無人機電力線路巡檢機載衛星通信調制解調器研制

2017-08-30 00:17:22廣東電網有限責任公司電力科學研究院錢金菊

電子世界 2017年15期

廣東電網有限責任公司電力科學研究院易琳錢金菊

中國人民解放軍總參謀部第六十研究所包令聰韓正偉

廣東電網有限責任公司機巡作業中心蒙華偉汪勇

無人機電力線路巡檢機載衛星通信調制解調器研制

廣東電網有限責任公司電力科學研究院易琳錢金菊

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本文研究了一種在電力巡線領域應用的無人機機載衛星通信調制解調器，該機載衛星通信調制解調器由調制解調單元、綜合業務處理單元、保密單元、電源組成，解決無人機電力巡線中調制解調器不僅需要滿足衛星通信數據傳輸鏈路的要求，還需要滿足無人機環境的使用要求，實現語音、數據通信和圖像、視頻在載機和指揮所之間的遠程實時傳輸，具有總體傳輸效率高、解調門限低、頻偏捕獲能力強、系統的通信速率與可用率高的優點，同時采用突發模式的通信信號有效地抗旋翼遮擋。該機載通信調制解調器對于衛星通信無人機電力巡檢有著重要意義，具有很好的研究價值和應用前景。

寬帶衛星；衛星通信；無人直升機；電力巡線；調制調解器

1.引言

機載衛星通信調制解調器在無人機電力巡線領域的應用在國內外具有廣泛的研究[1-6]。無人機電力巡線在電力系統執行多樣化任務時，載機與指揮所之間的通信是保障無人機效能發揮的重要因素。機載衛星通信調制解調器在高效遠程的通信系統中起著至關重要的作用，以保證在全天候條件下的語音、數據通信和圖像、視頻的遠程實時傳輸，也提高載機在復雜地形和氣象條件下的廣域通信保障能力。

機載衛星通信調制解調器不僅需要滿足衛星通信數據傳輸鏈路的要求，還需要滿足無人機環境的使用要求。這就需要機載衛星通信調制解調器在保證總體傳輸效率高、解調門限低、頻偏捕獲能力強、系統的通信速率與可用率高的前提下，滿足溫濕度、振動沖擊、防鹽霧霉菌及尺寸重量等設計要求[7-10]。

在這些思想的基礎上，本文設計一種新的無人機電力巡線的機載衛星通信調制解調器，介紹了該調制解調器的組成以及功能。該調制解調器可以實現無人機電力巡線中多業務遠程通信的需求，并可適用于全天候的復雜地形及氣象條件。

2.電力巡線中機載寬帶衛星通信系統的工作原理

針對與導線安全距離的控制及實時監控等環境使用要求問題，機載寬帶衛星通信系統具有極大優勢，本節對該系統做出來詳細的闡述。

2.1 通信體制

軍用衛星通信系統中主要采用FDMA和TDMA體制。TDMA體制除去必要的同步和糾錯外，通過增加報頭開銷實現多址，主要用于多個大型地球站同時對多個方向進行通信。信道速率比用戶業務速率要高得多（多個用戶共享同一信道速率），假設用戶速率為64Kbps時，空間信道速率就要在384Kbps以上，這樣對于地面站的天線和功放要求都很高。FDMA體制通過不同頻帶實現多址，分配給用戶的本頻帶資源除去必要的同步和糾錯外可全部用于用戶業務開銷。FDMA體制在一個時刻只向一個方向進行傳輸（可以多個站接收，同一時刻可以有一個站回傳），所以用戶速率和空間信道速率一致。由于直升機機載站的體積和重量受限，而導致天線和功放增益受限，同時結合我國衛星轉發器受限的EIRP和G/T值特點，決定了有限的資源必須全部用于用戶信息的傳輸，所以機載衛星通信一般都使用FDMA體制。

2.2 系統組成

衛星通信調制解調器用于實現載機與指揮所之間，在全天候條件下的語音、數據通信和圖像、視頻的遠程實時傳輸。該機載衛星通信調制解調器由調制解調單元、綜合業務處理單元、保密單元、電源組成。對外接口包括視頻接口、音頻接口和數據接口。

本系統采用中國衛星公司的Ku 頻段的衛星資源進行衛星通信[11]。下行頻率為12.25GHz～12.75GHz，上行頻率在14GHz～14.5GHz之間。

2.3 主要功能

衛星通信調制解調器主要實現以下功能：a)信號的調制和解調：包括編碼、變頻、調制和解調、解碼等過程；b)音、視頻編解碼；c)業務數據的匯聚與調度；d)信息加解密；e)與直升機的管理系統之間的接口監視和管理：通過接口與直升機管理系統的互聯，實現管理系統對信道設備的控制和管理。