种无人机数据传输专项方案.docx

摘 要
无人机，在民用和军事领域全部含有广泛应用。新型武器试验等应用场所对无人机性能提出了更高要求。伴随微处理器、flash存放器、数传电台等器件和技术发展，研制新一代数字化无人机条件已经成熟。含有自主飞行能力小型无人机，可用于实施航拍、勘测、自主侦察等任务，含有广泛军事、民用和科学研究价值，这也使其成为世界各国科研机构研究热点。在整个无人机自主系统中，通信子系统是飞行控制系统关键组成部分，担负着无人机飞行状态信息和任务载荷数据传送任务，实现了地面站对小型无人机实时监控，所以针对无人机通信系统专题研究有其关键意义。
本论文基于对无人机测控系统和飞行控制系统中数据传输进行了研究和探讨，设计了全数字化无人机数据传输系统。并对无人机测控地面站、无线通信、飞行控制系统中数据传输各步骤，在硬件电路、软件程序、可靠性方法等方面进行了大量试验和定型，最终完成了全数字化无人机数据传输系统。该系统可完成遥控指令、参数信息上传，遥测信息实时显示、飞行统计存放和回放，满足了无人机测控需求。该系统和传统无人机测控系统相比，降低了设备复杂度、降低了整机重量；采取无线调参方法，除大大降低了飞行准备工作量之外，提升了单次飞行效率，降低了新机型试飞次数。收发一体无线通信方法，使无人机测控距离提升了50%。和传统无人机飞行控制系统相比，飞行稳定性大为增强，在飞行定高、定向、故障处理等指标上有了较大提升。
关键词：无人机、测控系统、飞行控制系统、数据传输

Abstract
The UAV(unmanned aviation vehicle) has been widely used on civil field and military purpose. With the experiment of new weaponry or other needs the capability of UAV has been required more and more highly. Along with the development of microprocessor flash memorizer and digital transmitter-receiver orother apparatuses it is feasible to manufacture UAV of new series.
This based on a UAV carrying through the researchand discuss of data transmission in measure and command system and flight controlsystem design a complete digital transfer system on UAV which based on the practical requirements of clients and combined with the microprocessor digital radio and other components. To accomplish this system we carry through a mass of experiments and former improvements on hardware circuit software program reliability which is involved in ground equipment to measure and command UAV wireless communications flight control system and all other parts of data transmission. With the achievements of telecontrol instructions parameter up load telecontrol information real-time display storage and release of flight enregister this system can fulfil the requirements to UAV on measure and command.
