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手机网站建设实验报告,校园网站制作模板,中国建设银行积分查询网站,商城网站类建设哪家好无人机和地面站能够达到的多远的通信距离#xff1f;无人机需要飞多高#xff1f;附在线计算网页 在无人机组网通信中#xff0c;如何估算无人机与地面站之间的稳定通信距离是一个常见的问题。本文将从地球曲率和菲涅尔区两个方面#xff0c;详细探讨如何计算无人机与地面…无人机和地面站能够达到的多远的通信距离无人机需要飞多高附在线计算网页在无人机组网通信中如何估算无人机与地面站之间的稳定通信距离是一个常见的问题。本文将从地球曲率和菲涅尔区两个方面详细探讨如何计算无人机与地面站的通信距离并提供一个在线计算网页以方便读者进行实际计算。经常有朋友会问到这个问题无人机组网通信中如果已经知道了无人机的飞行高度、地面站天线的高度那么无人机和地面站稳定通信距离是多少km无人机组网通信中如果已经知道了地面站天线高度、期望的稳定通信距离无人机需要飞多高才能满足期望的通信距离解答这个问题需要从以下两个方面来考虑无线通信距离受到地球曲率的影响无线通信距离受到空间传输通道的影响。注意本文不讨论由于发射端EIRP不够链路余量不足引起的通信距离不足的问题所有的计算和分析都是假设发射端EIRP足够链线余量足够仅仅考虑地球曲率和空间传输通道的影响。地球曲率无线信号传输的视距模型解决能否看见的问题无人机与地面电台之间的最远通讯距离受地球曲率限制通常采用考虑大气折射的无线电视距公式计算。公式为d 4.12 × ( h 1 h 2 ) d 4.12 \times (\sqrt{h_1} \sqrt{h_2})d4.12×(h1​​h2​​)其中 :(d) 为通讯距离单位是km;(h_1) 和 (h_2) 为天线海拔高度单位是m。假设无人机飞行高度是 (h_1 40) m地面站高度 (h_2 6.5) m按照上面的公式计算得到通信距离 (d 36.6) km。怎么理解这个36.6 km这是一个硬性的物理极限决定了无线信号的传播路径是否会直接撞上地平线另一边的地面这个公式计算出来的通信距离 (d) 是发射天线和接收天线之间直接的、无阻挡的几何视线。公式 (d 4.12 \times (\sqrt{h_1} \sqrt{h_2})) 是一个经验公式已经将标准大气折射地球等效半径增加为4/3倍的影响考虑在内。结论这个距离 (d) 是发射天线和接收天线之间的无线通信的理论上限。只要两点间的距离大于这个值无论用多大的功率、多高增益的天线信号都会被地球表面阻挡。所以无线信号传输的视距模型解答的是无人机和地面电台最远能多远。实际情况下即使发射天线和接收天线之间的通信距离小于 (d)仍然可能出现通信质量变差误码率增大甚至出现通信中断这里就涉及到一个无线通信传输通道的问题。菲涅尔区解决能否清晰看见/有效通信的问题我们在前面的文章海上环境下无人机组网通信应该考虑的一些问题中已经详细讨论过了无线通信中的菲涅尔区这里我们在简单介绍一下菲涅尔区是指在发射天线与接收天线之间的直线路径视距两侧形成的同心椭圆或椭球区域描述了电磁波传播的主要空间通道。如果这个通道被障碍物如山头、建筑、甚至是地球球面本身阻挡过多即使收发双方在视距内信号也会因衍射和干扰而严重衰减。我们通常关注的是第一菲涅尔区。根据定义第一菲涅尔区是指所有可能的次级波路径与直接视距路径的相位差不超过半个波长即180度的空间点的集合。在这个区域内的障碍物会对信号造成最显著的影响。在工程上通常要求至少60%的第一菲涅尔区半径空间保持空旷无阻挡才能保证良好的通信质量。菲涅尔区分析是用来判断在给定的视距距离上通信链路的质量是否足够好决定了在理论最大距离内实际可用的、稳定的通信距离。这个计算得到的通信距离会比理论最大距离要短。因此就会出现一个无线通信链路满足视距条件但是没有足够的菲涅尔区空间导致信号很差。