پهپادها چگونه با اپراتور ارتباط برقرار می کنند؟

پهپادها یا هواپیماهای بدون سرنشین، امروزه کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف پیدا کرده‌اند. از کاربردهای پهپادها می‌توان به عکاسی هوایی، فیلمبرداری، نقشه‌برداری، عملیات امداد و نجات، و حمل و نقل اشاره کرد.

یکی از ویژگی‌های مهم پهپادها، توانایی ارتباط با اپراتور خود است. این ارتباط به اپراتورها امکان می‌دهد تا پهپاد را از راه دور کنترل کنند و اطلاعات مربوط به وضعیت پهپاد را به صورت لحظه ای دریافت کنند. ما در این مقاله قصد داریم به نحوه ارتباط اپراتورها با پهبادها بپردازیم پس تا انتهای مطلب با های فن تک همراه باشید.

پهپادها از طریق انواع مختلفی از فناوری‌های ارتباطی با اپراتورهای خود ارتباط برقرار می‌کنند. از جمله این فناوری‌ها می‌توان به رادیویی، شبکه سلولی، و ماهواره‌ای اشاره کرد. پیوند داده از یک انتقال فرکانس رادیویی (RF) برای ارسال و دریافت اطلاعات از پهپاد استفاده می کند. این ارسال ها می تواند شامل مکان، زمان باقیمانده پرواز، فاصله و مکان تا هدف، فاصله تا اپراتور خلبان، مکان خلبان، اطلاعات محموله، سرعت هوا، ارتفاع و بسیاری از پارامترهای دیگر باشد.

این پیوند داده می تواند به صورت لحظه ای تصاویر ویدئویی از پهباد را به ایستگاه زمین یا GCS ارسال کند تا خلبان یا اپراتور زمینی بتواند آنچه را که دوربین ها هواپیما می بیند تماشا کنند. معمولا از فرکانس های مختلفی برای برقراری پیوند داده استفاده می شود. این فرکانس ها بر اساس برند پهپاد و همچنین عملکرد آن مشخص شده اند. به عنوان نمونه: پهبادهای چینی DJI از فرکانس 2.4 گیگاهرتز برای کنترل پهپاد و 5 گیگاهرتز برای انتقال ویدئو استفاده می کنند. اپراتور می تواند از فاصله حداکثر 4 مایلی پهباد را هدایت کند. اما، اگر از فرکانس 900 مگاهرتز برای کنترل پهباد و فرکانس 1.3 گیگاهرتز برای ارسال ویدئو استفاده شود، این فاصله می تواند تا 20 مایل افزایش پیدا کند. بخش Data Link سیستم هواپیماهای بدون سرنشین(UAS) یکی از آسیب ترین بخش ها در زمینه اقدامات متقابل است. همه بخش های پیوند داده در پهبادها باید با قوانین بند 15 و 97 کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC)مطابقت داشته باشد.

چرا پهبادها با محدودیت برد مواجه هستند؟! پهپادها برای کنترل و هدایت از طریق یک سیستم پیوند داده با اپراتور خود ارتباط برقرار می‌کنند. این سیستم پیوند داده می‌تواند از انواع مختلفی از فناوری‌ها، مانند رادیویی، شبکه سلولی، یا ماهواره‌ای استفاده کند. برد یک سیستم پیوند داده به سه عامل مهم بستگی دارد: قدرت فرستنده و گیرنده، ارتفاع پهباد و شرایط محیطی.
اگر برد سیستم پیوند داده از برد پهپاد کمتر باشد، پهپاد نمی‌تواند با اپراتور خود ارتباط برقرار کند و در نهایت از دسترس خارج می‌شود.
سیستم پیوندهای داده از سه طریق روی عملکرد پهباد تاثیر می گذارد:

کنترل پهپاد: این مؤلفه مسئول کنترل حرکت پهپاد است و شامل دستوراتی مانند تغییر ارتفاع، جهت، و سرعت می شود.
تله متری: این مؤلفه مسئول ارسال اطلاعات از پهپاد به اپراتور است. این اطلاعات می تواند شامل موقعیت پهپاد، وضعیت موتورها و وضعیت سیستم های هواپیما باشد.
انتقال تصویری: این مؤلفه مسئول ارسال تصاویر و فیلم ها از پهپاد به اپراتور است. این تصاویر می تواند برای اهداف مختلفی مانند عکسبرداری های هوایی، فیلمبرداری و نظارت استفاده شود.

