民用无人机多通道数传交换系统设计
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摘要：无人机在军事应用中具有显著的特点和独特的优势，它可以避免战场人员伤亡；适合长时间、大纵深作战；可实现更高的机动性能；使用灵活方便，实时性、适应性更强。无人机可以完成侦察监视、电子对抗、精确打击、通信中继、战场环境探测等多种任务，还能与卫星、有人机和地面情报系统组网，实现情报资源共享。甚至可以成为空中作战武器平台，支持海、陆、空、天、电五维一体的未来高技术战争。它必将成为未来信息化作战条件下夺取和保持信息优势的重要作战装备，也必将迅速推动未来作战样式、作战理论的更新和发展。单架无人机单独执行任务会面临诸多问题，而组织多架无人机，甚至是多架不同类型的无人机携带多种传感器协同执行任务将成为未来战场上一种重要的作战方式。多无人机能适应多种战术应用，从而可提高无人机系统的使用效能。因此无人机群协同作战对一站多机数据链的需求十分迫切。利用一站多机数据链技术，可以完成地面控制站对多无人机中的全部或部分关键任务无人机的跟踪、测量与定位；可以实现地面控制站对多架无人机的遥控、遥测；可以完成多架无人机的编队飞行的数据共享；可以完成多架无人机同时进行高速数据传输。要实现一站多机数据链技术，多通道基带技术是关键，随着硬件技术和数字处理技术的发展，对基带技术的集成度要求越来越高，要求在一套设备上完成对多个无人机的遥控、遥测、跟踪及图像传输，多通道基带技术可降低成本，减小设备体积。
关键词：民用无人机；多通道数传；交换系统；设计
引言
无人机（UAV）是当今世界上军用武器发展的一个热点。无人机是指无人驾驶，由无线电遥控或自身程序控制飞行，能够重复使用的飞行器。其广阔的应用领域和市场前景，使得我们有必要將无人机向着小型化、轻量化、便民化的方向研究与发展。为了完成某些特殊任务，世界各国纷纷投入大量人力、物力研制新型无人机。在灾区和战场等特殊场合，需要一种能够快速起降，灵活飞行的多功能无人机在去完成救援、监控、运输等任务，小型多功能无人机应运而生，倾转旋翼机则是多功能无人机的典型代表。
1无人机基本概念
遥控、遥测、测距、测角及图像信息传输四个部分为无人机测控系统的基本功能。无人机遥控：无人机遥控包括对飞行器系统，任务设备系统及机载测控系统的控制，按命令内容不同可以分为三类：一类是飞行控制命令，包括飞行连续命令、飞行开关指令、飞行组合命令，如控制无人机的起飞、爬升、开伞、回收等动作；一类是任务控制命令，即对为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备的控制，如控制摄像机的开机、调焦、关机等动作；一类是链路控制命令，即对机载测空设备的控制，如信道频率、调制方式、工作方式等控制。无人机遥测：无人机遥测数据包括无人机参数、任务设备的状态参数和机载测控设备参数，地面测控站接收遥测数据后可实时处理并显示供现场监视用，也可事后处理，以提高遥测精度或供进一步分析用。无人机测距：由于扩频系统具有很好的抗干扰能力，所以伪码测距已经广泛用于无人机数据链中，扩频码即可作为测距码，又可作为一站多机的地址码。无人机图像信息传输：图像侦查信息作为情报的重要来源，是下行信号中唯一的宽带信号，当无人机有侦察数据传输时，下行信号采用非平衡非平绝对移相键控（UQPSK）调制体制，I路传遥测数据，遥测信息扩频传输，Q路传侦察数据，侦察数据不扩频。显然，多无人机遥测数据可通过不同的地址码进行码分多址传输。侦察数据不扩频，没有相应的地址码，但同时也需要多址传输，所以将数传信息采用频分多址传输，不同的无人机目标，下行信号采用不同的工作点频。
2无人机测控系统的技术要求