考虑菲涅尔区进行通信距离计算的步骤和公式我们在前面的文章中已经详细介绍这里举例说明假设地面站天线高度 (h_1 6.5) m, 工作频率是1.4 GHz对应波长 (\lambda 0.2143) m期望无人机和地面站之间的通信距离 (d 20) km那么无人机的飞行高度 (h_2) 应该是多少米计算步骤计算第一菲涅尔区最大半径F 1 λ d 4 0.2143 × 20000 4 2143 ≈ 32.74 m F_1 \sqrt{\frac{\lambda d}{4}} \sqrt{\frac{0.2143 \times 20000}{4}} \sqrt{2143} \approx 32.74 \text{ m}F1​4λd​​40.2143×20000​​2143​≈32.74m计算所需净空高度60%无遮挡要求h n e t F 1 × 0.6 32.74 × 0.6 19.64 m h_{net} F_1 \times 0.6 32.74 \times 0.6 19.64 \text{ m}hnet​F1​×0.632.74×0.619.64m计算地球曲率隆起高度h c d 2 8 R 2000 0 2 8 × 6371000 400000000 50968000 ≈ 7.85 m h_c \frac{d^2}{8R} \frac{20000^2}{8 \times 6371000} \frac{400000000}{50968000} \approx 7.85 \text{ m}hc​8Rd2​8×6371000200002​50968000400000000​≈7.85m计算总所需中点净空高度h t o t a l h n e t h c 19.64 7.85 27.49 m h_{total} h_{net} h_c 19.64 7.85 27.49 \text{ m}htotal​hnet​hc​19.647.8527.49m计算所需无人机飞行高度6.5 h 2 2 ≥ 27.49 \frac{6.5 h_2}{2} \geq 27.4926.5h2​​≥27.496.5 h 2 ≥ 54.98 6.5 h_2 \geq 54.986.5h2​≥54.98h 2 ≥ 48.475 m h_2 \geq 48.475 \text{ m}h2​≥48.475m精确计算结果通过更精确的计算保留更多小数位无人机的最小飞行高度为48.48 米。结论为了在20 km通信距离下保证可靠通信无人机的飞行高度应至少为48.48 米。工程实践中通常会向上取整因此建议无人机飞行高度≥ 49 米。无线通信距离的计算逻辑在实际的无线链路规划中工程师的思考逻辑是第一步按照地球曲率的公式计算满足视距通信的理论最大距离 (d_max)。第二步考虑菲涅尔区在期望的工作距离 (d_plan)必须小于 (d_max)上计算第一菲涅尔区半径按照第一菲涅尔区半径的60%计算无线通信所需的净空高度然后计算在通信链路上地球曲率隆起的高度接着计算通信链路中点的净空高度最后得到无人机所需的飞行高度。第三步考虑地面站的异常情况这里主要指针对地面站可能出现的高度变化比如地面站安装在船上随着海浪的波动地面站的高度是变化的假设海浪引起的高度变化是 (d_3 4) m那么在计算最终的无人机飞行高度的时候必须加上海浪的影响。上面的计算结果6.5 h 2 2 ≥ 27.49 \frac{6.5 h_2}{2} \geq 27.4926.5h2​​≥27.49这里的地面站天线高度6.5更换成6.5-42.5海浪引起的地面站天线的最低高度重新计算2.5 h 2 2 ≥ 27.49 \frac{2.5 h_2}{2} \geq 27.4922.5h2​​≥27.49计算得到无人机所需飞行高度h 2 ≥ 52.48 m h_2 \geq 52.48 \text{ m}h2​≥52.48m第四步评估是否满足通信距离的要求在已知期望高度的情况下计算得到无人机的高度如果这个高度超过了无人机的实际飞行高度那就缩短计划的通信距离或增加地面天线高度。同样在已知无人机高度的情况下可以计算得到保持稳定可靠通信的距离如果这个距离不满足任务要求就需要把无人机的飞行高度增大。第五步在保证通信距离的前提下结合发射功率、接收灵敏度、天线增益、频率、雨衰等进行完整的链路预算计算最终确定可靠通信距离。无线通信距离计算的在线网页为了方便计算用AI写了一个计算的小软件。为了方便随时随地都能够使用把这个小软件做成了在线网页。软件的界面示意图如下在线网页链接附后。无人机通信高度计算器https://preeminent-swan-2b4292.netlify.app无人机通信距离计算器https://darling-squirrel-b3e8a6.netlify.app总结本文详细探讨了无人机与地面站通信距离的估算方法通过地球曲率和菲涅尔区两个方面进行了深入分析。首先通过地球曲率公式计算出无人机与地面站之间的理论最大通信距离其次通过菲涅尔区分析确保通信链路的质量足够好。此外还提供了在线计算网页方便进行实际计算。码字不易大家觉得文章不错就安排一下一键三连吧点赞、分享、推荐。