Compared with traditional UAV measure and command system the system reduced equipment complication and plane weight. With application of wireless adjust parameter in the system we can not only reduce the work on flight preparation but also improve flight efficiency and reduce trial times. Due to transmit and receiver signals on one radio the system increase UAV measure and command distance one and a half times. Compared with traditional UAV measure and command system it improved the capability of flight stability altitude and direction confirmation and fault management.

Key words: UAV(unmanned aviation vehicle) measure and command system flight control system data transmission.

目 录
1. 绪论 1
1.1 中国无人机发展现实状况 3
1.2 国外无人机发展 4
1.3 中国外相关技术发展现实状况 5
1.4 无人机通信系统研究及发展现实状况 5
1.5 研究背景 6
2. 无人机测控系统 7
2.1 无人机测控系统现实状况及其存在问题 7
2.1.1 发展思绪 7
2.1.2 关键技术 8
2.2 无人机测控系统存在问题 10
2.3 新型无人机测控系统性能指标 10
2.4 无人机测控系统结构 11
3. 无人机飞行控制和测控数据传输 13
3.1 无人直升机飞行控制特点及问题 13
3.2 双无线通道和单无线通道比较 13
3.3 无人机飞行无线通道 14
3.4 无人机飞行控制器 14
3.5 无人机飞行控制 16
3.5.1 遥控飞行 16
3.5.2 自控飞行 17
3.5.3 遥控和自控结合 18
4. 无人机任务载荷和数据链路 19
4.1 无人机任务载荷 19
4.1.1 侦察监视类载荷 19
4.1.2 通信类载荷 21
4.1.3 武器弹药类载荷 22
4.2 任务载荷应用和发展 24
4.2.1 无人机任务载荷应用情况 24
4.2.2 无人机任务载荷发展趋势 27
4.3 无人机数据链路 29
4.3.1 概述 29
4.3.2 数据链路结构和原理 30
4.3.3 对数据链路尤其要求 31
4.3.4 抗干扰能力分析 32
4.3.5 无人机数据链路发展趋势 33
5. 无人机数据链系统 35
5.1 无人机数据链系统概述 35
5.2 无人机数据链系统基础组成 35
5.2.1 无人机数据链基础组成 35
5.2.2 无人机数据链特征 36
5.2.3 无人机数据链系统 37
5.3 无人机数据链系统结构设计 38
5.3.1 系统设计框图 38
5.4 系统功效模块设计 40
5.4.1 系统功效模块划分 40
5.4.2 模块功效 40
5.5 空地数据链路步骤设计 41
结 论 43
致 谢 44
参考文件 45

1. 绪论
无人机，即无人驾驶飞机。是指在飞机上没有驾驶员，只是由程序控制自动飞行或由人在地面或母机上进行遥控飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控和遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，经过这些系统能够实现远距离飞行并得以控制。无人机和有些人驾驶飞机相比而言，重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，尤其宜于实施危险性大任务，所以被广泛应用。
自30年代国外首次采取无线电操纵模型飞机作为靶机以后，无人机发展十分快速。40年代，低空低速小型活塞式靶机投入实用。50年代出现了高亚音速和超音速高性能靶机。60年代以后，伴随微电子技术、导航和控制技术发展，部分国家研制了无人驾驶侦察机。无人机应用领域不停扩大：在军事上用于侦察、通信、反潜、电子对抗和对地攻击；在民用上用于大地测量、资源勘探、气象观察、森林防火和人工降雨；在科研上用于大气取样、新技术研究验证等。