بیشترین فرکانس هایی که در سیستم پیونده داده پهبادها مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
900 مگاهرتز: این فرکانس دارای برد طولانی و نفوذ خوبی به موانع است. با این حال، نرخ داده آن محدود است.
فرکانس 3 گیگاهرتز: این فرکانس برد متوسطی دارد و می تواند تا حدودی از موانع عبور کند. نرخ انتقال داده نیز در این روش متوسط است.
فرکانس 4 گیگاهرتز: این فرکانس برد متوسط ولی، نرخ داده بالایی دارد. این فرکانس، پرکاربردترین فرکانس برای پیوندهای داده پهپادهاست.
فرکانس8 گیگاهرتز: این فرکانس برد کوتاه و نرخ داده بالایی دارد. این فرکانس برای کاربردهایی که نیاز به حداکثر نرخ داده دارند، مانند انتقال تصاویر زنده می توانند مناسبترین گزینه باشند.

در مجموع، هر چه طول موج بلندتر باشد، فرکانس کمتر و برد بیشتر می شود. علت آن این است که امواج رادیویی با طول موج بلندتر می توانند از موانع بهتر از امواج رادیویی با طول موج کوتاهتر عبور کنند. شکل زیر طول موج هر یک از چهار فرکانس ذکر شده در بالا را نشان می دهد.

کنترل پهپاد

برای کنترل پهپاد، از فرکانس های رادیویی با برد بالا و نرخ داده پایین استفاده می شود. این به این دلیل است که کنترل پهپاد نیاز به ارسال دستورات ساده ای مانند تغییر ارتفاع، جهت، و سرعت دارد. فرکانس های رادیویی محبوب برای کنترل پهپاد عبارتند از:

1. 4 گیگاهرتز: این فرکانس محبوب ترین فرکانس برای کنترل پهپاد است. این فرکانس برد متوسط و نرخ داده پایینی دارد.

2. 900 مگاهرتز: این فرکانس برد بیشتری دارد و می تواند از موانع به خوبی عبور کند. با این حال، نرخ داده آن محدود است. 

انتقال ویدئو

برای انتقال ویدئو، از فرکانس های رادیویی با برد متوسط و نرخ داده بالا استفاده می شود. این به این دلیل است که انتقال ویدئو نیاز به ارسال داده های بیشتری دارد. فرکانس های رادیویی محبوب برای انتقال ویدئو عبارتند از:

1. 3 گیگاهرتز: این فرکانس برد متوسط و نرخ داده بالایی دارد.
2. 4 گیگاهرتز: این فرکانس بهترین و پرکاربردترین فرکانس برای انتقال تصاویر ویدئویی است. این فرکانس برد متوسط و نرخ داده بالایی دارد.
3. 8 گیگاهرتز: این فرکانس برد متوسط و نرخ داده بالایی دارد و می تواند از موانع بهتر از فرکانس های پایین تر عبور کند.

تله متری

برای تله متری از فرکانس های رادیویی با برد طولانی و نرخ داده پایین استفاده می شود. این به این دلیل است که تله متری نیاز به ارسال داده های کمتری نسبت به تصاویر ویدئو دارد. فرکانس های رادیویی رایج برای تله متری عبارتند از:

400 مگاهرتز: این فرکانس برد طولانی و نرخ داده پایینی دارد.
900 مگاهرتز: این فرکانس برد بیشتر و نرخ داده پایینی دارد.