题主钧鉴:
如果你有孩子的话你就知道,小孩子在某个年龄段特别特别喜欢问「为什么」,简直是一个为什么套另一个为什么,循环往复无穷尽也。这个是年龄与学识特征决定的,到了这个阶段,小盆友还不会自己解决问题,总希望别人主动来告诉他答案。
后来上学了就好了。
具体到你提出的这个「 升空平台应急通信 」的问题,如果你自己试着去解决一下的话,就不会跑来问这些非常无聊的问题了。你要是觉得某个东西不行,不满意,你就自己 设计 一台或者一套,只要求你设计,没要求你制造,这个难度不高的。我知道你要说「我评价一台冰箱难道我还要自己会制冷?」不需要你会制冷,你至少得知道冰箱制冷的原理,逆卡诺循环什么的,而不是以为有个「冰雪精灵」躲在冰箱后面向冷冻室吹冷气。
所以你要是觉得翼龙无人机不行,你自己去试试设计一台/套你觉得行的无人机系统,就好了。
下面是正式回答:
升空平台应急通信并不是翼龙无人机的主要功能之一,翼龙无人机算是一个 通用性 很强的平台,用来做通信平台能力并不算很强,这个水平确实很一般。08年左右我参与过一个升空平台的开发,开发失败了,目标水平跟这个水平就差不多,大概也是滞空6小时、可用带宽(出局)在100kbps水平。当然信道波段跟这次翼龙执行的任务不一样,是走短波/超短波,手机信号是微波。
这个升空平台是用来解决移动中集群通信需求的。西藏这个地方,山高谷深,地形十分复杂,一个正在移动中的集群之间的通信很难实现,那时候北斗还不大好用而且信道也很贵,普通的无线电通信则很容易受到地形的阻挡信号时断时续,可靠一点只能是升空平台。
研发失败的 主要障碍其实就是这个平台 ,平台的研发难度远远比大家想象的困难很多很多。
这里面主要是这几个问题:
1、 天线对飞行器气动外形的影响 。
任何无线通信都是需要天线的,天线的外形千奇百怪,大大小小都有,比如这几种:
这些天线都是对形状有严格要求的,不可以随便改外形,有些信号就是只能走特定的天线形状。天线方面修改一丁点都严重影响通信效果,比如说卫星通行,机器都完全一样,1.2米的小「锅」,带宽就无论如何都达不到3米大「锅」的水平。天线一定会破坏飞行器的气动外形,还会改变飞行器的重心布置,影响飞行器的飞行性能,这个无论如何都是有的。我们只能采用「保形」、「共形」两种方式来减轻影响。
保形的意思就是修改天线的迎风外形,使其阻力降低,尽量贴近飞行器机身。
这个就是保形天线,看起来很丑对不对?丑就对了,这玩意儿就是要破坏气动外形,但是总比把天线直接露在外面要好得多,你看它丑就是因为它凸出来了显得很突兀。
共形天线现在基本上还没有实际装备的例子,我也没法给你看,反正就是不再凸出来一块了。
这个我不确定是不是完全共形的目前飞机上面做到了完全共形的天线我所知是没有,也有可能太久没关注,已经有了吧。舰船上面倒是有的,比如055级驱逐舰、朱姆沃尔特级驱逐舰的相控阵雷达天线就是共形的,但是这种共形意义不大,跟飞机的难度不是一个层次。
总之,一套升空平台必须要有至少两套天线用于通信:
上行天线 :提供上行信道,就跟你家的宽带一样,要插一根光纤,这个光纤就是上行信道,只不过你家是有线的,飞机上只能是无线的。上行信道一般是要求有较大的带宽的,这样才能带的动很多用户,这就对天线的要求很高,一般会有 指向性要求 。因为只有微波才能提供更大带宽,所以需要定向性很强的天线,也就是说,这个天线得随时对准上级基站, 它还得会动 !如果上行信道是卫星,那就得随时对准卫星;如果上行信道是附近的某个地面站,那就得随时对准这个地面站。
相对来说对准卫星还好办一点。
下行天线 :为用户提供信道,这就是为什么我那个胎死腹中的升空平台选择短波/超短波的原因,短波超短波用鞭状天线就行了,很容易做成保形天线甚至直接共形。但是手机是微波信道,下行天线不可能太简单。
翼龙无人机的个头算不上大,跟你平时坐的客机比起来还是很小很小的,要布置下这两套天线是一定要付出代价的,要么就是飞行品质变差,要么就是通信能力下降,要么就是要花天价的钱。
2、 通信系统的供电要求 。
通信系统是要用电的,这里有两个概念: 发射功率 和 供电功率 。发射功率往往很小,我们常见的2G通信基站有5瓦台和25瓦台两种,还有50瓦或者更大功率的,这个功率看起来点一盏点灯都费劲,但是基站本身的耗电功率是很大的。这个根据基站配置,各有不同,但是一般都要大很多,像一种我知道的军用基站,发射功率25瓦,供电功率是3000瓦。
发射功率仅仅是天线发射出去的无线电波换算成电功率,除了天线,一个基站还有上行调制解调、下行调制解调、天线伺服、路由交换、基带主机、热管理等等别的系统,军用的还有保密模块,这些都是要用电的。
3000瓦的功率放到家里没什么,放到飞机上就是个大问题。
我手头没有翼龙无人机的供电系统参数,但是3000瓦功率不管咋样都是个沉重的负担,这是 要烧油 的。加上天线对气动外形飞行品质的破坏,通信系统的重量,对翼龙无人机的飞行时长都是个严重的影响。
3、 军用民用系统兼容的问题 。
军用成套设备与民用系统的设备的区别,咋说呢?
