民用無人機多通道數傳交換系統設計
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摘要：無人機在軍事應用中具有顯著的特點和獨特的優勢，它可以避免戰場人員傷亡；適合長時間、大縱深作戰；可實現更高的機動性能；使用靈活方便，實時性、適應性更強。無人機可以完成偵察監視、電子對抗、精確打擊、通信中繼、戰場環境探測等多種任務，還能與衛星、有人機和地面情報系統組網，實現情報資源共享。甚至可以成為空中作戰武器平臺，支持海、陸、空、天、電五維一體的未來高技術戰爭。它必將成為未來信息化作戰條件下奪取和保持信息優勢的重要作戰裝備，也必將迅速推動未來作戰樣式、作戰理論的更新和發展。單架無人機單獨執行任務會面臨諸多問題，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同執行任務將成為未來戰場上一種重要的作戰方式。多無人機能適應多種戰術應用，從而可提高無人機系統的使用效能。因此無人機群協同作戰對一站多機數據鏈的需求十分迫切。利用一站多機數據鏈技術，可以完成地面控制站對多無人機中的全部或部分關鍵任務無人機的跟蹤、測量與定位；可以實現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據共享；可以完成多架無人機同時進行高速數據傳輸。要實現一站多機數據鏈技術，多通道基帶技術是關鍵，隨著硬件技術和數字處理技術的發展，對基帶技術的集成度要求越來越高，要求在一套設備上完成對多個無人機的遙控、遙測、跟蹤及圖像傳輸，多通道基帶技術可降低成本，減小設備體積。
關鍵詞：民用無人機；多通道數傳；交換系統；設計
引言
無人機（UAV）是當今世界上軍用武器發展的一個熱點。無人機是指無人駕駛，由無線電遙控或自身程序控制飛行，能夠重復使用的飛行器。其廣闊的應用領域和市場前景，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展。為了完成某些特殊任務，世界各國紛紛投入大量人力、物力研制新型無人機。在災區和戰場等特殊場合，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、監控、運輸等任務，小型多功能無人機應運而生，傾轉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的基本功能。無人機遙控：無人機遙控包括對飛行器系統，任務設備系統及機載測控系統的控制，按命令內容不同可以分為三類：一類是飛行控制命令，包括飛行連續命令、飛行開關指令、飛行組合命令，如控制無人機的起飛、爬升、開傘、回收等動作；一類是任務控制命令，即對為完成各種任務而需要在飛機上裝載的任務設備的控制，如控制攝像機的開機、調焦、關機等動作；一類是鏈路控制命令，即對機載測空設備的控制，如信道頻率、調制方式、工作方式等控制。無人機遙測：無人機遙測數據包括無人機參數、任務設備的狀態參數和機載測控設備參數，地面測控站接收遙測數據后可實時處理并顯示供現場監視用，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：由于擴頻系統具有很好的抗干擾能力，所以偽碼測距已經廣泛用于無人機數據鏈中，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，當無人機有偵察數據傳輸時，下行信號采用非平衡非平絕對移相鍵控（UQPSK）調制體制，I路傳遙測數據，遙測信息擴頻傳輸，Q路傳偵察數據，偵察數據不擴頻。顯然，多無人機遙測數據可通過不同的地址碼進行碼分多址傳輸。偵察數據不擴頻，沒有相應的地址碼，但同時也需要多址傳輸，所以將數傳信息采用頻分多址傳輸，不同的無人機目標，下行信號采用不同的工作點頻。
2無人機測控系統的技術要求
2.1功能指標要求
根據對該無人機系統工作情況作了需求分析，得出無人機測控系統的功能要求如下：（1）具有對無人機狀態和機載設備工作狀態的遙控能力；（2）具有對無人機狀態和機載設備工作狀態的遙測能力；（3）具有對無人機載荷數據或圖像進行傳輸、顯示的能力；（4）具有對無人機遙測參數進行顯示和記錄的功能；（5）具備對機載設備的自動跟蹤能力；（6）具有對測控鏈路的監控管理功能（信號強度、信號跟蹤情況）；（7）具有與指揮控制計算機數據交換的能力；（8）滿足無人機動態要求。
2.2技術指標要求
（1）作用距離：不小于100km（2）遙測速率12.8k，數傳速率2.048M；（3）遙測接收靈敏度：C/N0=55.5dBHz，誤碼率：10-6（4）數傳接收靈敏度：C/N0=69.5dBHz，誤碼率：10-5（5）測距精度：優于5m（RMS）（6）信號捕獲時間：優于0.4s2.3
3測量體制
測距方式主要有：純側音測距體制、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。在抗干擾測控系統中，常采用偽隨機碼測距體制，利用上下行擴頻偽碼相干轉發可實現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信號調制。測距偽碼不僅可用于距離測量，還能實現數據擴頻、碼分多址等功能，一舉多得。在國內擴頻測控系統中，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發體制，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。從實測結果來講，兩種測距方式精度無明顯差異。相比來講，在本系統中，采用偽碼相干轉發體制更容易實現，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格限制。本系統采用偽碼相干轉發測距體制。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，其結構和形式可以預先確定，并可重復的產生和復制，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序列相關特性最好，但其數量最少，可選擇的范圍不大?；煦绱a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碼數量多，具有調制特性好，載波抑制度好等特點，被無人機測控系統廣泛使用。碼速率和系統所需的擴頻處理增益及偽碼測距分辨力有關。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，系統處理增益越大。通常接收機相關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。
結語
無人機為應付各類戰場環境的偵察，監視，攻擊等協同作戰任務的高質量完成，有必要使用無人機群作戰。多架無人機配合工作，可以對戰場多視角觀察，提高反輻射攻擊命中率和增大導彈攔截能力。如果一臺地面戰僅控制一架無人機，那么，無人機群作戰需要多臺地面戰控制，一站多機的無人機測控與信息傳輸系統，可以極大地提高無人機系統作戰的靈活性，提高測控系統的使用效率。一站多機系統不管采用頻分還是碼分，都需要中頻基帶處理系統具有多通道處理能力，多通道地面基帶可以大大減小設備量，為無人機系統實現小型化、便攜式提供硬件基礎。
參考文獻
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[2]吳潛，雷厲.多無人機測控與信息傳輸系統的技術與發展[J].電訊技術.2008（10）：107-111
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