【摘要】近年來，無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域越來越空闊，機(jī)載通訊裝備作為無人機(jī)體系的中間組成部分，是無人機(jī)獵取數(shù)據(jù)或圖象的重要手段。本文重要以無人機(jī)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，引見各種通訊技術(shù)的測(cè)試處置懲罰設(shè)想。

【癥結(jié)詞】無人機(jī)，UAV，WLAN，OFDM，C-OFDM，DFS

1. 無人機(jī)概述

無人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱無人機(jī)UAV（Unmanned Aerial Vehicle），是應(yīng)用無線電遙控裝備和自備的遞次掌握裝配安排的不載人飛機(jī)。機(jī)上無駕駛艙，但裝配有自動(dòng)駕駛儀、遞次掌握裝配等裝備。地面、艦艇上或母機(jī)遙控站人員經(jīng)過歷程雷達(dá)、數(shù)傳電臺(tái)等裝備，對(duì)其舉辦跟蹤、定位、遙控、遙測(cè)和數(shù)字傳輸。

無人機(jī)誕生于20世紀(jì)20年代，50年代后有了較大的發(fā)展，在軍事和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。新近無人機(jī)是作為試驗(yàn)靶機(jī)應(yīng)用的，在軍事上，可作為空中偵察平臺(tái)和武器平臺(tái)，經(jīng)過歷程照應(yīng)不合的裝備，執(zhí)行偵察看守、對(duì)地進(jìn)擊、電子干擾、通訊中繼、目的定位等責(zé)任；在民用領(lǐng)域，可應(yīng)用于場(chǎng)區(qū)監(jiān)控、天氣探測(cè)、公路巡視、勘探測(cè)繪、水災(zāi)看守、森林失火防救等。由此能夠或許看出，無人機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域都具有空闊的應(yīng)用前景。

無人機(jī)具有體積小、造價(jià)低、應(yīng)用隨意馬虎等特性，古代信息技術(shù)的發(fā)展使無人機(jī)的性能和服從有了突破性的提高。但是，隨著各種電子裝備的應(yīng)用，必將會(huì)增加通訊的干擾，為了提高無人機(jī)通訊的牢固性和安然性，對(duì)通訊體系的想象和測(cè)試提出了嚴(yán)肅的應(yīng)戰(zhàn)。

2. 無人機(jī)體系組成及事變頻段

2.1 無人機(jī)體系組成

一個(gè)模范的無人機(jī)體系，重要由游覽飛行器、地面掌握站、有效載荷及通訊鏈路四大部分組成。其中，游覽飛行器是執(zhí)行責(zé)任的載體，它照應(yīng)遙控遙測(cè)裝備和責(zé)任裝備，到達(dá)目的區(qū)域完成要求的責(zé)任；地面掌握站完成人機(jī)交互，經(jīng)過歷程上行信道，完成對(duì)無人機(jī)的遙控；經(jīng)過歷程下行信道，完成對(duì)無人機(jī)狀態(tài)參數(shù)的遙測(cè)，同時(shí)回傳圖象和數(shù)據(jù)，并顯如今掌握臺(tái)屏幕上，也可經(jīng)過歷程平臺(tái)外接口將視頻旗子暗記傳至其余展現(xiàn)、存儲(chǔ)裝備上。

2.2 無人機(jī)事變頻段

無人機(jī)與有人駕駛飛機(jī)游覽飛行在一致片非拒卻空域中，要感知互相的存在，為了完成安然游覽飛行，需要給無人機(jī)和掌握臺(tái)之間的通訊鏈路離別頻次，天下各國(guó)在無人機(jī)業(yè)務(wù)頻次應(yīng)用方面做了多量鉆研。2015年4月，工信部為了一致頻次應(yīng)用、減少無線電干擾，根據(jù)《中華人民共和國(guó)無線電頻次離別規(guī)定》及我國(guó)頻譜應(yīng)用狀況，規(guī)定840.5～845MHz用于無人機(jī)體系的上行遙控鏈路、1430～1444MHz用于無人機(jī)體系的下行遙測(cè)與信息傳輸鏈路、2408～2440MHz頻段用于無人機(jī)體系的下行鏈路，同時(shí)，一定相關(guān)信道設(shè)置裝備鋪排、裝備發(fā)射功率等技術(shù)目的。針對(duì)高清圖象傳輸，也有許多無人機(jī)廠商回收市場(chǎng)上存在的許多免許可證頻段，如：5.8GHz、5.1GHz等，這些頻段應(yīng)用率相對(duì)較少，可遴選的頻帶較寬。但是，該頻段無人機(jī)不得對(duì)其余合理無線電業(yè)務(wù)構(gòu)成影響。

3. 無人機(jī)通訊的癥結(jié)技術(shù)

