本书是一本关于无人机(UAV)与物联网(IoT)融合的综合性著作,探讨了UAV在IoT中的概念、技术、应用、挑战及未来展望,涵盖UAV技术、通信、能源管理、安全、与AI和大数据结合等多个方面。
UAV技术概述
UAV平台分类:根据重量可分为微型(<2kg)、小型(2-20kg)、中型(20-150kg)和大型(>150kg)。按飞行平台结构可分为固定翼无人机(续航长,需跑道或弹射起飞,适合长距离任务如测绘)、多旋翼无人机(如四旋翼,垂直起降,灵活性高但续航短,适合航拍、监视)、单旋翼无人机(类似直升机,效率高但操作复杂)以及固定翼混合垂直起降(VTOL)无人机(结合固定翼和旋翼优点,尚处实验阶段)。
军事无人机分类:北约将其分为Class-I(<150kg,微型/小型,用于情报、监视、目标获取和侦察)、Class-II(150-600kg,战术级,用于中程监视)和Class-III(>600kg,战略级,包括中高空长航时(MALE)和高空长航时(HALE)系统,如“全球鹰”)。
UAV工作原理:由轻质复合材料制造,配备GPS、激光、红外相机等设备,通过地面控制站远程操控或自主飞行。关键技术包括固件平台构建、雷达定位与返航功能(依赖GNSS,如GPS和GLONASS,支持自动返航)、避障技术(使用视觉传感器、超声波、LiDAR等实现环境感知与规避)、陀螺稳定与飞行控制器(IMU检测加速度和姿态,确保飞行平稳)、推进系统(多旋翼常用无刷直流电机和电子调速器,固定翼可能使用涡轮喷气发动机)以及飞行参数遥测(实时传输电池电量、速度、高度等数据)。
UAV通信网络
通信链路类型:包括空对空(A2A)通信(用于多UAV协同,视距内或超视距,面临多普勒频移挑战)、空对地(A2G)/地对空(G2A)通信(用于UAV与地面控制站或传感器节点通信,需考虑信道建模,如路径损耗、阴影效应)。
频谱与标准:小型UAS常用2.4GHz、5.8GHz等免许可频段,WRC-12为地面控制链路分配5030-5091MHz频段,5G/LTE技术也被探索用于UAV通信,以提供高移动性、可靠性和覆盖范围,但面临切换优化、干扰缓解等问题。
视距(VLOS)与超视距(BLOS)通信:VLOS依赖直接视线,BLOS则可能通过卫星中继实现,需解决信号中继、延迟和安全性问题。
UAV应用领域
军事领域:执行侦察、监视、目标获取、攻击等任务,如“捕食者”无人机可携带武器执行精确打击,减少人员伤亡风险,具备长时间续航能力(可达30-40小时)。
地理形态测绘与类似行业:利用UAV进行高分辨率地形数据采集,相比卫星 imagery更经济灵活,适用于灾害监测、生态变化研究等,通过摄影测量技术生成3D模型和数字高程图。
农业领域:用于作物喷洒、监测(如病虫害识别、生长状况评估),通过多光谱传感器获取数据,帮助农民精准管理,提高产量并降低成本。
UAV面临的挑战
技术限制:包括与地面控制站失联风险、任务专用性导致的多功能性不足、航程和有效载荷受限(小型UAV通常续航20-30分钟)、编程灵活性不足难以应对复杂环境变化等。
法规与安全:小型UAV数量激增带来监管挑战,如对民航安全的威胁、隐私侵犯风险(非法监视)、保险和责任界定不明确,以及潜在的恶意使用(如携带违禁物品、恐怖袭击)。
能源管理技术
能源管理需求:UAV网络面临不可预测轨迹导致的能耗波动、非均匀功耗、频谱稀缺与高带宽需求、视距通信限制、时间和能量约束,以及传感器节点唤醒调度与UAV轨迹的联合设计问题。
能效技术:包括认知无线电(CR)技术解决频谱拥塞、压缩感知减少数据传输量、功率分配与位置优化、非正交多址接入(NOMA)提高频谱效率、无线充电/能量传输(WPT)、基于强化学习的轨迹设计、高效部署与移动策略、3D位置优化与资源分配结合、UAV使能WSN的能效数据收集、信任管理、自组织聚类、频谱共享、毫米波与SWIPT结合以及能量收集(如太阳能、射频能量)等。
安全与威胁
攻击类型:包括机密性攻击(如会话劫持、跨层攻击、窃听、中间人攻击)、完整性攻击(数据修改/伪造、数据重复)、可用性攻击(拒绝服务、干扰、附加攻击)和真实性攻击(访问控制攻击、Wi-Fi攻击、身份验证伪造)。
研究挑战:涉及安全(UAV劫持、数据泄露)、安全(物理伤害、财产损失)、隐私(数据收集与滥用)、可扩展性(大规模UAV集群通信)和资源限制(计算、能量)。
与物联网的融合及区块链应用
UAV与IoT集成:UAV可作为IoT网关、移动基站或数据收集器,扩展IoT网络覆盖范围,解决地面网络覆盖不足问题,但面临互操作性、标准化、安全和能源管理等挑战。
区块链解决方案:利用区块链的去中心化、不可篡改特性,解决UAV-enabled IoT中的身份管理、认证、数据共享安全、UAV劫持和信号干扰等问题,通过加密和共识机制增强通信安全性和数据可信度。
结语
本书全面系统地阐述了UAV在IoT领域的理论与技术,涵盖UAV平台、通信、应用、挑战、能源管理、安全及与区块链等技术的融合。UAV凭借高机动性、灵活部署等优势,在军事、农业、测绘、灾害管理等领域展现出巨大潜力,但需克服能源限制、通信瓶颈、安全威胁和法规障碍。未来研究应聚焦于能效优化、安全增强、感知识别、网络协同等方向,推动UAV与IoT的深度融合,为智慧城市、精准农业、智能交通等领域提供有力支撑。
物联网无人机:概念、安全、技术和应用.pdf
无人机反制系统:奠定低空经济安全发展之基石.pdf
农业无人机:智慧农业新引擎,制造出海新名片.pdf
反无人机深度:构建无人装备时代钢铁穹顶.pdf
2025农业无人机发展现状、未来趋势及龙头企业极飞科技分析报告.pdf
2025军用无人机发展趋势、我国出口现状及相关企业分析报告.pdf
2025年中国低空经济-民用无人机市场白皮书(精简版).pdf
民用无人驾驶航空器系统分类及分级.pdf
民用无人驾驶航空器系统身份识别 总体要求.pdf
-
推荐站内搜索:最好用的开发软件、免费开源系统、渗透测试工具云盘下载、最新渗透测试资料、最新黑客工具下载……




还没有评论,来说两句吧...