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摘要：
近年來，民用無人機行業呈現出爆炸式增長，我國部分高等院校也逐步嘗試開展這方面技術的教育培訓，甚至開設無人機應用課程，但是課程設計、基礎技術、應用重點等方面仍舊一片空白。文章針對無線移動通信技術和無人機應用教學有機融合進行研究，旨在加快推進我國高等院校無人機應用教學的進程。
關鍵詞：
無線移動通信技術；無人機；教學；課程
1無人機研究背景
近年來，民用無人機在各行各業都呈現出蓬勃發展態勢，特別是在航拍、農林、救災、巡檢等領域，展現出無與倫比的魅力，成為各行各業追捧的新的技術增長點，同時也極大地拓展了無人機應用范圍。部分高等院校抓住機遇，開展無人機相關教育培訓，甚至嘗試開設無人機應用課程。而如果以無人機為主體，配有相關的無線移動通信技術系統，組成由無人機、任務設備、無線電測控與信息傳輸(數據鏈)分系統、地面指揮控制站、發射與回收分系統、保障與維修分系統等一整套系統，是一種全新的課程模式。為此，筆者結合高校教學的特點，針對無人機課程設計、發展及應用情況進行了研究探索，探討無人機應用課程在高等院校廣泛開展的可行性。
2教學無人機的性能標準配置
當前我國無人機廠家眾多，產品性能和質量差異較大，除無人機產品外，廠家還配置和搭售相關系統應用。針對教學用無人機，可以參照下列指標進行配置。（1）具有安全飛行控制性能：主要指無人機在飛行中的安全可控程度，此項性能高的無人機安裝有雙冗余飛控模塊，有一鍵返航功能、低電自動返回功能等，由于無人機一般均載物飛行，加上飛機自身重量，因此飛機一旦失控墜落后果將可能十分嚴重，因此對于在人員密集或車輛、建筑密集的區域來說，這些都是非常重要的。（2）具備基本的定點巡航能力，能夠預先設定飛行線路，設置懸停位置、時間、高度等，便于教學目標的實現。（3）具有3kg以上的承載重量：主要是搭載教學設備，如攝像機等。（4）具有一定的防損能力：包括飛機機身防火、防水和抗摔等方面，以及能夠抵抗4~5級以上大風的能力，便于適應不同的教學環境。（5）具備30分鐘以上續航能力，結合電池消耗帶來的實際續航時間，考慮理論課程時間和實際操作時間相結合。
3無線移動通信技術配置
3.1基于Android操作系統的應用配置
隨著無人機在國內外的迅猛發展，越來越多的無人機特別是多旋翼配備了地面監控系統。目前主流市場上，載有基于Linux的自由及開放源代碼的Android操作系統的移動終端已經推出并廣泛應用，份額逐漸擴大，技術也越來越成熟。因此，選擇Android操作系統手機或者無線終端設備，成為無人機教學培訓的重要手段?；贏ndroid操作系統平臺開發定制的無人機手持地面站，內部集成高精度GPS，不經電腦連接即可調節無人機飛行參數，便于在教學過程中實時監測飛行及教學狀態。
3.2建設無線通信基站
如有條件，可以建設地面接收基站，便于無線圖像實時傳輸。基站可以設置視野開闊地方，實現教學場地全境完全覆蓋。固定地面接收基站設備由一臺無線圖傳接收機和天饋系統組成。機動接收基站可以選擇手提箱接收機，接收機應配置USB接口，方便使用移動儲存介質進行本地錄像，還須配置以太網口，通過以太網口可接入網絡傳輸視頻信號，為了適合各種場合，機動接收機的工作頻率通常由教師根據教學場合需要來確定。
4無人機課程任務重點
4.1教學任務目標
任務命令，要求無人機到某指定地點執行任務。無人機駕駛員根據任務命令，將地面控制站和無人機展、安裝開做好準備工作，并進行起飛、巡航、降落路線的選擇與規劃，在地面控制站設計飛行航路節點和飛行高度剖面，設計任務執行過程中各種工作模式和程序。然后將任務規劃中確定的參數載入到飛控計算機中，系統工作原理如圖1所示。無人機按照規劃路線飛往任務執行區，并在任務區上空執行既定任務。任務載荷分系統開展搜索、拍攝等任務，并將獲得的圖像視頻，通過無線數據傳輸鏈路進行發送給駕駛員。無人機執行完任務后按照任務規劃航線返航，在起飛地點降落。
4.2教學任務完成方法
4.2.1人工操作方法
由學生人工操作發送指令經上行信道傳遞至機載計算機，通過機載飛行控制與管理系統執行對無人機姿態和飛行軌跡的控制。主要用于起飛和降落階段。
4.2.2自動控制方法
在自動控制飛行模式下，學生能夠操作無人機按預先編制好的程序自動飛行，機載飛控系統根據程序規定的預定航線和定位系統給出的飛機實際位置，自主完成對飛行軌跡的控制。無人機在執行遠距飛行任務時，自動控制是主要的飛行控制方式。
4.2.3應急返航方法
無人機起飛后，例如無線電數據鏈上、下行信道連續丟失超過預定時間等問題，立即自動執行“應急返航”程序，返回到起飛地點，降落并關閉發動機。如遇突發事件，則通過學生發送“應急返航”指令。在“應急返航”模式下返回至起飛地點上空后，如果數據鏈恢復，則可以轉入“人工操作”模式，在“人工操作”模式下完成降落操作。如圖1所示。
5無人機教學原則
5.1移動優勢原則
當前智能終端設備和移動互聯網處于高速發展期，移動操作系統技術發展日新月異，無人機應用要充分結合移動智能設備中特有的特性，如位置信息、重力感應、多點觸控、語音、照相、視頻、磁場感應等設計功能與操作，突破傳統PC模式下基于鼠標+鍵盤的設計。
5.2學生體驗優先原則
無人機應用操作要簡單，學生體驗要親切。充分借鑒移動互聯網體驗模式以及學生養成的使用習慣，學生體驗要融入于無人機操作的全過程。
5.3平臺統一原則
選擇被學生廣泛運用并熟悉掌握的Android操作系統手機或者無線終端設備，以及基于該平臺開發定制的無人機手持地面站，目的都是堅持統一技術規范和指導，有效降低建設及運維成本。
5.4安全原則
無人機課程所處的環境（包括但不僅限于地點、設備、人員、天氣等）相對于其他課程而言更加開放，不可控因素較多；因此，需要建立一套安全操作標準。
5.5移動終端設備支持原則
智能終端設備更新換代周期不超過1年。在這個唯一不變的就是“變化”的時期，緊緊跟隨技術和時代脈搏是主旋律。移動應用實施技術也需要抓住業界技術變化的主旋律，聚集主技術主設備。
5.6符合法律規定原則
無人機使用頻率應當通過無線電通信管理局核準，建議以學校層面與相關部門申請由工信部核發的無線電發射設備核準證，確保無人機無線設備不對其他合法無線電業務造成干擾。
6結語
無人機結構簡單、體型小巧，飛行與維護成本低，使用靈活，攜帶方便，是一個集中多種高科技的空中遙感平臺，在很多應用領域應用廣泛，隨著無人機市場的快速蓬勃發展，無人機應用教學課程進入高等院校課堂甚至發展成一門專業指日可待。而如何基于無線移動通信技術系統，整合無人機平臺、遙感技術、實時圖像傳輸、數據分析等技術，為教學服務，是必須解決的一個重要課題，這必將填補我國無人機應用課程教學的空白。
[參考文獻]
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作者:侯文雷 單位:廣西警察學院
