Além da linha de visão BLOS FANET

Índice

Somos uma startup especializada em serviços de design e integração do sistema. Nosso foco está em fornecer soluções inovadoras de design eletrônico e mecânico para pequenas empresas. Como parte de nossos projetos em andamento. Buscamos sua ajuda com um serviço alinhado aos produtos e ofertas da sua empresa. Abaixo, descrevemos os detalhes específicos de nossos requisitos.

Descrição do sistema de drone de levantamento de incêndio florestal:

Ultimamente, um de nossos clientes solicitou uma solução viável para configurar uma rede Drone para levantamento de incêndios florestais além da linha de visão, fornecendo dados e vídeo em tempo real, e operar em longas distâncias. Pela razão de cobrir grandes áreas já que somos um país tão grande, propusemos esta arquitetura:

Um UAV mãe capaz de voar até 6 km de altitude e percorrendo uma distância de 50 km, controlado diretamente via linha de visão (A) da estação de controle terrestre (GCS). O UAV mãe está equipado com uma câmera de inspeção de alta resolução que transmite um downlink de fluxo de vídeo de alta qualidade para o GCS, e troca dados de comando e telemetria com o GCS através de full-duplex, comunicação bidirecional.

Adicionalmente, há seis drones quadricópteros filhos que se conectam exclusivamente ao UAV mãe por meio de dados de telemetria bidirecional e enviam seus fluxos de vídeo para o UAV mãe, que atua como um relé para transmitir todos os dados ao GCS. Os drones filhos podem operar simultaneamente, e tanto o UAV mãe quanto os drones filhos podem ser comandados a partir do GCS. A distância máxima entre o UAV mãe e os quadricópteros filhos é definida como 15 km LOS que permitem cobrir uma grande área e estabelecer um sistema além da linha de visão.

Figo. visão geral do cenário de trabalho com todos os links de comunicação.

Veja como isso pode ser aplicado de forma eficaz:

1. Mãe UAV como Centro de Comando e Controle

Alta altitude, vigilância de longo alcance: O UAV mãe, com sua capacidade de voar até 6 km de altitude e cobertura 50 km, pode atuar como uma plataforma de observação de alta altitude para toda a área do incêndio. Ele pode capturar imagens e vídeos de alta resolução, que pode ser transmitido em tempo real para a estação de controle de solo (GCS).
Centro de coordenação para drones filhos: O UAV mãe pode servir como ponto de retransmissão para gerenciar os drones filhos, coordenar suas trajetórias de voo para cobrir seções específicas do incêndio.

2. Drones filhas para coleta detalhada de dados

Vigilância multiponto simultânea: Os drones filhos podem ser implantados em altitudes mais baixas para coletar dados detalhados de vídeo e telemetria em diferentes seções da zona de incêndio.. Com suas câmeras de alta qualidade, eles podem fornecer visualizações focadas de frentes de incêndio ativas, pontos quentes, ou áreas que necessitam de atenção.
Mapeamento e telemetria em tempo real: Os dados dos drones filhos podem ser retransmitidos através do UAV mãe para o GCS para mapeamento do comportamento do fogo em tempo real. Isto permite que as equipes em terra tomem decisões rápidas sobre contenção e evacuação.

3. Processamento de dados em tempo real na estação de controle terrestre

Planejamento e coordenação da missão: O GCS pode receber telemetria e fluxos de vídeo dos drones mãe e filha, permitindo que os operadores ajustem as trajetórias de voo dos drones e se concentrem em áreas críticas.
Análise de progressão de fogo: Os fluxos de vídeo de alta resolução dos drones podem ajudar a avaliar como o fogo está se espalhando, identificar pontos de acesso, e fornecer insights sobre onde os recursos devem ser implantados.
Integração com sistemas de informação geográfica (SIG): Os drones’ os dados podem ser sobrepostos em mapas para visualizar a expansão do fogo, terreno, e rotas seguras para o pessoal de terra.

4. Benefícios da Rede Drone para Levantamento de Incêndios Florestais

Ampla cobertura de área: Com os drones mãe e filha trabalhando juntos, você pode cobrir uma vasta área em pouco tempo, rastreando a propagação do fogo e monitorando múltiplas zonas.
Inteligência em tempo real: A capacidade do sistema de fornecer vídeo e telemetria ao vivo garante que os bombeiros e equipes de emergência tenham informações atualizadas sobre o status do incêndio.
Segurança e Eficiência: Usando drones, você pode reduzir o risco para vidas humanas minimizando a necessidade de aeronaves tripuladas ou pessoal de terra em zonas perigosas.
Operação de longa distância: O alcance do sistema, com o UAV mãe transmitindo dados por grandes distâncias, permite que o GCS opere a uma distância segura do fogo, mantendo controle total sobre os drones.

