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2017年6月号

Multiple Unmanned Aerial Vehicles Communication Relay System

Extending communication range across obstacles by linking multi-UAVs


無人機經常在頭條新聞出現,可說是近年最具爭議性的新科技。隨着機身變得越來越輕巧,它的價錢也越來越便宜,現在無人機已變成幾乎人人能負擔的玩意。除了作消遺娛樂之用外,它的民事用途也十分普遍,航拍、監察、環境監測、搜救行動等,都用得上無人機。很多時候,無人機要在嚴苛環境下使用,故與地面控制站保持穩定通訊是非常重要的。現有的商用無人機通訊系統仍存有不少限制,如通訊距離太短及信號容易被高山或大型建築等障礙阻擋。有見及此,機械工程學系副系主任溫志湧教授率領研究團隊,研發出「多無人機通訊中繼系統」,成功擴大通訊距離至目前的十三倍,並解決了無人機受障礙阻隔的難題。

現有系統的限制

目前,商用無人機通訊系統的通訊距離最多只有十公里左右。溫教授指:「若無人機飛越十公里的範圍,便會與地面控制站失去聯絡。」此外,無人機必須在地面控制站的視線之上,兩者之間不可有地形上或建築物的阻隔。「在鬧市或山區進行任務時,無線電信號容易被高山或建築物阻擋,以致無人機接收不到指令,也不能實時傳送數據或影像至地面控制站,所以在這種情況下,無人機就難以完成任務。」

利用無人機作信號中轉站

溫教授及其團隊為克服上述難題,採用多架能同時收發無線電信號的無人機。有了此系統,地面控制站只要接通其中一架無人機即可。這架無人機會充當母機和通訊樞紐的角色,把信號轉發給子機;而接收到信號的子機亦會成為一架母機,把信號轉發給下一架子機,如此類推。而無人機也可循此途徑把信號送返地面控制站。系統最多可同時接駁十三架無人機,相等於把十公里的通訊範圍擴大至130公里。溫教授道:「這個系統利用多架無人機作為中繼點把信號伸延,讓第十三架無人機在距離地面控制站130公里之處仍可運作。如要進一步擴大系統的通訊範圍,可採用定翼無人機為中繼樞紐,因為它的通訊距離較四旋翼無人直升機為長。」

另外,溫教授的多無人機通訊中繼系統也解決了無人機必須在地面控制站視線之上及兩者之間不能有障礙物的限制。我們可讓中繼無人機飛到不同高度和位置,就可以繞過障礙物;只要每架子機在其母機的視線上,系統就可把無線電信號傳遞出去。「舉例說,若地面控制站和子機之間有一座高山相隔,只需讓母機飛到山頂上空,即可把控制站的信號轉發給子機。」

除了通訊中繼系統外,溫教授的團隊還開發了可在平板電腦使用的MiniGCS小型地面站軟件。溫教授解釋說:「大多數商用無人機通信系統的地面站軟件只能安裝於手提電腦,而且只能監控一架無人機。相反,MiniGCS適用於平板電腦,可減輕器材重量和增加靈活度,而且最多能同時監控13架無人機。」

2017年3月,多無人機通訊中繼系統於第45屆瑞士日內瓦國際發明展中榮獲評判特別嘉許金獎。

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