中国无人机研究始于50年代后期，1959年已基础探索出安-2和伊尔-28两种飞机自动起降规律。60年代中后期投入无人机研制，形成了“长空”1靶机、无侦5高空摄影侦察机和D4小型遥控飞机等系列，并以高等学校为依靠建立了无人机设计研究机构，含有自行设计和小批生产能力。中国生产多种型别无人机，基础上满足了中国军需民用，而且逐步走向国际市场。无人机作为空中机器人，在军事上可用和侦查、监视等，在民用上可用于大地测量、摇感等，关键期望能取得高分辨率、能描述物体集合形态二位或三维图像，不过高分辨率图像数据量相当大，而且伴随地面分辨率提升，需要传输图像数据量呈几何级数增加，数据码数率也快速增加，所以，图像高速传输已经成为制约无人机应用关键问题。
自70年代以来，无人机在局部战争中使用日趋广泛。现在，无人机研制和发展在世界范围内展现高潮，究其原因是现代作战需求、技术发展和经济等诸原因促成。首先，结构简一单、成本低无人机比有些人驾驶贬机节省成倍费用，而且操纵简单，使用方便；再者，现代高新技术发展，如电子技术、信息技术和技术融合，使无人机性能和功效有了突破性提升，能完成有些人驾驶飞机部分无法实现飞行任务。现在军用无人机任务范围已由传统空中侦察、战场观察和战情评定等扩大到战场抑制、对地攻击、拦截巡航导弹，甚至空中格斗等领域。无人机不仅对有些人战斗机进行支援，而且在很多情况一F起到替换有些人驾驶飞机作用。面对高效能、高强度、高消耗现代战争，无人机越来越受欢迎。
二、无人机特点及技术要求
无人机没有飞行员，其飞行任务完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成无人机系统在地面指挥小组控制一下实现。据此，无人机含有以下特点:
（1）结构简单。没有常规驾驶舱，无人机结构尺寸比有些人驾驶飞机小得多。有一个无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻，体积变小，有利于提升飞行性能和降低研制难度。
（2）安全性强。无人机在操纵人员培训和实施任务时对人员含有高度安全性，保护有生力量和稀缺人力资源。能够用来实施危险性大任务。
（3）性能提升。无人机在设计时不用考虑飞行员原因。很多受到人生理和心理所限技术全部可在无人机上使用，从而突破了有些人在机危险，确保了飞行安全性。
（4）一机多用，稍作改善后发展为轻型近距离对地攻击机。
（5）采取成熟发动机和关键机载设备，以降低研制风险和经费投入，加紧研制进度。联合研制以减小投资风险、处理经费不足有利于扩大出口及扬长技术和设备优势。
（6）研制综合训练系统。提升飞行员训练效率和降低训练成本，必需在研制教练机同时，研制辅助地面飞行模拟系统和飞行动作训练器等设备，并有机地结合成飞机员训练综合训练系统。美、英、俄、意等国全部在实施这种综合训练系统，美国海军综合训练系统中包含300架教练机、咒台地面模拟器、49套计算机辅助训练装置和1个以计算机为基础训练中心，采取这套综合训练系统，使飞行员训练费用降低50%。美国空海军JPATS计划中，雷神飞机企业在MK一2教练机研制竞标同时就提出选择承包商研制地面训练配套系统，要求这套模拟系统确保和MK—2教练机能力相匹配，使训练费用降低50%一6o%。可见，对飞行员进行综合训练是未来军用飞机飞行训练必由之路。中国现在也在主动发展地面飞行训练模拟器，但其发展还远不能满足对飞行员训练要求。伴随航空科技发展，以后，地面飞行模拟器能够完成各类飞行驾驶技术、战术任务和心理素质训练。.驾驶飞机飞行速度、高度、航程和机动性等边界控制要求。如无人机过载达成159以上，巡航能够倒飞，从而机动性和隐身性得到提升。无人机在军事上有广泛用途，其中包含靶机、无人侦察机、无人电子战飞机、无人研究机等。为实现侦察、干扰、支援和攻击等功效，技术要求有:
（1）信息技术包含信息搜集和融合，信息评定和表示，防御性信息战、自动目标确定和识别等；
（2）设备组成包含低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型正确武器、可储存高性能发动机及电动作动器等；
（3）性能实现包含优异低可见性和维护性技术、任务管理和计划、组合模拟和训练环境等。