As informações detalhadas sobre os links de comunicação são mostradas na tabela a seguir:

		Função	Remetente / Alvo	Direção	Tipo de dados	Taxa de bits
	Comunicação entre mãe UAV e filha UAV	Controle de voo e status de voo	Piloto automático	Link ascendente e link descendente	Telecomando e Telemetria	≤ 200 Kbps
	Comunicação entre mãe UAV e filha UAV	Link de vídeo	Filha drone a bordo microcâmera	Link para baixo	Visualização com resolução de 720P ou menos.	em volta 5 Mbps cada
Comunicação entre o UAV da mãe e o CGS		Controle de voo e status de voo	Piloto automático	Link ascendente	Telecomando e Telemetria	Perfil discreto ≤ 200 Kbps
		Link de vídeo	Câmera HD mãe UAV a bordo	Link para baixo	Resolução de visualização 1080P	Em volta 16 Mbps
		Link do vídeo MUX	Filha drone mini transceptor	Link para baixo	MUX de 6 fluxo de vídeo	Em volta 30 Mbps

Nosso pedido:

Como nossa ideia ainda está em fase de design, nossa empresa iniciante atualmente não possui experiência suficiente em tecnologia drone Datalink. Depois de analisar minuciosamente a experiência e o histórico comprovado da sua empresa na área de soluções Datalink para drones, estamos muito impressionados com suas capacidades. Dada a complexidade do nosso projeto e os requisitos técnicos específicos, gostaríamos de solicitar sua ajuda para propor uma solução prática com base em suas ofertas de produtos existentes. Acreditamos que seu amplo conhecimento e tecnologia podem melhorar muito o sucesso do nosso projeto, e aguardamos sua orientação especializada no desenvolvimento de um sistema Datalink confiável e eficiente para nossa rede de drones.

Seus insights e recomendações serão inestimáveis para nos ajudar a avançar com o projeto.

“Além da linha de visão” (Blos) a comunicação é crítica para FANETs (Redes Ad-Hoc Voadoras) devido à natureza descentralizada das redes de drones e ao seu alcance operacional. A expansão do BLOS em FANETs envolve técnicas e tecnologias que melhoram a comunicação, controlar, e desempenho.

1. Tecnologias de Comunicação

Comunicação por satélite (SATCOM): O uso de satélites para comunicação por drones fornece cobertura robusta em grandes áreas, incluindo regiões remotas e oceânicas.
Alta frequência (AF) Rádio: Bandas HF permitem comunicação de longa distância, especialmente útil em áreas sem redes celulares.
Rede em malha: FANETs usam redes mesh para retransmitir dados entre drones, ignorando a necessidade de linha de visão direta para uma estação base.
LoRa WAN e LPWAN: Redes de longa distância de baixo consumo de energia são benéficas para comunicação de longo alcance com eficiência energética.

2. Sistemas de Relé

Drones intermediários: Drones podem atuar como pontos de retransmissão para outros, formando redes multi-hop.
Relés de Terra: A implantação de estações terrestres em locais remotos amplia o alcance da comunicação.
Plataformas Aerotransportadas: Plataformas de alta altitude (Por exemplo, balões, UAVs maiores) servem como retransmissores para melhorar a cobertura.

3. Sistemas Avançados de Antena

Antenas direcionais e phased-array: Melhore o alcance e reduza a interferência focando os sinais.
MIMO (Múltiplas Entradas Múltiplas Saídas): Melhora o rendimento e a confiabilidade em condições fora da linha de visão.
Formação de feixe: Direciona sinais dinamicamente para drones para manter a conectividade.

4. IA e aprendizado de máquina

Otimização de roteamento: Algoritmos orientados por IA selecionam os melhores caminhos para comunicação de forma dinâmica.
Manutenção Preditiva: Analisa padrões para evitar falhas de link antes que elas ocorram.
Alocação Dinâmica de Frequência: A IA identifica as melhores bandas de frequência para minimizar a interferência e maximizar o alcance.

5. Protocolos e Padrões

Compartilhamento Dinâmico de Espectro: Aloca espectro de forma eficiente entre FANETs e outros usuários.
Protocolos Adaptativos: Protocolos como AODV (Vetor de distância sob demanda ad hoc) pode ser adaptado para FANETs para garantir desempenho ideal em cenários BLOS.
5G e além: Integração com 5G NR (Nova Rádio) para comunicação ultraconfiável e de baixa latência (URLLC).

6. Eficiência energética

Roteamento com Consciência Energética: Minimiza o consumo de energia em relés.
Colhendo Energia: Utilizando drones movidos a energia solar ou feixes de energia para recarregar UAVs.

7. Segurança

Criptografia ponta a ponta: Garante a segurança dos dados em toda a rede.
Sistemas de detecção de intrusão (IDs): Monitora e identifica atividades maliciosas.
Blockchain: Seguro, gerenciamento de comunicação descentralizada em FANETs.