基于短距离无线通信技术的无人机搜索系统研究

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近几年,我国户外探险和登山运动蓬勃发展,但是,多数探险者没有经过专业的野外知识培训,缺乏必要的自我保护意识和自我营救能力,一旦人员遇险或者失踪,通常只能等待管理部门的营救,同时,管理部门也会投入大量的人力、物力实施救援。但是,现有的野外遇险人员搜索技术多以地面式人力搜索和通用航空人眼观察等方式进行搜救,由于险情发生地区多为未开发成熟景区,通信、医疗、气候和地形等条件复杂、恶劣,因此,搜救难度较大,失踪人员生还率低、救援效果不明显。无人机做为一个新兴产业,得到了国家的大力扶持。无人机由于自身无需人员驾驶,轻便、小型、起降对气候条件要求低、具备迅速起降等特点,因此,对野外遇险人员搜索技术的发展有了新的启示。由于不需要承载机组人员,搜索工作也不需要人工现场参与,只需要远距离控制,提高了搜索作业人员自身的安全性,所以,可以前往一些载人飞机无法前往的危险地区。其次,无人机起降对地形、气候条件要求低,具备迅速起降的优点,使其在恶劣地形和气象条件也能正常、快速的起飞。因此,在国内外的多次野外搜索救援行动中都出现了无人机参与搜索救援的报道。但是,现有的无人机搜索救援技术多基于航拍、热成像、红外识别和图像识别等技术,这些搜索技术虽然具有普遍性,但是只适用于草原、湖泊这种遮挡物较低、较少的空旷区域,而对于森林、山地、房屋、山洞等遮挡物较高、较密的区域并没有较好的解决方法。另外,这种搜索技术多基于图像算法,因算法和四周环境的差异容易出现误判、漏判等现象,整体搜索救援效果并不明显。在人员遇险后,如果不能快速的搜索到目标并且提供救援,可能会威胁到遇险人员的生命安全。同时,对于科考队、地质勘探队等专业的野外探险团队也存在同样的问题。因此,有必要提出一种新的搜索救援技术来解决这些问题。短距离无线通信技术是最近几年无线通信技术发展的热点,出现了许多新的技术名词,如蓝牙、Zigbee、UWB、HomeRF和Wifi等,虽然这些技术的通信原理、协议、硬件电路不同,但是都为人们的信息传递提供了新的方法和思路。因此,结合上段中所提到的现有无人机搜索技术中遇到的问题,利用短距离无线通信技术的优点,针对景区游客、专业科考队、地质勘探队等特殊领域团队、提出了适用于平原、湖泊、山地、森林等多种地形、地貌的基于短距离无线通信技术的无人机搜索系统。本文利用电子信息技术、短距离无线通信技术、配合无人机飞行平台,提出基于短距离无线通信技术的无人机搜索系统的概念。搜索系统通过低功耗处理器MSP430F149和短距离无线传输芯片nRF905构建机载探测器和救援信标机的硬件平台,并通过制定搜索系统的短距离无线通信协议,为野外人员遇险后,快速的搜索到遇险人员的地理位置信息并提供给管理部门实施救援提供了可能。全文开篇首先阐述了现有的野外搜索和无人机搜索技术所面临的问题,并对技术进行了对比分析;然后,针对所面对的问题提出了基于短距离无线通信技术的无人机搜索系统的概念,分析了现有各搜索技术和系统的优缺点、关键技术点和适用领域;随后详细分析了无人机搜索系统的设计需求、无线频率选择、天线类型选择和低功耗设计方案等;接下来又详细介绍了救援信标机和机载探测器的硬件和软件设计;最后,对系统的搜索救援设备进行安装和联机调试,进行了多场景的系统测试并对测试数据进行了分析。通过全文的介绍,可以清楚的了解到基于短距离无线通信技术的无人机搜索系统的关键技术点和相关设备的设计方案。全文通过基于短距离无线通信技术的无人机搜索系统的研究,对我国景区、野外科考、地质勘探等特殊领域的野外搜索救援技术起到了一定的推动作用,为我国利用无人机平台进行野外遇险人员搜索提供了一种新的思路和方法。
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