Система повышения качества сигнала радиотелеметрии для повышения эффективности дистанционного зондирования Земли с применением беспилотных летательных аппаратов в режиме кинематики реального времени

При проведении дистанционного зондирования Земли с помощью беспилотных летательных аппаратов зачастую возникает проблема потери связи между базовой станцией оператора и непосредственно беспилотным летательным аппаратом из-за естественных преград для распространения радиосигнала (рельеф, растительность и так далее) и вследствие большой дальности отлета аппарата. Особенно критична такая потеря связи в случае, если съемки ведутся с использованием технологии кинематики реального времени, которая обеспечивает передачу корректирующих поправок с базовой станции на контролер беспилотного летательного аппарата для обеспечения высокоточной пространственной привязки получаемых данных. Цель данной работы заключалась в создании системы ретрансляции сигнала с возможностью ее установки на беспилотный летательный аппарат легкого класса, способный зависать в воздухе более трех часов, для передачи радиосигнала с базы на беспилотный летательный аппарат через стороннее устройство за естественные преграды рельефа и на дальние расстояния. В ходе исследования проведено сравнение различных способов передачи сигнала через стороннее устройство и выявлена наиболее подходящая конфигурация, отвечающая требованиям качества передачи сигнала и простоты конструкции для выполнения работ в труднодоступных регионах. Для создания ретранслятора применялись радиомодемы RFD различных серий и апробировались различные частоты работы в связи с их доступностью и широкой возможностью настройки. В результате проведения работы была получена ретрансляционная пара радиомодемов, позволяющая перенаправлять радиосигнал от базовой станции на беспилотный летательный аппарат без потери качества и скорости передачи данных для выполнения работ дистанционного зондирования Земли с использованием технологии кинематики реального времени. Второстепенной особенностью ретранслятора является использование его как поисковой системы при аварийной посадке беспилотного летательного аппарата в случаях, когда поисковой маяк недоступен.

1. Gantimurova S.A., Parshin A.V., Erofeev V.V. GIS-based landslide susceptibility mapping of the Circum-Baikal Railway in Russia using UAV data // Remote Sensing. 2021. Vol. 13. Iss. 18. P. 3629. https://doi.org/10.3390/rs13183629. EDN: RHIFUT.

2. Гантимурова С.А., Паршин А.В., Костерев А.Н., Субботина Д.А., Кошкин И.О., Лобузов И.В. [и др.]. Исследование опасных скально-обвальных участков кругобайкальской железной дороги по данным беспилотных съемок // Новые идеи в науках о Земле: материалы XVI Междунар. науч.-практ. конф. (г. Москва, 06–07 апреля 2023 г.). М., 2023. С. 213–216. EDN: BQAGMG.

3. Бояркин Г.А. О выполнении топографо-геодезических работ современными методами // Научное обозрение. 2016. № 1. С. 1–9. EDN: UYVOYR.

4. Паршин А.В. Перспективы применения беспилотных летательных аппаратов при выполнении геологоразведочных работ на рудных объектах байкальской горной области // Вопросы естествознания. 2015. № 2. С. 97–101. EDN: UZEJXX.

5. Полынкин А.В., Ле Х.Т. Исследование характеристик радиоканала связи с беспилотными летательными аппаратами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. № 7-2. С. 98–107. EDN: RNKKQD.

6. Войтенко К.И., Зеленский В.П. Применение системного подхода при разработке устройства ретрансляции сигналов ГЛОНАСС, GPS // Системный анализ в проектировании и управлении: сб. науч. тр. XXIII Междунар. науч.-практ. конф. (г. Санкт-Петербург, 10–11 июня 2019 г.). СПб.: 2019. № 1. С. 385–391. EDN: HDSJYQ.

7. Паршин А.В., Будяк А.Е., Блинов А.В., Костерев А.Н., Морозов В.А., Михалёв А.О. [и др.]. Низковысотная беспилотная аэромагниторазведка в решении задач крупномасштабного структурно-геологического картирования и поисков рудных месторождений в сложных ландшафтных условиях. Часть 1 // География и природные ресурсы. 2016. № 6. С. 144–149. http://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2016-6(144-149). EDN: XQRZBH.

