艦載無人機測控系統(tǒng)關鍵技術大盤點

1、引言

艦載無人機系統(tǒng)按功能劃分一般包括飛行器平臺、測控與信息傳輸系統(tǒng)（簡稱測控系統(tǒng)）、任務載荷系統(tǒng)、艦面綜合保障系統(tǒng)、導航飛控系統(tǒng)等。艦載無人機測控系統(tǒng)作為艦載無人機系統(tǒng)的重要組成部分，實現對艦載無人機的遙控、遙測、跟蹤定位和信息傳輸，主要包括數據鏈和艦面控制站，其中數據鏈系統(tǒng)包括測量設備、信息傳輸設備、數據中繼設備等。

無人機測控系統(tǒng)與航天測控系統(tǒng)相比有很大不同，航天測控系統(tǒng)主要針對大氣層外的固定軌道飛行器，無人機主要是在大氣層內飛行，測控環(huán)境復雜，而艦載無人機測控系統(tǒng)相比一般無人機測控系統(tǒng)，面臨的測控環(huán)境更為復雜，更需要注重測控系統(tǒng)的實時性、互操作性、抗干擾性以及適裝性。

本文通過研究艦載無人機測控系統(tǒng)的現有技術和新技術，對艦載無人機測控系統(tǒng)的關鍵技術進行綜述，主要包括艦載無人機數據鏈通信技術、艦面測控站技術和天線設計技術。

2、艦載無人機數據鏈通信技術

艦載無人機數據鏈是一種在艦面測控站、指揮信息系統(tǒng)、無人機之間，采用一種或多種網絡結構，按照規(guī)定的通信協(xié)議和消息標準傳遞格式化戰(zhàn)術信息的數據信息系統(tǒng)。能夠與測控站、無人機系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)緊密結合，將地理空間上相對分散的探測單元、指控系統(tǒng)緊密地連接在一起，保證情報、指揮控制、無人機協(xié)同等信息實時、可靠、準確地傳輸，實現信息共享，便于指揮人員實時掌握目標區(qū)域情況，縮短了情報獲取時間，提高了指揮速度和無人機系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

為了適應未來作戰(zhàn)任務、無人機平臺和任務載荷的發(fā)展需求，無人機測控數據鏈技術在數據傳輸能力、抗干擾能力、安全保密能力和網絡化等方面面臨挑戰(zhàn)。

2.1 高速率數據傳輸技術

無人機數據鏈的傳輸能力一般指下行鏈路傳輸速率，主要取決于任務傳感器的分辨率、幀速率、數據鏈的作用范圍、設備規(guī)模和安裝條件等。國外無人機視距數據鏈路傳輸速率一般為1.544Mbps、8.144Mbps、和10.71Mbps，能夠滿足一般戰(zhàn)術偵察和監(jiān)視的需求。未來，隨著合成孔徑、機載預警雷達和高分辨、多光譜、多組合傳感器設備在無人機上的應用，數據傳輸速率將會達到1.48Mbps～3Gbps，甚至會更高，對無人機數據鏈的傳輸速率和容量提出了更高的要求。

為適應高分辨、多光譜、多組合傳感器的發(fā)展，必須大力提高數據鏈的傳輸能力，應加強以下方面技術的研究。主要包括 “四合一”一體化信道綜合技術；無人機視頻壓縮編碼技術；激光通信數據鏈技術。

（1） “四合一”綜合信道體制是指跟蹤定位、遙測、遙控和信息傳輸的統(tǒng)一載波體制,即視頻信息傳輸與遙測共用一個信道,利用視頻與遙測信號進行跟蹤測角,利用遙控與遙測進行測距。視頻與遙測共用信道的方式包括2種:一種是模擬視頻信號與遙測數據副載波頻分傳輸;另一種是數字視頻數據與遙測復合數據傳輸。采用“四合一”綜合信道體制,就要解決直接接收寬帶調制信號的天線高精度自動跟蹤問題。

（2） 無人機視頻壓縮編碼技術是指利用視頻圖像數據的強相關性，將冗余信息分為空域冗余信息和時域冗余信息，而壓縮技術就是將數據中的冗余信息去掉（去除數據之間的相關性），壓縮技術包含幀內圖像數據壓縮技術、幀間圖像數據壓縮技術和熵編碼壓縮技術。根據無人機使用特點，應研究存儲開銷低（適合機載條件）、實時性強（時延?。?、恢復圖像質量好（失真小）的高倍視頻數字壓縮編碼技術。

（3） 激光通信數據鏈可以提供比現有微波通信鏈路容量大的多的數據傳輸速率,國外相關技術每秒可傳輸上百萬兆比特的數據。到2030年前,無人機測控系統(tǒng)需要達到500 Mbit/s(視距)或以上的數據率,衛(wèi)星中繼鏈路和無人機機間高速數據鏈路將需要提供更高的數據傳輸能力,這可以在光通信新體制方面取得突破,并開展實用性研究。

2.2 數據抗干擾傳輸技術

無人機測控與通信數據鏈抗干擾技術是指采用擴頻抗干擾技術、自適應干擾抑制技術、信源與信道編碼技術等保障無人機運行的暢通。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能、降低攔截概率和檢測概率，結合無人機使用特點，應加強以下方面技術的研究。

（1） 抗干擾技術從單一技術的抗干擾，發(fā)展到多種技術相結合，從單一物理層抗干擾發(fā)展到包括網絡層、應用層在內的多層面結合優(yōu)化的抗干擾；從單一設備的抗干擾發(fā)展到系統(tǒng)級、網絡級的綜合抗干擾。

（2） 研究抗干擾智能調零天線。智能調零天線采用陣列信號處理和數字波束成形技術，在干擾源方向形成零點，調零深度可達20dB以上，從而實現空域抗干擾。

（3） 研究自適應干擾對校技術。在頻域上寬帶有用信號和窄帶干擾信號特征截然不同，根據此特征可以檢測出干擾信號，并使用自適應陷濾波技術將其消除。

（4） 研究基于認知的抗干擾技術?；谡J知的抗干擾技術是結合頻譜感知、頻譜管理和鏈路傳輸參數重新配置的新技術。它利用頻譜感知技術獲得頻譜空間的占用情況，通過頻譜管理給出可選擇的備用信道，并將鏈路建立在新的傳輸信道上，以規(guī)避干擾信號所在的頻帶，從而實現數據的可靠傳輸。