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舰载无人机测控系统关键技术

2018-04-25 21:55|来源:未知 |作者:dnzg |点击:
  
1、引言  
舰载无人机系统按功能划分一般包括飞行器平台、测控与信息传输系统(简称测控系统)、任务载荷系统、舰面综合保障系统、导航飞控系统等。舰载无人机测控系统作为舰载无人机系统的重要组成部分,实现对舰载无人机的遥控、遥测、跟踪定位和信息传输,主要包括数据链和舰面控制站,其中数据链系统包括测量设备、信息传输设备、数据中继设备等。  
无人机测控系统与航天测控系统相比有很大不同,航天测控系统主要针对大气层外的固定轨道飞行器,无人机主要是在大气层内飞行,测控环境复杂,而舰载无人机测控系统相比一般无人机测控系统,面临的测控环境更为复杂,更需要注重测控系统的实时性、互操作性、抗干扰性以及适装性。  
本文通过研究舰载无人机测控系统的现有技术和新技术,对舰载无人机测控系统的关键技术进行综述,主要包括舰载无人机数据链通信技术、舰面测控站技术和天线设计技术。  
2、舰载无人机数据链通信技术  
舰载无人机数据链是一种在舰面测控站、指挥信息系统、无人机之间,采用一种或多种网络结构,按照规定的通信协议和消息标准传递格式化战术信息的数据信息系统。能够与测控站、无人机系统、指挥系统紧密结合,将地理空间上相对分散的探测单元、指控系统紧密地连接在一起,保证情报、指挥控制、无人机协同等信息实时、可靠、准确地传输,实现信息共享,便于指挥人员实时掌握目标区域情况,缩短了情报获取时间,提高了指挥速度和无人机系统的协同作战能力。  
为了适应未来作战任务、无人机平台和任务载荷的发展需求,无人机测控数据链技术在数据传输能力、抗干扰能力、安全保密能力和网络化等方面面临挑战。  
2.1高速率数据传输技术  
无人机数据链的传输能力一般指下行链路传输速率,主要取决于任务传感器的分辨率、帧速率、数据链的作用范围、设备规模和安装条件等。国外无人机视距数据链路传输速率一般为1.544Mbps、8.144Mbps、和10.71Mbps,能够满足一般战术侦察和监视的需求。未来,随着合成孔径、机载预警雷达和高分辨、多光谱、多组合传感器设备在无人机上的应用,数据传输速率将会达到1.48Mbps~3Gbps,甚至会更高,对无人机数据链的传输速率和容量提出了更高的要求。  
为适应高分辨、多光谱、多组合传感器的发展,必须大力提高数据链的传输能力,应加强以下方面技术的研究。主要包括“四合一”一体化信道综合技术;无人机视频压缩编码技术;激光通信数据链技术。  
(1)“四合一”综合信道体制是指跟踪定位、遥测、遥控和信息传输的统一载波体制,即视频信息传输与遥测共用一个信道,利用视频与遥测信号进行跟踪测角,利用遥控与遥测进行测距。视频与遥测共用信道的方式包括2种:一种是模拟视频信号与遥测数据副载波频分传输;另一种是数字视频数据与遥测复合数据传输。采用“四合一”综合信道体制,就要解决直接接收宽带调制信号的天线高精度自动跟踪问题。  
(2)无人机视频压缩编码技术是指利用视频图像数据的强相关性,将冗余信息分为空域冗余信息和时域冗余信息,而压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉(去除数据之间的相关性),压缩技术包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术。根据无人机使用特点,应研究存储开销低(适合机载条件)、实时性强(时延小)、恢复图像质量好(失真小)的高倍视频数字压缩编码技术。  
(3)激光通信数据链可以提供比现有微波通信链路容量大的多的数据传输速率,国外相关技术每秒可传输上百万兆比特的数据。到2030年前,无人机测控系统需要达到500Mbit/s(视距)或以上的数据率,卫星中继链路和无人机机间高速数据链路将需要提供更高的数据传输能力,这可以在光通信新体制方面取得突破,并开展实用性研究。  
2.2数据抗干扰传输技术  
无人机测控与通信数据链抗干扰技术是指采用扩频抗干扰技术、自适应干扰抑制技术、信源与信道编码技术等保障无人机运行的畅通。为了提高系统的抗干扰性能、降低拦截概率和检测概率,结合无人机使用特点,应加强以下方面技术的研究。  
(1)抗干扰技术从单一技术的抗干扰,发展到多种技术相结合,从单一物理层抗干扰发展到包括网络层、应用层在内的多层面结合优化的抗干扰;从单一设备的抗干扰发展到系统级、网络级的综合抗干扰。  
(2)研究抗干扰智能调零天线。智能调零天线采用阵列信号处理和数字波束成形技术,在干扰源方向形成零点,调零深度可达20dB以上,从而实现空域抗干扰。  
(3)研究自适应干扰对校技术。在频域上宽带有用信号和窄带干扰信号特征截然不同,根据此特征可以检测出干扰信号,并使用自适应陷滤波技术将其消除。  
(4)研究基于认知的抗干扰技术。基于认知的抗干扰技术是结合频谱感知、频谱管理和链路传输参数重新配置的新技术。它利用频谱感知技术获得频谱空间的占用情况,通过频谱管理给出可选择的备用信道,并将链路建立在新的传输信道上,以规避干扰信号所在的频带,从而实现数据的可靠传输。  
2.3数据链加密技术  
数据链加密技术是指在空间、时间和频域中采用多重安全保密措施,保证数据链传输的正确性,系统运行的可靠性和安全性,应对复杂多变的环境。  
信息传输的可靠性是对通信系统的最重要的要求之一,数据链采取了多种技术手段,针对信道传输中的各种自然和人为干扰,采用了数据和信道加密技术,确保了信息的安全传输。  
目前,国外的军用无人机测控数据链普遍采用了有效的加密手段,尤其是美国无人机在推行使用通用数据链(CDL)和共用传输网络传输信息后,对基于信源和信道的加密更加重视。我军无人机测控视距链路、卫星通信链路也普遍采用了机要部门认证的专用加密措施。  
为了保护无人机系统的通信,提高测控链路的安全保密性,应在以下方面加强研究:  
(1)研究大密钥、高保密的加密设备。  
(2)研究大容量、高实时性的加密设备。  
(3)研究基于数字签名和身份认证安全保密机制。  
(4)除报文信息加密、语音加密和网管加密外,还需要研制同步抖动加密和基码加密,支持跳时/跳扩控制/入网控制/敌我识别等加密功能。  
2.4无人机网络数据链技术  
无人机网络数据链技术是将无人机与无人机、有人机以及其它武器平台之间的数据链进行无缝连接,实现信息共享的物理层技术,是实现未来无人机网络中心站的重要技术基石。  
无人机网络数据链技术可形成以无人机为核心的移动战斗群组网,实现信息共享程度更高,指挥调度更快,作用范围更广,系统抗毁能力更强,互操作性更好的信息化联合作战系统,确实提高无人机信息化作战能力和协同作战能力。  
为适应多机和机群的协同作战要求,应在网络化方面加强技术研究:  
(1)研究网络自组织和自愈重构技术;  
(2)研究分布式多址接入技术和高速大容量信息传输体制;  
(3)研究无人机组网的网络体系结构。  
(责任编辑:dnzg)
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