無人機綜合監測相關技術發展現狀及趨勢研究

李昊遠

（太原市第五中學校，山西 太原 030012）

隨著科技的進步，人類將探索領域擴展到了航空航天，無人機應運而生。無人機（Unmanned Aerial Vehicle）是指無人駕駛，利用無線電遙控或者自主控制的飛行器。高端的無人機具有人工智能，可以通過自身攜帶的多種傳感器獲取外界的各種信息，在沒有人類干預的情況下，利用智能算法自主決策，完成規定的任務。目前，無人機已經全面的滲透到了人類的生活當中。它可以代替人類高空作業，完成高風險、高強度的任務。生活上可以用于影視拍攝、電力巡檢、氣象監測、森林火災探測、快遞運輸、農林植保、救援任務等。軍事上可以用于情報偵察、空中作戰、目標定位摧毀等。

無人機在民用和軍用的迅速發展，對無人機的測控系統提出了更高要求。無人機測控系統是無人機的核心技術，可以讓無人機適用于復雜的工作環境。我國無人機測控技術經歷近30年的發展歷史，初步獲得了一定的研究進展，基本實現了近、中、遠程的飛行測控要求。但仍與國外的無人機發展有一定的差距，國內無人機數據鏈路帶寬指標上可以體現，除在復雜電磁換件條件下工作的可靠性不夠，再者頻率的使用效率低。本文概述了國內外無人機測控系統相關關鍵技術的研究進展，分析了當前測控系統的研究難點和瓶頸，提出了將來測控系統的發展方向，為無人機測控系統的發展提供了一定的研究思路。

1 無人機測控系統關鍵技術

地面控制站和數據鏈路的研究是無人機測控系統的主要研究方向。地面控制站的作用是制定任務計劃、飛行計劃。根據飛行任務的需要在地面發送飛行指令，控制無人機。同時對飛行過程中偵察測量的信息、飛行參數、設備的狀態參數、導航定位信息、無人機和目標的定位信息等進行實時處理，作為反饋信息不斷的重新調整飛行指令。在對控制站相關技術的研究中，測控系統通用化及互操作技術、一站多機控制、無人機任務規劃與監控技術、地面設備的機動、便攜結構設計和裝車技術等是研究重點。無人機機體和控制站相當于人體的肌肉骨骼和大腦，那么數據鏈路則相當于人體的神經脈絡。數據鏈路數據信息的傳輸能力決定著無人機的性能。它的關鍵技術則集中體現在：跟蹤、測控、通信和信息傳輸四合一一體化技術、無人機視頻壓縮編碼技術、數據通訊抗干擾傳輸技術、一站多機數據鏈技術和自組網測控通信技術。

1.1 控制站

（1）測控系統通用化及互操作技術。不同的工作任務，則可能會選用不同種類的無人機。這就對控制站提出了系統兼容性的要求，使得無人機通用化和可以互操作。因此，控制站的控制方式、控制指令的格式、處理方式等需要有一定的標準。同時數據鏈路中，數據通信的頻段、信號格式也要求有一定的通用性。這是當前在無人機多元化市場里需要迫切解決的問題，也是難點之一。

（2）一站多機控制。一站多機控制指的是通過一個控制站，可以同時操作多架同種類型或者不同種類型的無人機技術。該技術可以簡化操作人員的工作復雜度，減少人力成本，活化了多個無人機之間形成的協同合作，可靈活替換，相輔相成。一站多機技術的實現，首先解決的是界面優化和硬件結構的設計，界面的優化可以很好的幫助操作人員了解多個無人機的運行狀態，讓操作變得容易并節省時間。同時對于多個無人機的控制，還需要更加高速的數據鏈路傳輸速率。

（3）無人機任務規劃與監控技術。無人機的任務規劃是其作業過程中必要且關鍵的環節，包括任務分配、航路規劃、鏈路使用規劃等。且無人機的作業過程會需要控制站實時發布指令信息，指導無人機作業，而且無人機的留空監控系統反饋回的大量數據也需要控制站進行實時處理。因此，信息同步性高的實時動態監控，數據的綜合顯示、高速處理速度可以幫助任務更好地完成。

（4）便攜結構設計和裝車技術。無人機的設計要求之一就是需要無人機具有靈活快速的反應能力。因此控制站往往為了配合無人機的工作要求，需要進行實時的移動。但隨著任務復雜度的提高，對無人機功能的要求越來越多，控制站裝備增多致使其體積和重量增大，不便于移動。因此，對控制站結構的精簡設計和裝車技術成為研究重點，用以適應實時移動的要求。

1.2 數據鏈路

（1）跟蹤、遙測、遙控和信息傳輸四合一一體化技術。早期的無人機跟蹤、遙測、遙控和信息傳輸都有各自的獨立信道，這使得無人機設備復雜。隨著發展“三合一”和“四合一”綜合信道技術的投入使用，大大減少了無人機設備的復雜度。四合一綜合信道技術更是將四者綜合為一體進行傳輸。

（2）無人機視頻壓縮編碼技術。無人機監測的視頻信息是無人機測控系統功能的重要體現，視頻信息的傳輸好壞，可以用于對無人機性能的評估。數據鏈路技術決定著無人機視頻信息的傳輸規模，而圖像的壓縮編碼技術可以減少對傳輸帶寬的占用，增加傳輸規模。

（3）數據通訊抗干擾傳輸技術。現代電子化高度集中的社會中，電子干擾不可避免，因此，無人機在工作過程中對于電子干擾的抵抗程度，體現著無人機性能的優劣。目前抗干擾的方式主要有抗干擾編碼、直接序列擴頻、跳頻等。

（4）一站多機數據鏈路技術。一站多機數據鏈路技術是指一個控制站與多架無人機的數據通信，與一站多機控制技術相對應。為了讓無人機可以對不同指令信號進行區分，識別出自身的控制指令，控制站采用了分頻、分時或者碼分多址的方式進行了信號的傳輸和編碼。一站多機數據鏈技術減少了控制站的數量，實現了無人機多機多系統的協作共享，提高了無人機測控系統的工作效率。

（5）無人機自組網測控通信技術。在無人機自組織網絡中，無人機完成任務時通過無線信道而形成的多種時刻變化的網絡拓撲結構，是無人機完成指定任務的基礎。為了使控制平臺與信息傳輸和指定任務相匹配，形成系統，需要使用多跳組網的方式，由多個節點協作完成任務。因此，需要各類信息網絡包括自組織、路由端進行相互的聯通。

2 研究難點和發展趨勢

世界各國都高度重視對無人機的發展研究，每年投入大量的人力和物力開發高端無人機。但由于缺乏系統的管理，導致無人機系統個體差異性大、頻譜使用混亂、系統兼容性差、協同作戰能力不理想。由于通用性差，導致技術支持和保障出現困難。數據鏈路帶寬的有限性限制了無人機的發展，新的壓縮技術或者通信手段是當前無人機的研究難點。美國《無人機路線圖2005～2030》指出，激光通信可以提高2～5個數據量級的數據傳輸率，但存在安全隱患和難以維持。同時，將無人機與云計算平臺相關聯，將云平臺作為擁有高精度計算能力的大腦，可以高速處理收集的信息，精確調度無人機的運轉，還可以提高數據處理能力，幫助無人機更好的完成決策任務，但實時性有待提高。因此，未來對無人數據鏈路數據的傳輸速率、抗干擾、多機協同工作技術改進與云平臺相關聯是今后無人機的發展方向。

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