我在军队里可以说是个称职的通信工程师,去了地方电信公司就是个一窍不通的外行,最多坐办公室干行政工作,工程技术上的事情最多懂个大概原理,实际应用吧,顶多会熔接个光缆。
这次执行任务的翼龙无人机是个军用机,本来是装的军用应急通信系统,紧急改装民用系统是个什么概念?就像是让你 用泡面调料烧一个正宗四川火锅 差不多。
设备、天线乃至于各种接口都是不一样的,我都不知道他们怎么搞定的,还是说平时有民用应急通信吊舱?
4、 应急通信系统本身用途 。
应急通信系统不可能做到很大的带宽,这次翼龙无人机任务中,实际上行带宽是52kbps,跟现在家用光纤动不动几十mbps肯定是没法比,但是已经是应急系统里面非常优秀的水平了。
为什么?
第一, 应急系统的上行带宽做不到很大 。带宽越大,信号要求越高。比如说你要保证8M的通信带宽,信道频率现在的水平大概是3Ghz左右的微波。这个频段的微波实际应用中有很大问题,比如说对空气中的水蒸气十分敏感,云雾条件下通信效果很差,甚至完全没法用。为了保证在地震、洪水这些灾害条件下通信可靠,就只能采用一些没那么快的频段,比如说常见的800Mhz,毕竟应急通信不需要很快, 最重要是可靠 。
第二, 应急系统一般不考虑多媒体用户应用 。你都应急了,确实没必要用视频、语音,用文字就可以了。说个粗俗一点的,你都被洪水围困了,你是看苍老师.avi,还是苍老师.jpg,还是苍老师.txt?视频、图片、语音和简单的文字数据需要的带宽是完全不一样的,比如你要给你家报平安,打字「我现在很好,无须担心」,9个字一个逗号,信息量加上各种握手各种格式各种附带信息,我给你500个bit,足够了。你要是写下来拍个照,怎么都得500k bit了, 一千倍 。你非要用视频说,就算是720p标清吧,怕得要5m bit, 一万倍 。你都快要死了大兄弟,咱能不能不要费那成千上万倍的功夫?同样有效信息都是「我现在很好,无须担心」,为什么不用占用带宽最小的一种?
举个极端的例子,核潜艇,牛逼不?
你知道这玩意儿的猝发长波通信带宽是多少?
100bit/秒的级别。
不是G,不是M,甚至都不是K,就只有100个字节一秒,这都算是很强很强了,真实的核潜艇上面理想状态下也就几个十几个bit一秒。
也就是说,如果美国总统非要傲娇的话,他今儿个就是要用视频来发送核战争命令,命令内容非常简单: 向X号预定目标发射全部核弹,身份验证码是6G8LKK7T9931,密码是T54KY 。
这里一般会采取「简码」的方式加以简化,格式假设是:MB X SF 6G8LKK7T9931 MM T54KY,加上空格是29个字符,一个字符8个bit,一共需要232bit,核潜艇接收下来只需要 20秒 。
今天特朗普大统领跟题主一样,非要用视频,非常有范儿的把这段文字念出来。
整个视频大小估计得有个10M(不压缩),那么核潜艇得花多少时间才能接收下来?
假设长波猝发通信带宽是20bit/秒,这个文件是10X1024X1024=10,485,760bit,传完需要524,288秒,也就是 6天多一点 。
6天,特朗普大统领估计都投胎了吧?
你这还核反击个毛线啊。
反正应急通信就是这个样子,没有你想的那么简单,弄个基站上天去你就能刷抖音发视频顺便美美哒自拍,应急就是用来应急的,没听说过还有「应急娱乐」这种事情。
题主要是确实非常想弄一个可以刷抖音发视频发自拍的升空平台,可以自己去试一试,看一看搞得出来不,如果搞出来了还是非常厉害的, 你会变得非常有钱 。
搞不出来,又喜欢不停地问「为什么」,这边建议是多读一点书呢。