無人機數據鏈系統抗干擾性能飛行試驗技術研究

摘 要：無人機數據鏈因為其特殊的性質，極易受到干擾，造成無人機損毀的重大損失。數據鏈系統抗干擾性能的好壞、是否具有強的抗干擾能力是能否取得電子戰勝利的首要條件。文章從抗干擾容限建模和試飛航線規劃兩個方面，對無人機數據鏈抗干擾能力的飛行試驗方法作一些理論和工程上的探索，對于實際應用具有一定的指導意義。

關鍵詞：無人機數據鏈系統；抗干擾；飛行試驗

引言

無人機的通信系統由數據鏈構成。無人機系統（UAS）主要由數據鏈系統、任務控制站（MCE）和飛機平臺（UAV）等三個主要部分構成。數據鏈系統作為無人機的重要組成部分，是飛機與地面站系統聯系的紐帶，是無人機控制的通道。典型的UAS數據鏈系統組成見圖1。

UAS的操作/控制、情報信息分發/傳輸，甚至包括武器發射等主要工作都要借助數據鏈來完成，這也是UAS區別于有人機系統的一個重要特點，因此對于UAS來說，其數據鏈系統性能的優劣直接決定了整個UAS性能的優劣。鑒于此，數據鏈系統也就成了整個UAS性能試飛的重點考核對象，例如在美國全球鷹（Global Hawk）無人偵察機的定型（OTE）試飛過程中，數據鏈系統就進行了440h的專項試飛，占到總試飛小時數的18.7%[1]。

文章對評估驗證無人機數據鏈系統抗干擾能力的飛行試驗方法作一些理論和實際應用上的研究與探索。

2 無人機數據鏈系統信號特點及抗干擾技術分析[2]

無人機數據鏈系統涵蓋了從UHF～Ka波段的大部分無線電頻段，并且針對不同的傳輸速率以及編碼樣式等因素，其抗干擾容限也都不盡相同。從而對數據鏈系統抗干擾試飛提出了更為復雜的要求。在航空通信中，現在一般采用基于擴頻通信的抗干擾技術，包括DS、FH和DS+FH3種方式[3]，從而衍生出一些典型的抗干擾技術。

2.1 實時選頻技術

在實時選頻系統中，通常把干擾水平的大小作為選擇頻率的一個重要因素。所以由實時選頻系統所提供的優質頻率，實際上已經躲開了干擾，可使系統工作在傳輸條件良好的弱干擾或無干擾的頻道上。近年來出現的高頻自適應通信系統，還具有“自動信道切換”的功能。也就是說，遇到嚴重干擾時，通信系統將作出切換信道的響應。

2.2 高頻自適應抗干擾技術[4]

高頻自適應是指高頻通信系統具有適應通信條件變化的能力。在高頻通信系統中可以有各種類型的自適應，如頻率自適應、功率自適應、速率自適應、分集自適應、自適應均衡和自適應調零天線等。但是改善高頻無線電通信質量、提高可通率的最有效的途徑是實時地選頻和換頻，使通信線路始終工作在傳播條件良好的弱噪聲信道上。所以一般來說，高頻自適應就是指頻率自適應。

2.3 高速跳頻技術

跳頻通信就是針對傳統無線電通信的弊端，使原先固定不變的無線電發信頻率按一定的規律和速度來回跳變。從抗干擾通信角度來看，跳頻通信是靠載頻的隨機跳變來躲避干擾，將干擾排斥在接收信道以外來達到抗干擾的目的，避免敵方電臺的測向和干擾。

3 飛行試驗設計

文章主要從建立確定抗干擾容限的電磁衰減模型、飛行試驗航線設計兩個方面進行飛行試驗方法設計。最后結合工程實際對無人機數據鏈抗干擾性能進行評估。

3.1 抗干擾容限的電磁衰減模型建立

（1）電磁波的傳播距離與傳播路徑上的損耗有直接的關系[5]。傳輸損耗主要是自由空間的傳輸損耗Lbf。Lbf的定義是兩個理想電源天線（收、發天線增益都等于1，發射機到天線和接收機到天線的信號無衰減）在自由空間傳輸和接收無線電波時產生的損耗，用分貝表示則為

地面終端和鏈路干擾機在同址或與無人機等距位置向無人機發送信號，在機上加裝頻譜儀，測試信號源和干擾源到達載機天線接收端的信號功率，調節干擾電平，使其達到指標所要求干擾增益。

