J无人机测控与信息传输有关系统问题探讨

通信系统作用对象以人为主，要求被传输的数 据具备完整性、正确性和准实时性，对过程不太关 心，关心的是结果的数据完整性。
无人机测控与信息传输系统中的数据链，不管 是地空数据链还是卫星中继数据链，都是一类与无 人机系统应用相关的特殊数据链，尽管都是传输链 路，但在作为测控和通信不同的应用时，传输链路的 设计是有区别的。比如对于无线链路的传输控制协 议，由于测控要求的实时性，一般情况下要求是流控 制协议；而通信要求的完整性，无线链路的传输控制 协议需要包传输协议。
由于无人机系统的应用特点，不同的系统属于 不同的作战部门、应用地域随机多变，不存在时间统 一系统的可能，时分多址体制不适用。
由于远近效应模型的不可估计性，也不能采取 码分多址体制。
同一区域多系统兼容体制只能采取频分多址体 制。另外，附带的码分多址可以提高系统的软性能。
５．２一站多机体制
一站多机是１套地面系统同时控制多架无人 机，通过对无人机应用特点的分析可知，无论上行遥 控还是下行图像遥测，都不能选择设备复杂、占用频 率资源的频分多址体制。
信息系统与网络
无人机测控与信息传输有关系统问题探讨
韩玉辉ｌ，ｚ ’ （１．北京航空航天大学，北京１０００８３； ２．中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄０５００８１）
摘要测控与信息传输系统是无人机系统的重要组成部分，按照作用距离，系统可以分为微型无人机、极近
程无人机、短程无人机、远程无人机的测控与信息传输系统。对系统设计中的有关系统问题进行了探讨，包括频率
资源如何利用、测控和通信功能怎样综合以及系统的技术体制如何选择等。
关键词 无人机；测控与信息传输；系统问题
中图分类号ＴＮ９２
文献标识码 Ａ
文章编号 １００３—３１０６（２００８）０８一Ｏ００４—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ＵＡＶ ＴＴ＆Ｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
Ｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｓｓｕｅｓ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＵＡＶ；Ｔｒ＆ｃ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｓｙｓｔｅｍ ｉｓｓｕｅ
０ 引言
无人机系统一般由７大部分组成，包括飞行器 平台、导航飞控、发射回收、测控与信息传输、任务载 荷、情报处理、综合保障等。
无人机测控与信息传输系统是无人机系统的重 要组成部分，由数据链和地面控制站组成，用于完成 对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和视频信息传输， 实现对无人机的远距离操纵和机载侦察信息的实时 获取。其性能和规模在很大程度上决定了整个无人 机系统的性能和规模。
随着无人机系统的发展，测控与信息传输系统 具备以下使用特点：
①一般情况下在飞行过程中，飞机自主飞行， 对实时控制的要求降低；
②在起飞降落过程中，容易出现飞行问题，要 有可靠的控制手段，确保飞机的安全；
③图像侦察型，一般情况下多是单站单机应 用；作战型（如电子对抗型），一般情况下工作在单站 多机，飞机控制数量在６个以内；即使传输部分飞机
收稿日期：２００８－０３－０６
４
２００８ Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０１．３８ Ｎｏ．８
万方数据
信息系统与网络
⑤战略类无人机的数据链需要统一的工作体 制、网络化。
所以，针对不同种类的无人机系统，可以用不同 的体制类型。在体制规划中，主要考虑影响测控与 信息传输系统规模和复杂度的体制要素。飞机类型 不同，细微的传输体制可以不同，但每一类系统主要 体制要符合无人机使用特点。
任何一个测控与信息传输系统，其主要体制要 素包括频段、测控与通信的复合方式、传输速率、信 道编码、调制方式、抗干扰抗多径措施、中继方式和 多址体制等。
无人机测控系统的资源主要包括频率、带宽等 要素，需要考虑以下原则：
①据无人机系统战术使用的特点，不同种类的 无人机系统对信息量的需求不同，分别使用不同的 频段；
ｒａｎｇｅ，ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｍｉｎｉ—ＵＡＶ，ｖｅｒｙ ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ＵＡＶ，ｓｈｏｒｔ ｎｌｌｌｇｅ ＵＡＶ，ｌｏｎｇ ｒａｎｇｅ ＵＡＶ ＩＴ＆Ｃ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉ黯ｕ髓ｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｓｏｕｒｃｅ，ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ １Ｔ＆Ｃ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ．
一站多址体制与系统类型密切相关，各种通道 可能的一站多址体制综合如表３所示。
