民用無人機多通道數(shù)傳交換系統(tǒng)設(shè)計

李凱 何子驥

摘要：無人機在軍事應(yīng)用中具有顯著的特點和獨特的優(yōu)勢，它可以避免戰(zhàn)場人員傷亡；適合長時間、大縱深作戰(zhàn)；可實現(xiàn)更高的機動性能；使用靈活方便，實時性、適應(yīng)性更強。無人機可以完成偵察監(jiān)視、電子對抗、精確打擊、通信中繼、戰(zhàn)場環(huán)境探測等多種任務(wù)，還能與衛(wèi)星、有人機和地面情報系統(tǒng)組網(wǎng)，實現(xiàn)情報資源共享。甚至可以成為空中作戰(zhàn)武器平臺，支持海、陸、空、天、電五維一體的未來高技術(shù)戰(zhàn)爭。它必將成為未來信息化作戰(zhàn)條件下奪取和保持信息優(yōu)勢的重要作戰(zhàn)裝備，也必將迅速推動未來作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)理論的更新和發(fā)展。單架無人機單獨執(zhí)行任務(wù)會面臨諸多問題，而組織多架無人機，甚至是多架不同類型的無人機攜帶多種傳感器協(xié)同執(zhí)行任務(wù)將成為未來戰(zhàn)場上一種重要的作戰(zhàn)方式。多無人機能適應(yīng)多種戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用，從而可提高無人機系統(tǒng)的使用效能。因此無人機群協(xié)同作戰(zhàn)對一站多機數(shù)據(jù)鏈的需求十分迫切。利用一站多機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，可以完成地面控制站對多無人機中的全部或部分關(guān)鍵任務(wù)無人機的跟蹤、測量與定位；可以實現(xiàn)地面控制站對多架無人機的遙控、遙測；可以完成多架無人機的編隊飛行的數(shù)據(jù)共享；可以完成多架無人機同時進行高速數(shù)據(jù)傳輸。要實現(xiàn)一站多機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，多通道基帶技術(shù)是關(guān)鍵，隨著硬件技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，對基帶技術(shù)的集成度要求越來越高，要求在一套設(shè)備上完成對多個無人機的遙控、遙測、跟蹤及圖像傳輸，多通道基帶技術(shù)可降低成本，減小設(shè)備體積。

關(guān)鍵詞：民用無人機；多通道數(shù)傳；交換系統(tǒng)；設(shè)計

引言

無人機（UAV）是當(dāng)今世界上軍用武器發(fā)展的一個熱點。無人機是指無人駕駛，由無線電遙控或自身程序控制飛行，能夠重復(fù)使用的飛行器。其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景，使得我們有必要將無人機向著小型化、輕量化、便民化的方向研究與發(fā)展。為了完成某些特殊任務(wù)，世界各國紛紛投入大量人力、物力研制新型無人機。在災(zāi)區(qū)和戰(zhàn)場等特殊場合，需要一種能夠快速起降，靈活飛行的多功能無人機在去完成救援、監(jiān)控、運輸?shù)热蝿?wù)，小型多功能無人機應(yīng)運而生，傾轉(zhuǎn)旋翼機則是多功能無人機的典型代表。

1無人機基本概念

遙控、遙測、測距、測角及圖像信息傳輸四個部分為無人機測控系統(tǒng)的基本功能。無人機遙控：無人機遙控包括對飛行器系統(tǒng)，任務(wù)設(shè)備系統(tǒng)及機載測控系統(tǒng)的控制，按命令內(nèi)容不同可以分為三類：一類是飛行控制命令，包括飛行連續(xù)命令、飛行開關(guān)指令、飛行組合命令，如控制無人機的起飛、爬升、開傘、回收等動作；一類是任務(wù)控制命令，即對為完成各種任務(wù)而需要在飛機上裝載的任務(wù)設(shè)備的控制，如控制攝像機的開機、調(diào)焦、關(guān)機等動作；一類是鏈路控制命令，即對機載測空設(shè)備的控制，如信道頻率、調(diào)制方式、工作方式等控制。無人機遙測：無人機遙測數(shù)據(jù)包括無人機參數(shù)、任務(wù)設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和機載測控設(shè)備參數(shù)，地面測控站接收遙測數(shù)據(jù)后可實時處理并顯示供現(xiàn)場監(jiān)視用，也可事后處理，以提高遙測精度或供進一步分析用。無人機測距：由于擴頻系統(tǒng)具有很好的抗干擾能力，所以偽碼測距已經(jīng)廣泛用于無人機數(shù)據(jù)鏈中，擴頻碼即可作為測距碼，又可作為一站多機的地址碼。無人機圖像信息傳輸：圖像偵查信息作為情報的重要來源，是下行信號中唯一的寬帶信號，當(dāng)無人機有偵察數(shù)據(jù)傳輸時，下行信號采用非平衡非平絕對移相鍵控（UQPSK）調(diào)制體制，I路傳遙測數(shù)據(jù)，遙測信息擴頻傳輸，Q路傳偵察數(shù)據(jù)，偵察數(shù)據(jù)不擴頻。顯然，多無人機遙測數(shù)據(jù)可通過不同的地址碼進行碼分多址傳輸。偵察數(shù)據(jù)不擴頻，沒有相應(yīng)的地址碼，但同時也需要多址傳輸，所以將數(shù)傳信息采用頻分多址傳輸，不同的無人機目標(biāo)，下行信號采用不同的工作點頻。