在通信接收機中，接收機接收的總干擾功率為環境噪聲功率與干擾信號功率之和[6]，試驗時，假設人為有意干擾遠遠大于環境噪聲干擾和人為無意干擾，則有：

因此，在機載通信抗干擾接收機端接收的信號功率與接收的干信比為：

根據干擾站的具體位置，可確定相應的干擾功率。

3.2 飛行試驗航線設計

假設飛行試驗的考核目的為驗證通信方式的抗干擾性能，即驗證該方式下的抗干擾容限和在一定壓制比下的通信作用距離，則可設計飛行試驗航線如下。

飛機在地面通信電臺與干擾站的中垂線上空飛行，保持在中垂線上的干擾容限不變，在此航線上進行通信試驗，檢查在設定干擾容限下通信系統的抗干擾能力，如圖3所示。

試驗時：

（1）為方便計算，假設接收天線在接收信號與接收干擾兩個方向上的增益相同，即 ；

（2）在通信接收機中，環境噪聲等于KTeBn，這里K為波爾茲曼常數，Te為有效噪聲溫度，因此，接收機接收的總干擾功率就為環境噪聲功率與干擾信號功率之和，則抗干擾容限表示如下：Mj=（Pji+KTeBR）/Psj，試驗時，假設人為有意干擾功率將遠遠大于環境噪聲（KTeBn）和人為無意干擾（指在基地一區情況）即：Mj=Pji/Psj；

（3）假設電磁波極化形式與天線極化形式相同，Kp≈1；

（4）試驗時可選取rSR=rjR進行試驗。則有

（5）根據最佳干擾原理，在時域上要求通信信號和干擾信號同步；在頻域上，設置干擾頻寬準確的落在通信信號頻寬內采用此種飛行航線的優點是保證了飛機在飛行過程中，接收機接收到的有效通信信號和干擾信號的比值為事先確定的值，在此條件下有充足的時間進行通信試驗。

3.3 無人機數據鏈系統抗干擾性能評估

在飛行試驗中，可考慮采用誤碼率評價方法進行無人機數據鏈系統抗干擾性能的評估。

誤碼率是每一個數據鏈系統，特別是UAS數據鏈系統的一個關鍵指標。一方面，要求數據鏈必須有著足夠低的誤碼率以使得各種傳感器數據可以得到有效的傳輸，另一方面，它還必須保證在關鍵飛行階段（比如飛越居民區或起飛降落等）所進行的指令/控制的高可靠性。

4 總結與展望

文章力圖結合工程實際對抗干擾性能評估驗證的飛行試驗作一些研究與探索。抗干擾效能的有效驗證與評估，對于戰術應用具有重要的指導意義，文章的研究對于驗證無人機數據鏈系統的抗干擾性能具有一定的意義。

無人機數據鏈系統抗干擾性能試飛的主要目的之一就是在真實的飛行環境下摸出被試數據鏈系統的極限抗干擾性能。開展此類試驗時，一般都要求持續增加干擾信號的強度直至通信鏈路中斷，從而檢查出其極限性能指標。但在試飛過程中，通信鏈路性能的不斷下降甚至中斷都將會對被試UAV造成不可預知的影響，甚至造成UAV的損失。在下一步的研究中，應對無人機數據鏈抗干擾飛行試驗的安全保障方法以及應急預案進行著重研究。

參考文獻

[1]Mr. Andrew E. Pontzer，Mr. Mark D. Lower，Mr. Jason R. Miller Unique Aspects of Flight Testing Unmanned Aircraft Systems[J]. NORTH ATLANTIC TREATY ORGANISATION，2010，4.

[2]茍延新.無線電抗干擾通信原理及應用[M].西安：電子科技大學出版社，2005，5.

[3]周興建，甘明.航空通信抗干擾技術性能仿真分析[J].電訊技術，2004，1.

[4]於時才，閆文芝，高大鵬，等.無線通信抗干擾新法-實時跳速自適應跳頻技術[J].甘肅科技，2008，24（16）.

[5]張瑜.電磁波空間傳播[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007：151-163.

[6]徐穆洵.現代通信對抗研究[M].電子工業部第三十六研究所，

1995，7.

作者簡介：譚馨（1982-），女，新疆伊犁人，工程師，現從事通信導航試飛工作。