8. Паршин А.В., Будяк А.Е., Блинов А.В., Костерев А.Н., Морозов В.А., Михалёв А.О. [и др.]. Низковысотная беспилотная аэромагниторазведка в решении задач крупномасштабного структурно-геологического картирования и поисков рудных месторождений в сложных ландшафтных условиях. Часть 2 // География и природные ресурсы. 2016. № 6. С. 150–155. http://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2016-6(150-155). EDN: XQRZBR.

9. Терехин С.Н., Синещук Ю.И. Анализ систем спутниковой радионавигации, базирующихся на различных методах ретрансляции // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. 2011. № 4. С. 42–47. EDN: PFFRIJ.

10. Митрохин В.Е., Зиновьев Н.В. Использование пассивных ретрансляторов для улучшения качества радиосвязи в сложной электромагнитной обстановке // Известия Транссиба. 2021. № 1. С. 142–148. EDN: IAZSNV.

11. Ержанкызы А., Шультц Р., Левин Е., Орынбасарова Э.О. Использование данных аэрофотосъемки для наземного лазерного сканирования // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2018. № 10. С. 69–74. EDN: YQHESD.

12. Широкова Т.А., Антипов А.В., Арбузов С.А. Определение изменений на местности с применением данных лидарной съемки // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2012. Т. 1. № 4. С. 39–46. EDN: PCYYNL.

13. Whitehead K., Hugenholtz C.H. Remote sensing of the environment with small unmanned aircraft systems (UASs), part 1: a review of progress and challenges // Journal of Unmanned Vehicle Systems. 2014. Vol. 2. Iss. 3. P. 69–85. http:// dx.doi.org/10.1139/juvs-2014-0006.

14. Варфоломеев А.Ф., Чудайкина О.Ю. Использование RTK-режима систем глобального позиционирования GPS и ГЛОНАСС при проведении топографических работ // Огарёв-online. 2015. № 4. С. 1–8. EDN: TNDBYJ.

15. Мисиров С.А., Беспалова Л.А., Магаева А.А., Беспалова Е.В. Исследование овражно-балочной сети южного берега Таганрогского залива с использованием беспилотных летательных аппаратов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2019. № 4. С. 77–83. https://doi.org/10.23683/0321-3005-2019-4-77-83. EDN: BWCPDF.

16. Шаталов Н.В. Особенности классификации БПЛА самолетного типа // Перспективы развития информационных технологий. 2016. № 29. С. 34–49. EDN: VVUFEX.

17. Кузнецов Д.А., Митрошина П.О., Сагдеев А.К., Сёмин А.А. Особенности построения радиоканала с беспилотным летательным аппаратом // Труды учебных заведений связи. 2016. Т. 2. № 2. С. 82–88. EDN: OFRIYL.

18. Parshin A.V., Blinov A.V., Kosterev A.N., Budyak A.E., Morozov V.A. Low-altitude geophysical magnetic prospecting based on multirotor UAV as a promising replacement for traditional ground survey // Geo-spatial Information Science. 2018. Vol. 21. Iss. 1. P. 67–74. https://doi.org/10.1080/10095020.2017.1420508. EDN: XXHXRZ.

19. Кокорева Е.В., Костюкович А.Е. Результаты натурных испытаний системы определения местоположения в сети Wi-Fi // Экономика и качество систем связи. 2021. № 3. С. 64–71. EDN: EWYYZC.

20. Lavrukhin V.A., Lezhepekov A.S., Vladyko A.G. Experimental testbed for access point selection in IoT Wi-Fi networks // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 2. С. 102–112. https://doi.org/10.31854/1813-324x-2017-3-2-102-112. EDN: YTXOSV.

21. Панов И. Помехи в радиоэфире и как с ними бороться // T-Comm: Телекоммуникации и Транспорт. 2009. № 5. С. 22–28. EDN: KXXKBR.