2無人機測控系統(tǒng)的技術(shù)要求

2.1功能指標(biāo)要求

根據(jù)對該無人機系統(tǒng)工作情況作了需求分析，得出無人機測控系統(tǒng)的功能要求如下：（1）具有對無人機狀態(tài)和機載設(shè)備工作狀態(tài)的遙控能力；（2）具有對無人機狀態(tài)和機載設(shè)備工作狀態(tài)的遙測能力；（3）具有對無人機載荷數(shù)據(jù)或圖像進行傳輸、顯示的能力；（4）具有對無人機遙測參數(shù)進行顯示和記錄的功能；（5）具備對機載設(shè)備的自動跟蹤能力；（6）具有對測控鏈路的監(jiān)控管理功能（信號強度、信號跟蹤情況）；（7）具有與指揮控制計算機數(shù)據(jù)交換的能力；（8）滿足無人機動態(tài)要求。

2.2技術(shù)指標(biāo)要求

（1）作用距離：不小于100km（2）遙測速率12.8k，數(shù)傳速率2.048M；（3）遙測接收靈敏度：C/N0=55.5dBHz，誤碼率：10-6（4）數(shù)傳接收靈敏度：C/N0=69.5dBHz，誤碼率：10-5（5）測距精度：優(yōu)于5m（RMS）（6）信號捕獲時間：優(yōu)于0.4s2.3

3測量體制

測距方式主要有：純側(cè)音測距體制、偽隨機碼測距體制、音碼混合測距體制以及信息幀測距體制等多種。在抗干擾測控系統(tǒng)中，常采用偽隨機碼測距體制，利用上下行擴頻偽碼相干轉(zhuǎn)發(fā)可實現(xiàn)對飛行器與地面站之間的距離測量。配合抑制載波的BPSK或QPSK信號調(diào)制。測距偽碼不僅可用于距離測量，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)擴頻、碼分多址等功能，一舉多得。在國內(nèi)擴頻測控系統(tǒng)中，采用了兩種偽碼測距方式，擴頻模式1采用測距偽碼相干轉(zhuǎn)發(fā)體制，利用碼周期解距離模糊，測距精度主要取決于偽碼速率和信噪比。擴頻模式2采用偽碼非相干測距方式，利用信息幀解距離模糊，測距精度主要取決于偽碼速率和信噪比。從實測結(jié)果來講，兩種測距方式精度無明顯差異。相比來講，在本系統(tǒng)中，采用偽碼相干轉(zhuǎn)發(fā)體制更容易實現(xiàn)，不需要地面高精度時鐘和天地時間差進行測量，不需要無人機載設(shè)備作距離測量處理并提取各種輔助雙向測距信息，減輕無人機載設(shè)備信號處理方面的壓力，也不需要對信息速率、信息幀周期和偽碼周期等作嚴(yán)格限制。本系統(tǒng)采用偽碼相干轉(zhuǎn)發(fā)測距體制。在偽碼測距體制中，一般用偽隨機碼作為擴頻序列，偽隨機序列具有類似于隨機序列的性質(zhì)，其結(jié)構(gòu)和形式可以預(yù)先確定，并可重復(fù)的產(chǎn)生和復(fù)制，這樣的偽隨機序列擴頻碼常用種類有m序列、Gold碼、混沌碼序列等。M序列相關(guān)特性最好，但其數(shù)量最少，可選擇的范圍不大。混沌碼雖然抗截獲能力強，但其非周期性使的捕獲與同步困難，且需要借助輔助的時間信息。而平衡Gold碼數(shù)量多，具有調(diào)制特性好，載波抑制度好等特點，被無人機測控系統(tǒng)廣泛使用。碼速率和系統(tǒng)所需的擴頻處理增益及偽碼測距分辨力有關(guān)。偽碼的比特率決定著擴頻信號的帶寬，一般信息速率是已知的，碼速率越高，系統(tǒng)處理增益越大。通常接收機相關(guān)器輸出的干擾電平降至熱噪聲時的碼速率稱為最佳碼速率。

結(jié)語

無人機為應(yīng)付各類戰(zhàn)場環(huán)境的偵察，監(jiān)視，攻擊等協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)的高質(zhì)量完成，有必要使用無人機群作戰(zhàn)。多架無人機配合工作，可以對戰(zhàn)場多視角觀察，提高反輻射攻擊命中率和增大導(dǎo)彈攔截能力。如果一臺地面戰(zhàn)僅控制一架無人機，那么，無人機群作戰(zhàn)需要多臺地面戰(zhàn)控制，一站多機的無人機測控與信息傳輸系統(tǒng)，可以極大地提高無人機系統(tǒng)作戰(zhàn)的靈活性，提高測控系統(tǒng)的使用效率。一站多機系統(tǒng)不管采用頻分還是碼分，都需要中頻基帶處理系統(tǒng)具有多通道處理能力，多通道地面基帶可以大大減小設(shè)備量，為無人機系統(tǒng)實現(xiàn)小型化、便攜式提供硬件基礎(chǔ)。

參考文獻

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