三、无人机系统根据功效划分，关键包含四部分:
（1）飞行器系统
包含空中和地面两大部分。空中部分包含：无人机、机载电子设备和辅助设备等，关键完成飞行任务。地面部分包含：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统和发射回收系统，关键完成对飞行器遥控、遥测和导航任务，空中和地面系统经过数据链路建立起紧密联络。
（2）数据链系统
包含：遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行，并将飞机状态参数及侦察信息数据传到控制站。
（3）任务设备系统
包含：为完成多种任务而需要在飞机上装载任务设备。
（4）后勤保障系统
如检测设备，维修设备，运输设备，后勤设备等。
1.1 中国无人机发展现实状况
在中国无人机技术发展很快现在已经拥有大、中、小、超小、高空高速无人机5类非靶机类固定翼无人机。无人机上也装载了多个电子、光学设备。装载电子对抗设备完成对抗任务电子战无人机在中国现在只有RKL165假目标无人机和RKT164通信对抗无人机。在研型号有RKZl67中程电子对抗无人机系统、JWS01反辐射无人机。小型无人机控制半径通常为50千米现在已经有BZK-002高原型侦察无人机、JWS01反辐射无人机、RKLl65假目标无人机、RKTl64通信对抗无人机等多个型号。中型无人机现在有T-18中程无人机、WZ-无人机。作战半径600千米实用升限5000米续航时间10小时任务载荷50千克。任务载荷能够是航空相机、电视摄像机、红外行扫仪、电子侦察设备、电子干扰设备等。大型无人机现在有一个在研型号为BZK-005中高空远程无人侦察机。该机巡航高度为7000米作战半径1500千米续航时间为30小时能够装载多个任务设备。高空高速无人机现在在中国有多家单位正在研制包含WZ-3000等飞机。这类飞机飞行高度可达1米以上飞行速度在600～800㎞／h能够装载电子侦察设备、干扰设备、SAR等任务设备。
1.2 国外无人机发展
海湾战争后大家普遍认识到现代和未来战场电磁环境日趋复杂电子战作用和威力日显突出从而使得军事部门开始重视无人机在战争中应用潜力。
在美国经典电子干扰型无人机是在海湾战争中使用“勇敢者”-200/300干扰无人机、“苍鹰”无人机和和德国合作研制“杜肯”无人机等。“勇敢者”无人机是一个简单、可靠、灵活、廉价一次性使用小型无人机计划在“勇敢者”-200无人机上安装AN/ALQ-176雷达干扰机。“苍鹰”无人机上装备了雷达支援／雷达干扰一体化系统它是一个宽波段可重编程雷达对抗系统能够自主截获和分析雷达辐射信号并依据威胁程度排出优先次序从而对威胁做出快速反应。美国在海湾战争中使用“先锋”型无人机装备雷达侦察和阻塞式干扰机用于和EF-11lA电子干扰飞机配合遂行对敌防空压制任务。在欧洲英国GEC-马可尼企业正在为立即装备“不死鸟”无人机研制“王者”系列电子战载荷其中包含两套电子情报载荷、一套雷达干扰载荷等现代电子设备。法国在无人机上成功地试验了一个通信干扰机：该干扰机为阻塞式重13.6千克频率覆盖范围为20～110兆赫。在此基础上又研制和生产了一个“多任务无人机用有效载荷系统”该系统包含一套全向阻塞式干扰机（含有电子支援方法/测向和无线电通信中继功效）、一部型化雷达干扰机、一部合成孔径／动目标指示雷达和一台红外成像设备它可有效地实施电子战和侦察任务。另外法国陆军正在试验一个供无人机使用名曰“袋貂”情报载荷是一个无源系统用以探测敌方雷达发射源发送供显示和分析用雷达跟踪信息统计供飞行后分析用数据它采取相干干涉仪天线和接收机工作波段为E～J波段并有C和K波段选择能力视场180°瞬时覆盖范围90°测频精度2兆赫方位精度为1°。另外还和无人机制造商CAC系统企业一起研制和生产了专门用于电子战FOX-TX无人机。该无人机重120千克含有预先编程5小时巡查能力飞行高度100～3500米飞行速度144公里/小时；其有效载荷重25千克专用于电子情报搜集和实施雷达干扰任务。FOX-TX无人机现已在法军服役。以色列很早就开展了供无人机用电子战载荷研究工作而且有还经过实战考验。1982年叙以贝卡谷地战斗中以色列就使用于“猛犬”和“侦察兵”无人机充当电子诱饵和搜集图像情报和信号情报取得了出色战果。