表３各种不同信道的多址体制
通道类型 上行窄带通道
多址体制 时分多址 码分多址、不需功率控制
空地通道 空空通道
下行窄带通道
一般系统
下行宽 带通道
复杂系统
分时多址、实时轮询 分时多址、非实时轮询 码分多址、非实时轮询 分时多址非实时轮询
上行窄 带遥控
通信 下行窄 卫星 带遥测
多频点自适应频率跳变
下行窄 多频点自适应频率跳变； 带通道 正交码分多路、隐分集
信号猝 发纠错 编码交 织
５ 多址方式
测控与信息传输系统可能有以下４种网络形态： 同一区域多系统兼容、一站多机、一机多站和无中心 自由网，这４种网络形态需要运用不同的多址体制。
５．１ 同一区域多系统兼容体制
２．２载波分立和统一体制选择
在多年的技术发展过程中，遥控遥测和信息传 输的体制，经历了分立载波到统一载波的发展。
由于无人机的使用经历了单系统应用到大量群 应用，分立载波占据较多的率资源。另外，单独遥控 遥测功能的分立载波主要考虑的是链路窄带传输的 可靠性，以更好地保证飞机安全，随着无人机自动控 制能力的提升，飞机的控制安全主要取决于自动控 制能力，并不取决于窄带遥控遥测系统的链路可靠 性，因此还应该坚持统一载波模式。
的图像，也只用于状态观察； ④随机入网、大范围动态、不允许存在同步信
号。
１ 技术体制选择原则和资源使用
在测控与信息传输系统的技术体制选择原则 中，首先要考虑的问题是面对众多的无人机系统，所 有的无人机可以工作在一个网络体系或者是一种体 制吗？回答是既不能也不是。主要原因如下：
①频率和带宽资源限制做不到； ②数据链网络应由不同种类的群网络组 成——类群网络； ③短程以下的战术类无人机的数据链对网络 化要求的程度低，例如对无中心网络的兼容性； ④战术类无人机的数据链可以分成３类工作 体制： 微型：高度集成化、微型化； 极近程：通用性、低成本； 近／短程：通用性、网络化。
②展可用频带宽度，减小频道步进间隔，增加 频道数量，为战场频率管理和调配创造条件；
③大型无人机的测控与信息传输系统用频尽 量向高靠，以便获得较宽的可用带宽和相对较好的 电磁环境。
２测控与通信综合
２．１测控与通信的区别
测控系统作用对象以设备为主，要求被传输的 数据具备实时性、准确性和非完整性。比如对于飞 机姿态的遥控和遥测，从人员操作的角度，只关心目 前的数据，过去的数据不再关心。
下行
２，＾，
８胁ｐ８
多频段冗余；多频点自适 应频率跳变；正交码分多
路、隐分集；ＱＡＭ；频率分 集；超宽带
信号猝发 数字多
纠错编码 波束天
交织
线；
下行
２５／ ５０Ｍｂｐｅ
多频点自适应频率跳变； 正交码分多路、隐分集；
ＱＡＭ；均衡；ＭＩＭＯ；超宽 分集； ＱＡＭ；均衡
一般情况下，对飞机和任务载荷的控制由一个 地面系统完成，当不同的地面系统需要单独控制任 务载荷时，上行控制可以采取分时多址体制。
下行信息的传输一般是一个综合宽带传输，对 不同的地面站，下行可以采取时分多址体制。
５．４无中心自由网
无中心自由网络是未来发展的一种网络形式， 当多个飞机平台与地面系统一起构成一个统一的网 络，互相之间存在信息交换时，就形成一种无中心自 由网。
２．３复合链路协议
综合考虑遥控遥测和任务载荷数据传输的特 点，无人机测控与信息传输系统中的数据链的无线 传输协议应该是一个兼容２种协议的复合链路协 议，一种是有利于过程控制的的流传输协议，一种是 有利于结果完整性的数据包传输协议。
３ 工作模式
测控与信息传输系统的工作模式是指影响系统 规模和复杂度的综合模式，包括系统的带宽、控制飞 机的数量和中继方式等。这种工作模式的需求决定 了系统规模的大小和复杂程度、工作体制的选择，各 类测控与信息传输系统的工作模式可以综合为以下 ６种类型，如表１所示。
．
姒Ｎ Ｙｕ．ｈｕｉｌ’２
（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔ池，＆谢增１０００８３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ ５４ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣＥ化。Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ｔｔｅｂｅｉ ０５００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｒ＆ｃ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ明ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ＵＡＶ（ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ）．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
察打一体型，包括电子侦察和干、 扰、图像侦察和硬武器攻击等
工作模式４ 空一空中继 空中中继类
工作模式５
单收
单收站、接收侦察图象或态势信息
工作模式６ 卫星中继 通过机一星一地链路中继
４无人机系统的抗干扰、抗多径措施
抗干扰、抗多径的设计不是单方面的因素，要进 行综合考虑，根据系统应用的信道特点，每种通道分 别可以采取的抗干扰、抗多径措施综合如表２所示。
裹１各类测控与信息传输系统工作模式
工作模式 体制特点
主要战术应用
工作模式１