6 y, s& L4 b/ j# {' B) L背景：卫星通信的必要性
小型无人机，尤其是电动多旋翼无人机，飞行半径最多几十公里，靠地面站遥控就足够了，无需安装卫星通信系统。
- U6 U5 Z. g- g/ S3 E; \而大中型无人机，飞行半径可达几百公里上千公里，仅依靠地面信号盲区很大，安装卫星通信系统就尤为重要了，不管飞多远，都能接收到控制指令。
( P% R8 g: H& x0 g: Q* N无人机卫星通信解决方案，天通一号数据模

: E8 S4 x3 k" Y9 {4 B近年来，我国大中型无人机发展迅速，民用领域快递运输无人机、植保无人机、科考无人机层出不穷。
如何选择卫星数据通信模组？如何在无人机上安装卫星通信设备？卫星数据通信有什么优势和劣势？请听天通一号网主编一一道来。
天通一号无人机应用：功能和优势
天通一号卫星移动通信系统，是我国自主开发的通信卫星，目前覆盖整个中国大陆和周边海洋区域，支持卫星语音电话和短信、窄带卫星数据传输、宽带卫星数据传输三种功能，能够实现户外场景的全天候全地域信号覆盖。
' m7 f% u3 {: k5 `8 W- K2 w天通一号数据传输模组成本可低至万元级别、重量小至1Kg以内，非常适合无人机搭载。
相对于其他无人机通信手段，天通一号卫星数据通信有诸多优势：

2 P3 q1 ]0 x' c- H1 L6 z  ^# J5 f无人机地面站遥控：
# j; |% h7 ]5 v5 i1 Q5 E$ N8 ]百瓦级别的遥控站最多做到100KM的距离，且地面遥控受地球曲率影响，低空存在盲区，受环境干扰也比较大。而卫星通信不存在距离影响，也不需要那么大功率的遥控设施。
北斗短报文通信：
虽然北斗终端价格低廉，但北斗短报文实时性太低（分钟级），数据量太小（60字节）。做救援还可以，不适合做无人机遥控，更不可能做视频。
高通量卫星：
传统ka和ku波段数据通信卫星，体积一般都很庞大，至少要几十公斤到上百公斤的重量，也远比天通一号卫星终端贵的多（几十万到几百万级），适合高端大型军用无人机，难以在民用中型无人机上普及开。
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3 F: y- U2 p. h) P3 i# j7 E但天通一号网主编认为，把天通一号用在无人机上，也有一些劣势：
! D4 r% v8 U' y) c# p数据速率和网络延时：
9 F; o& P/ p8 \: t! @( X$ b3 Y" v$ L天通一号窄带数据9.6kbps仅满足控制指令的传输、宽带数据384kpbs仅满足标清视频的传输，通信速度是比不上宽带通信卫星的。且因为卫星距离和处理能力，数据链路延迟有500mS以上，对于无人机的远距离实时控制是有一定影响的。
可靠性设计需要加强：
) [: T. ~$ O. n( n3 z0 P7 o& C现有的民用版天通一号卫星数据终端，主要是便携和车船载为主，如果应用于高空无人机，需要针对性的加强终端防护能力，以适应高海拔超低温的环境要求。
: Z9 e& d% J2 q1 G; Z天通一号无人机通信解决方案
结合上述优缺点，天通一号网的专家们给出了一些“无人机+天通一号”的解决思路：

9 k4 S* O' J3 Z& m2 Y" C地面站+卫星通信结合：
近距离操作，尤其是无人机起飞和降落的时候，应当以地面站的控制为主，实时性高、链路稳定性高、视频能力更强。而无人机巡航途中，远离了地面站的范围，就启用卫星数据，确保时刻都能监控到无人机的状态，以及下发一些控制指令。
低成本窄带方案，用于应急和控制：
- g7 H- _4 `" S) A+ y8 N9.6kbps的天通一号窄带数据，虽然听起来很慢，但足以支持无人机状态回传和控制指令下发了。窄带通信胜在性价比极高：窄带通信模组的价格比宽带模组便宜了80%以上，天线也无需使用动中通，普通高增益全向天线足以实现窄带通信，窄带天线比宽带天线便宜了95%！
/ H4 ~. a7 W) C4 ^' Z窄带方案很适合快递物流运输无人机，只需要知道无人机在哪里，无需看到无人机视频画面。
" D& ^7 ^% d, v8 z) A3 P宽带卫星视频方案，用于远距离图传：
对于要求实时远距离图像传输的无人机，就需要用384kbps的天通一号宽带数据了。全套需要几十万级别，重量可以做到5Kg以下。适合考虑到天通一号流量费用较贵，推荐使用地面站和卫星数据结合的方式，尽量少使用卫星数据，以节约流量费用。
宽带方案适合科考无人机、森林消防无人机、农业无人机等，需要回传图片或视频的机型。
相控阵动中通天线，减轻总体重量：
天通一号宽带数据，全向天线没有那么高的功率，必须要使用动中通天线，波束时刻指向卫星的方向。传统车载和船载主要使用机械式动中通天线，但用在机载就显得太重太大了，十几公斤的重量放在无人机上很吃力。
天通一号网推荐无人机使用相控阵动中通天线，薄薄一组天线，相控调整波束，无需机械结构，重量仅1-2Kg，能够尽可能的减小无人机的负担。

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