现在以色列正在研制有AES-210电子战支援系统。该系统供无人机或直升机用。它能在极稠密电磁环境下完成电子支援和雷达告警任务。作为一个可编程序系统它是按模块化和柔性体系结构设计。整个系统重45千克工作频率0.5～18吉赫覆盖范围360°系统功率500瓦。另外还研制了供无人机和直升机用SPS-65综合机载自卫系统。该系统重13千克包含频率覆盖范围高达18吉赫SPS-20雷达告警接收机和用于探测连续波和低有较辐射功率SRS-25超外差式接收机和LWS-20激光告警接收机。
1.3 中国外相关技术发展现实状况
在中国无人机技术发展很快现在已经拥有大、中、小、超小、高空高速无人机5类非靶机类固定翼无人机。无人机上也装载了多个电子、光学设备。装载电子对抗设备完成对抗任务电子战无人机在中国现在只有RKL165假目标无人机和RKT164通信对抗无人机。在研型号有RKZl67中程电子对抗无人机系统、JWS01反辐射无人机。小型无人机控制半径通常为50千米现在已经有BZK-002高原型侦察无人机、JWS01反辐射无人机、RKLl65假目标无人机、RKTl64通信对抗无人机等多个型号。中型无人机现在有T-18中程无人机、WZ-无人机。作战半径600千米实用升限5000米续航时间10小时任务载荷50千克。任务载荷能够是航空相机、电视摄像机、红外行扫仪、电子侦察设备、电子干扰设备等。大型无人机现在有一个在研型号为BZK-005中高空远程无人侦察机。该机巡航高度7000米作战半径1500千米续航时间为30小时能够装载多个任务设备。高空高速无人机现在在中国有多家单位正在研制包含WZ-3000等飞机。这类飞机飞行高度可达1米以上飞行速度在600～800㎞／h能够装载电子侦察设备、干扰设备、SAR等任务设备。
1.4 无人机通信系统研究及发展现实状况
目前对于无人机通信系统研究及应用集中在三个领域军用无人机战术数据链、民航数据链、民用小型无人机数据链下面简明给出目前三种数据链研究现实状况。
战术数据链
战术数据链关键应用于各国军用系统上其中包含载人战斗机、无人机、舰艇、坦克、单兵等多种组成要素实现其各个节点通信管理。自20世纪50年代开始北约等国开始研制并使用战术数据链前后发展了NATOLink1、Link4A/4C、Link11、Link11B、监视控制数据链（SCDL）Link14、战术通用数据链（TCDL）Link16、Link22等。
其中使用较广是Link4A、Link11、Link16和Link22。Link11基于网络通信技术和标准信息格式为空中、陆基、水下和船载战术数据系统间实施数字信息交换。Link11为低速数据链以60年代技术为基础。在主站管理经过主从方法进行轮询、应答实现组网通信。它工作方法为半双工工作在UF、UHF频段数据速率分别为1364bps（HF）或2250bps（UHF）。Link11数据链被在北约部队中关键被用作海上数据链。Link16数据链基于TDMA协议、联合战术信息分发系统波形（JTIDS）和J序列消息标准组成战术数据链工作频段在960-1215MHz之间。采取了跳频、直接序列扩频等抗干扰技术为美国陆、海、空各军种共同使用一个大容量、高保密、强抗干扰、时分多址战术信息分发系统含有相对导航、识别、任务管理、空中控制、监视、武器协同、保密话音和电子战等强大功效能够将各军种参战单位终端设备连成一个统一通信网络以实现战场态势共享统一指挥和协同作战。
机间数据链（IFDL）是美军为其第四代战斗机开发作战飞机编队协同作战数据链。IFDL采取是Q频段透镜多波束天线利用窄带波束使高速飞行作战飞机实现实时数据交换可经过IFDL交换包含瞄准信息、燃料状态和武器存量等。
战术瞄准网络技术（TTNT）是一个高速、保密、基于IP武器协同数据链关键用于实现目标探测、主动识别、瞄准、打击和毁伤评定过程中多种作战信息立即共享。因为应用环境特殊性，TTNT含有很多现有数据链所不含有特征。单条链路最高速率可达2Mbps远远高于现有战术数据链传输速率；最低延时低于2ms网络结构支持实时重构和灵活配置。美国公布无人机路线图中确定未来战术数据链发展将围绕IP进行发展以适应低面平台通用性需要。
世界各个研究机构对于战术数据链研究也很多。美国弗吉尼亚工业大学（VirginiaPolytechnicInstituteandStateUniversity）Banks等人开展了用无人机平台进行当地多点数据服务（LMDS)中继研究。期望能经过无人机机载LMDS设备在两个城市间建立高速数据通道。美军通信和电子司令部（CECOM）和JPL试验室主动合作开展了大量无人机通信载荷高级试验计划经过C-12有些人运输机进行了相关无人机平台仿真试验。英国York大学TimTozer等人和军方合作将GSM基站经过技术改造后由无人机搭载建立一个空中“微基站”进行战区个人通信服务试验验证了基于无人机通信平台潜在优势。