2.1功能指标要求
根据对该无人机系统工作情况作了需求分析，得出无人机测控系统的功能要求如下：（1）具有对无人机状态和机载设备工作状态的遥控能力；（2）具有对无人机状态和机载设备工作状态的遥测能力；（3）具有对无人机载荷数据或图像进行传输、显示的能力；（4）具有对无人机遥测参数进行显示和记录的功能；（5）具备对机载设备的自动跟踪能力；（6）具有对测控链路的监控管理功能（信号强度、信号跟踪情况）；（7）具有与指挥控制计算机数据交换的能力；（8）满足无人机动态要求。
2.2技术指标要求
（1）作用距离：不小于100km（2）遥测速率12.8k，数传速率2.048M；（3）遥测接收灵敏度：C/N0=55.5dBHz，误码率：10-6（4）数传接收灵敏度：C/N0=69.5dBHz，误码率：10-5（5）测距精度：优于5m（RMS）（6）信号捕获时间：优于0.4s2.3
3测量体制
测距方式主要有：纯侧音测距体制、伪随机码测距体制、音码混合测距体制以及信息帧测距体制等多种。在抗干扰测控系统中，常采用伪随机码测距体制，利用上下行扩频伪码相干转发可实现对飞行器与地面站之间的距离测量。配合抑制载波的BPSK或QPSK信号调制。测距伪码不仅可用于距离测量，还能实现数据扩频、码分多址等功能，一举多得。在国内扩频测控系统中，采用了两种伪码测距方式，扩频模式1采用测距伪码相干转发体制，利用码周期解距离模糊，测距精度主要取决于伪码速率和信噪比。扩频模式2采用伪码非相干测距方式，利用信息帧解距离模糊，测距精度主要取决于伪码速率和信噪比。从实测结果来讲，两种测距方式精度无明显差异。相比来讲，在本系统中，采用伪码相干转发体制更容易实现，不需要地面高精度时钟和天地时间差进行测量，不需要无人机载设备作距离测量处理并提取各种辅助双向测距信息，减轻无人机载设备信号处理方面的压力，也不需要对信息速率、信息帧周期和伪码周期等作严格限制。本系统采用伪码相干转发测距体制。在伪码测距体制中，一般用伪随机码作为扩频序列，伪随机序列具有类似于随机序列的性质，其结构和形式可以预先确定，并可重复的产生和复制，这样的伪随机序列扩频码常用种类有m序列、Gold码、混沌码序列等。M序列相关特性最好，但其数量最少，可选择的范围不大。混沌码虽然抗截获能力强，但其非周期性使的捕获与同步困难，且需要借助辅助的时间信息。而平衡Gold码数量多，具有调制特性好，载波抑制度好等特点，被无人机测控系统广泛使用。码速率和系统所需的扩频处理增益及伪码测距分辨力有关。伪码的比特率决定着扩频信号的带宽，一般信息速率是已知的，码速率越高，系统处理增益越大。通常接收机相关器输出的干扰电平降至热噪声时的码速率称为最佳码速率。
结语
无人机为应付各类战场环境的侦察，监视，攻击等协同作战任务的高质量完成，有必要使用无人机群作战。多架无人机配合工作，可以对战场多视角观察，提高反辐射攻击命中率和增大导弹拦截能力。如果一台地面战仅控制一架无人机，那么，无人机群作战需要多台地面战控制，一站多机的无人机测控与信息传输系统，可以极大地提高无人机系统作战的灵活性，提高测控系统的使用效率。一站多机系统不管采用频分还是码分，都需要中频基带处理系统具有多通道处理能力，多通道地面基带可以大大减小设备量，为无人机系统实现小型化、便携式提供硬件基础。
参考文献
[1]吴潜，雷厉.多UAV编队飞行应用及测控关键技术分析[C].2008中国无人机系统峰会论文集.北京，2008，pp624-629
[2]吴潜，雷厉.多无人机测控与信息传输系统的技术与发展[J].电讯技术.2008（10）：107-111
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