無人機鏈路系統(tǒng)的組成

鏈路系統(tǒng)是無人機系統(tǒng)的重要組成部分，其主要任務(wù)是建立一個空地雙向數(shù)據(jù)傳輸通道，用于完成地面控制站對無人機的遠(yuǎn)距離遙控、遙測和任務(wù)信息傳輸。遙控實現(xiàn)對無人機和任務(wù)設(shè)備進行遠(yuǎn)距離操作，遙測實現(xiàn)無人機狀態(tài)的監(jiān)測。

任務(wù)信息傳輸則通過下行無線信道向測控站傳送由機載任務(wù)傳感器所獲取的視頻、圖像等信息，是無人機完成任務(wù)的關(guān)鍵，質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到發(fā)現(xiàn)和識別目標(biāo)的能力。

無人機鏈路系統(tǒng)組成

無人機鏈路的機載部分包括機載數(shù)據(jù)終端（ADT）和天線。機載數(shù)據(jù)終端包括RF接收機、發(fā)射機以及用于連接接收機和發(fā)射機到系統(tǒng)其余部分的調(diào)制解調(diào)器，有些機載數(shù)據(jù)終端為了滿足下行鏈路的帶寬限制，還提供了用于壓縮數(shù)據(jù)的處理器。天線采用全向天線，有時也要求采用具有增益的定向天線。

鏈路的地面部分也稱地面數(shù)據(jù)終端（GDT）。該終端包括一副或幾副天線、RF接收機和發(fā)射機以及調(diào)制解調(diào)器。若傳感器數(shù)據(jù)在傳送前經(jīng)過壓縮，則地面數(shù)據(jù)終端還需采用處理器對數(shù)據(jù)進行重建。地面數(shù)據(jù)終端可以分裝成幾個部分，一般包括一條連接地面天線和地面控制站的本地數(shù)據(jù)連線 以及地面控制站中的若干處理器和接口。

對于長航時無人機而言，為克服地形阻擋、地球曲率和大氣吸收等因素的影響，并延伸鏈路的作用距離，中繼是一種普遍采用的方式。當(dāng)采用中繼通信時，中繼平臺和相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備也是無人機鏈路系統(tǒng)的組成部分之一。無人機和地面站之間的作用距離是由無線電視距所決定的。

無人機鏈路信道頻段

無人機地空數(shù)據(jù)傳輸過程中，無線信號會受到地形、地物以及大氣等因素的影響，引起電波的反射、散射和繞射，形成多徑傳播，并且信道會受到各種噪聲干擾，造成數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量下降。

在測控通信中，無線傳輸信道的影響隨工作頻段的不同而異，因此首先需要了解無人機測控使用的主要頻段。無人機測控鏈路可選用的載波頻率范圍很寬。低頻段設(shè)備成本較低，可容納的頻道數(shù)和數(shù)輸速率有限，而高頻段設(shè)備成本較高，可容納較多的頻道數(shù)和較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

無人機鏈路應(yīng)用的主要頻段為微波（300MHz~3000GHz），因為微波鏈路有更高的可用帶寬，可傳輸視頻畫面，它所采用的高帶寬和高增益天線抗干擾性能良好。不同的微波波段適用于不同的鏈路類型。

一般來說，VHF，UHF，L和S波段較適合于低成本的短程無人機視距鏈路；X和Ku波段適用于中程和遠(yuǎn)程無人機的視距鏈路和空中中繼鏈路；Ku和Ka波段適用于中遠(yuǎn)程的衛(wèi)星中繼鏈路。

如果考慮對無人機(UAV)鏈路的干擾，則需要考慮干擾對象。無人機有一條從控制站到無人機的控制鏈路，也叫上行鏈路；它還有一條從無人機到控制站的數(shù)據(jù)鏈路，也叫下行鏈路。

對控制鏈路的干擾

控制鏈路是上行鏈路，因此干擾機的干擾目標(biāo)是無人機，干擾場景如下圖所示，并給出了一些不失一般性的參數(shù)假設(shè)：控制站的蝶形天線增益為20dBi，旁瓣隔離度為15dB，發(fā)射機功率1W；無人機距離地面站20km，無人機的鞭狀天線增益為3dBi。

當(dāng)干擾機指向無人機時，目標(biāo)接收機接收到的有用信號的ERPs：

30dBm+20dB=50dBm

上行鏈路損耗：

Ls=32.4+20log(20)+20log(5000)=132.4dB

干擾距離無人機10km，計算出干擾鏈路損耗：

Lj=32.4+20log(10)+20log(5000)=126.4dB

干擾機的EPRj：50dBm+10dB=60dB

這里假設(shè)無人機上的接收天線是鞭狀天線，在地面站方向和干擾機方向增益相同，從而可以計算出干信比：

J/S(dB)=ERPj-ERPs-Lj+Ls=16dB

對數(shù)據(jù)鏈路的干擾

數(shù)據(jù)鏈路也是下行鏈路，干擾機的干擾目標(biāo)變?yōu)榈孛嬲?，由于假設(shè)地面站采用的是蝶形天線，干擾信號通常從其天線的旁瓣進入，干擾場景如下圖：

此時，有用信號的ERPs=33dBm，鏈路損耗為132.4dB；干擾機的ERPj=60dBm，地面站在干擾機方向的增益要比無人機所在的主瓣增益低15dB，因此為20-15=5dBi，計算干信比：

J/S(dB)=ERPj-Lj+Gj-(ERPs-Ls+Gr)=12dB