1.5 研究背景
小型无人机在军事领域应用关键有二类：一类是用于侦察、干扰任务无人机，另一类就是用于防空部队训练和演练无人靶机。多年来中国国防工业得到了迅猛发展大量新式装备列装投入使用部队训练、演练在强度和技术水平上大大加强军工科研部门新式武器研制试验工作也取得了较大进展。其中在部队训练、大型演练、高炮和导弹试验中全部对高性能无人机提出了要求。

2. 无人机测控系统
无人机测控系统由机载和地面两部分组成。机载包含飞行控制器、无人机驱动系统、GPS接收机和电子罗盘定位系统、遥控和遥测发射系统等组成。地面部分称为地面站。地面站设备包含测控主站、副站、手操纵器、测控数传电台及天线、三角架等。伴随多种新型无人机不停出现和在军事上广泛应用作为无人机电子信息技术关键测控和信息传输（TT&C）系统被不停给予更新更高要求。为适应未来复杂战场环境并满足无人机系统不一样作战使用要求需要对无人机测控系统发展思绪进行统筹计划协调无人机测控系统技术可连续发展。中国无人机测控系统经历了二十多年发展基础实现了近、中、远程无人机测控要求并取得了基础型多目标测控通信、超视距测控中继及初步编队飞行演示能力技术状态达成了20世纪90年代末国外优异水平。本章结合中国外无人机测控系统发展现实状况概述了目前无人机测控系统在新形势下军事需求分析了无人机测控数据链和指挥控制站发展现实状况及趋势提出了中国无人机测控系统发展模式构想及未来发展思绪并归纳了相关关键技术。
2.1 无人机测控系统现实状况及其存在问题
2.1.1 发展思绪
现在伴随无人机系统在不一样领域大量使用和无人机使用环境日趋复杂无人机单机遂行侦察和作战任务局面正在改变无人机集群、编队及组网应用开始显现出其生命力组织多架无人机甚至是多架不一样类型有些人机、无人机携带多个传感器协同实施任务将成为未来战场上一个关键作战方法。在多无人机编队组网、无人机和有些人机混合协同组网攻击等高级形式应用中无人机系统能够把多种传感器、武器系统、指挥控制系统经过网络化有机地联络在一起以实现信息共享从而从整体上产生高效协调大大提升作战效能从而形成一个集陆、海、空、天、电资源于一体作战大系统。测控和信息传输系统是整个组网作战无人机大系统中关键步骤伴随各国无人作战战略指导思想不停发展测控系统正由传统地空视距测控向综合了天基测控、自组网络、宽带数据链等综合技术于一体天地一体化综合测控方向发展。在天地一体化综合测控系统发展模式设想图中包含了基于地基测控视距多目标测控数据链、地空宽带数据链；基于天基测控卫星中继数据链；自组网机间宽带高速数据链；独立子网通信数据链等多条测控和数据传输链路。依据这些数据链又可分别组成无人机测控数据网、无人机侦察数据网、宽带卫星中继通信网、宽带空空通信网、宽带地空通信网和应急通信网等。测控数据网通常由窄带链路组成用于编队内部组员和编队组网之间连接关键确保含有高抗干扰能力和高可靠性。对于宽带数据链路应考虑更高工作频段或考虑采取激光数据链。现在中国无人机测控系统视距链路传输速率已达成了25.6Mbit/s卫星通信链路达成了2Mbit/s卫星中继链路达成了51.2Mbit/s地空宽带数据链达成了137Mbit/s。对无人机测控系统发展计划我们认为到需要研制开发传输速率更高(不低于50Mbit/s)视距通用测控和信息传输系统。卫星链路采取通信卫星或中继卫星采取通信卫星转发时传输速率可达8Mbit/s；采取中继卫星中继时传输速率可达100Mbit/s。对于无人机测控数据链和指挥控制站需要组织制订对应标准以确定其系统体系、对外接口和人机交互接口并以实现兼容和互操作为目标。和相比到视距链路可扩展到X/Ku频段传输速率可提升到300Mbit/s卫星路传输速率也可提升到300Mbit/s。需要开展通用化建设、互联互操作技术研究及激光和网络传输技术研究。指挥控制站可结合国外优异技术实现由通用指挥控制站(GCS)向战术控制系统(TCS)发展以适应未来发展型无人机测控和信息传输需要。到针对未来无人作战飞机、无人机编队、机群作战和混合协同作战需求研究开发能够支持无人机机群高度协同作战、支持无人机机间大容量数据交换、支持共享无人机机群信息测控和信息传输网。指挥控制系统发展为面向任务控制通用指挥控制系统（UCS）即能够依据操作员任务要求(如区域监视、目标攻击)自动形成对各个任务飞机任务序列并协同各飞机自动完成整个任务满足无人作战飞机对无人机测控需要并开展互联互操作等关键技术演示验证。到2030年地-空测控链路数据传输速率将可发展到500Mbit/s(视距)卫星中继链路数据传输速率将适应中继卫星系统发展(超视距)；并完善和发展Ku、Ka等更高频段无人机视距测控系统、取得无人机组网应用能力；发展一对多、多对一测控系统；开启组网应用无人机机间高速激光数据链路；开展通用化、系列化、标准化、自组网及多机协同技术研究。
2.1.2 关键技术
为了不停提升无人机系统技术水平不仅要合理计划无人机测控系统技术发展路线同时还应开展相关关键技术研究关键包含下面七个方面。
（1）多任务兼容和测控系统通用化及互操作技术
无人机通用化和互操作必需表现在两个层次上首先是在物理层上也就是数据链路通用性包含频段、信号格式、数据格式等测控通信体制统一这是一切互连互通基础；其次是在应用层上也就是地面和指挥控制站通用性包含操作控制方法、控制指令、数据处理方法、数据产品对外分发标准一致性等。提议开展通用指挥控制技术和数据传输链路协议研究制订统一技术规范或标准提升系统通用化、系列化、标准化、模块化水平。
（2）一站多机指挥控制技术
美国雷声企业研制无人机通用控制系统(UCS)据称是世界上第一个可同时操纵8架空中、陆地或海上无人机地基驾驶舱其最大创新点是采取了游戏业愈加好、更直观操作体验技术。该系统能够将操作失误降低1/3并能降低军事训练和操作成本。美国洛克希德#马丁企业利用因特网协议(IPv6)开展无人机指挥控制验证项目验证内容包含怎样在多个授权用户之间分配指挥控制权怎样利用单一射频频谱和因特网协议地址操作多架无人机。可使用较小地面控制站同时控制同一战区几百架无人机并将极大地降低无人机系统频谱压力。英国奎奈蒂克企业在成功进行了一个新型无人机控制和管理系统验证试验初步验证了用有些人机控制无人机群技术。
（3）一站多机高速数据传输技术
对侦察型和侦察打击一体无人作战机集群、编队和网络中心战中关键节点全部存在多机同时需要进行高速数据传输情况。合成孔径雷达(SAR)、高清楚度光电传感器数据率高达每秒数十兆比特到数百兆比特。高比特率传输要求更高载波(如X、Ku频段)、更宽带宽信道、更低灵敏度和更高发射功率、性能愈加好调制解调器。设计时需在体积、重量、功耗、发射功率、灵敏度、调制解调器性能之间折衷考虑。通常情况下还需考虑采取高效数据压缩技术以降低对信道带宽、发射功率等方面要求。
（4）新体制抗干扰、抗截获技术
测控系统是无人机系统生命线。在战争状态下无人机测控需要在复杂电磁环境下生存需要含有较强抗干扰能力以保障生命线通畅。为提升无人机系统生存能力隐蔽本身战术意图克服无人机巡查时隐蔽空中航路难缺点测控系统电磁辐射应采取低频谱密度电磁辐射技术。现在测控系统上、下行信号进行了直接序列扩频传输部分系统采取了扩跳频混合体制而混沌扩频测控新体制在信息隐蔽、信号隐蔽、抗干扰能力方面全部含有其独特表现。在飞行器测控领域混沌扩频新体制抗干扰、抗截获数据传输技术应用将能够在无人机测控方面首先取得突破。
（5）激光通信数据链技术
激光通信数据链能够提供比现有微波通信链路容量大多数据传输速率国外相关技术每秒可传输上百万兆比特数据。到2030年前无人机测控系统需要达成500Mbit/s(视距)或以上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数据传输能力这能够在光通信新体制方面取得突破并开展实用性研究。
（6）自组网测控通信技术
无人机自组织网络能够形成不一样拓扑结构每个拓扑结构将和特定任务、平台设置和通信传输需求相匹配。为使无人机自组织网络能够满足作战应用性能指标同时使所需基础设施或频率资源等利用程度最小需要处理无人机自组织网络网络拓扑结构结构控制、路由协议、网络管理、无人机自组织网络和航空通信网、陆军战术网、海军战术网和民航空管网之间互连互通及互操作技术。
（7）机载共形相控阵天线技术
在无人机编队、协同、组网系统中天线种类和数量较多部分天线还需要含有高增益及全方位、大俯仰角度空域覆盖能力对宽波束扫描和波束捷变能力含有较高要求。为满足这些要求并降低传统天线对飞行器造成气动阻力机载天线和机体更高程度共形将是发展方向未来可实现天线和飞行器蒙皮一体化且天线功效从单一孔径(测控和信息传输)发展到测控和信息传输、探测、侦察、干扰等多孔径传感器综合。
2.2 无人机测控系统存在问题
采取百分比遥控和目视测量控制无人机飞行无人机只能在可视距离内飞行（通常2—3公里）仅能满足通常高炮基础动作训练应用范围有限。采取双通道无线遥控遥测虽能满足通常训练使用不过也存在以下问题：上行、下行分别采取无线电通信通道于是地面和机上就全部有了二套电台、天线、频率首先设备增加使系统复杂重量加大；其次在靶机上放置二根天线通常只能垂直尾翼上放一根在水平副翼上放一根这么这两个电线极化方向是不一样而地面站架设天线则是二根天线全是垂直放置结果总是出现一路通信距离差问题。
靶机飞行前需要调参。而现在采取方法是有线调参，即在靶机飞行场地面站距发射架有数十米距离每次靶机发射时必需搬动地面站至飞机处调参使用极为不便。靶机能够在空中按预设航线程控自动驾驶飞行。现在航线装定是有线装定。只能在靶机发射前有线装入航线。假如飞行时发觉有偏差只能伞降回收后重新装定再升空飞行。性能太差使用中不能满足打靶需求。
2.3 新型无人机测控系统性能指标
基于以上问题研制开发新一代无人机测控系统就成为一项紧迫任务。
基于某型号无人机项目本文研制开发了针对现在军队使用关键无人机测控系统。
关键功效和指标要求为：
1.遥控命令：完成无人机32个遥控指令上传指令周期小于等于1秒。
2.参数装定：对靶机8个参数（Kθ、Kr、Kφ、Kh、γ左、γ右、θ：升、θ：俯）采取无线方法实时给予调整和装定。响应时间小于100ms。
3.原点坐标装定：采取无线方法向靶机发出原点坐标值能够选择机上GPS目前值或人为设定值装订用时小于600ms。
4.航线装定：可在地面准备和空中飞行过程中采取无线方法实时向靶机逐点发出所选定航线包含程控航线各点序号、地理位置坐标值等。装订用时小于600ms×点数。
5.通信距离：地面大于8Km。空中100km(飞行高度800m时)。
6.空中传输速率：4800bps误帧率小于1%。
7.连续工作时间：地面站大于4小时飞控系统大于2小时。经过开发、试验、方案设计、桌面调试、联合试车、小批量飞行试验研制成功了新一代无人机测控系统。这种新型测控系统采取单频半双工MSK数传电台由一个无线通道实现了靶机测控一体。简化了设备降低了机载设备重量相同功率情况下提升了测控距离50%以上而且无人机参数调整、航线装定全部采取无线方法靶机在空中飞行中也能够进行航线装入和修改因为以上优点使测控系统使用大大简化而功效又得到较大提升经部队数次训练、演练使用取得好评。另外因为该测控系统设计中兼顾考虑了其它机型测控要求所以能够方便地改装为其它机型测控系统使其能够在军事、民用无人机领域有广泛应用。
2.4 无人机测控系统结构
无人机测控系统是用于传输地面操作人员指令引导飞机按地面人员要求飞行遥测系统是传送飞机飞行状态参数、位置坐标等供地面人员掌握机上信息并统计在飞行统计中方便调用复查。遥控、遥测系统简称为测控系统、设备平台为一体化设计。测控系统由地10面测控系统和机上测控系统组成。地面测控系统由测控主站、副站、副操纵器、测控数传电台及天线等设备组成。其中主站包含主操纵器、地面综合管理控制器、工控机、显示器。副站关键为测控提供电源、为电池充电和盛装副操纵器和其它设备。机上测控系统根据遥控指令可完成无人机机动、程控飞行等动作同时有数据采集部分可经过测控电台传送飞机状态参数、位置坐标供地面人员实时监控飞机上相关信息并存贮全部传送信息方便随时调用复查它是无人机和地面操作人员之间联络纽带经过接收遥测信息地面操作人员能够得到无人机目前全部飞行参数信息从而正确地操纵无人机完成飞行任务。其结构组成框图图2-1。

图2-1 无人机测控结构

3. 无人机飞行控制和测控数据传输
无人机测控数据传输均采取无线通信方法将遥控信息由地面站发送至无人机称为无线遥控（上行通道）。无人机将飞行中多种状态信息发给地面站称为无线遥测（下行通道）。无线数据传输系统关键问题关键是单/双无线通道选择、电台选择、天线选择和安装姿态。
3.1 无人直升机飞行控制特点及问题
直升机是一个特殊飞行器作为被控对象和固定翼飞机相比是一个更为复杂动态系统。它在空间运动除了含有六个自由度外(三个转动角速度和三个平移线运动)还有旋翼和尾桨相对于机身旋转运动。直升机在空间飞行有其独特飞行状态:悬停、垂直升降、左右侧飞等。直升机飞行控制直接影响到信号传输质量高低和可靠性。
直升机没有产生升力机翼和专供操纵舵面它旋翼是关键支撑部件也是直升机有别于固定翼飞机基础特点。固定翼飞机在空中飞行时升力关键靠和机身固定在一起机翼产生