無人機(jī)與地面計(jì)算機(jī)、遙控裝備與地面計(jì)算機(jī)存在著多量的數(shù)據(jù)交換，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過歷程一定的體式款式和規(guī)定禮貌舉辦傳輸，將無人機(jī)體系連接成為一個(gè)整體。無人機(jī)與地面掌握站數(shù)據(jù)通訊的目的是轉(zhuǎn)達(dá)地面遙控指令及掌握參數(shù)，獵取游覽飛行狀態(tài)信息和傳感器信息，在無人機(jī)體系中扮演非常重要的作用，是無人機(jī)對(duì)外聯(lián)系的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，維系著空中的無人機(jī)與地面站之間的信息交換，因此，供給有效牢固的通訊技術(shù)，是無人機(jī)體系的中間所在。

無人機(jī)的事變，一樣尋常都是經(jīng)過歷程地面遙控裝備舉辦掌握，也有經(jīng)過歷程手機(jī)App體式款式掌握，其中，手機(jī)App掌握的情勢(shì)，沒法零丁發(fā)送遙控指令，必須協(xié)同數(shù)傳、圖傳的體式款式發(fā)送，遙控裝備則可零丁發(fā)送遙控指令，其事變體式款式如圖1所示。

圖1無人機(jī)通訊體式款式

因無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的重要性，許多鉆研單位都遴選一些體積小、質(zhì)量輕、技術(shù)成熟的通訊模塊作為無人機(jī)的數(shù)據(jù)鏈，從而擔(dān)保數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦喂绦浴８魍ㄓ嶆溌坊厥盏募夹g(shù)、應(yīng)用和稀有技術(shù)如表1所示。

表1 無人機(jī)通訊技術(shù)一覽

4. 無人機(jī)通訊鏈路測(cè)試

豈論是地面遙控裝備掌握的無人機(jī)通訊還是手機(jī)App體式款式掌握無人機(jī)通訊，都搜羅了無人機(jī)掌握指令、數(shù)據(jù)傳輸和圖象傳輸及無人機(jī)定位四大通訊服從。其測(cè)試如圖2所示。

圖2 無人機(jī)通訊鏈路測(cè)試框圖

4.1 RC遙控體系測(cè)試

4.1.1 無人機(jī)ASK/FSK/GFSK調(diào)制測(cè)試

遙控裝備通常是雙向傳輸，需要測(cè)試吸取機(jī)和發(fā)射機(jī)。

發(fā)射機(jī)測(cè)試回收R&S公司的FSW/FSV頻譜儀能夠或許非常隨意馬虎地完成遙控旗子暗記ASK/FSK/GFSK旗子暗記的測(cè)試，搜羅射頻頻譜測(cè)試，如鄰道泄漏比ACLR、頻譜發(fā)射模板SEM、雜散發(fā)射等，調(diào)制旗子暗記質(zhì)量測(cè)試如EVM等目的等，以此評(píng)價(jià)RC遙控體系的旗子暗記特性及質(zhì)量。

吸取機(jī)測(cè)試回收旗子暗記源發(fā)作用于無人機(jī)吸取的遙控指令，評(píng)價(jià)無人機(jī)的靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍等。R&S公司的SMW200A/SMBV100A旗子暗記源可在標(biāo)配狀況下發(fā)作ASK/FSK/GFSK等旗子暗記，輸出幅度低至-145dBm，測(cè)試內(nèi)容搜羅靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、吸取機(jī)及誤碼率測(cè)試等。

4.1.2 無人機(jī)跳頻測(cè)試

無人機(jī)地空通訊鏈路所處的頻段對(duì)比擁堵，為了確保在拙劣狀況下不失控，通訊技術(shù)的牢固性相當(dāng)重要。抗干擾是衡量一款遙控器好壞的第一目的，而基于跳頻體系格式的數(shù)據(jù)鏈通訊即是一種用于無人機(jī)抗干擾的設(shè)想，比制定頻通訊體式款式，具有抗干擾性能好，抗式微、多徑效應(yīng)能力強(qiáng)。R&S的FSW具有專程的瞬態(tài)理會(huì)軟件完成干擾旗子暗記的定位和理會(huì)。

圖3 無人機(jī)的跳頻通訊測(cè)試 

4.2 無人機(jī)數(shù)傳和圖傳測(cè)試

無人機(jī)作為空中機(jī)器人，豈論在軍事上還是在民用上，大多都希望獲得高清圖象和數(shù)據(jù)，因此，在相對(duì)較小帶寬的條件下，完成高清傳輸，就需要回收更高頻譜應(yīng)用率的通訊技術(shù)。稀有的通訊體式款式是基于自定義OFDM/C-OFDM體式款式或WiFi等體式款式的通訊技術(shù)。有些場(chǎng)合為了下落干擾，還需要引入跳頻通訊技術(shù)。

4.2.1 自定義OFDM/C-OFDM旗子暗記發(fā)作與理會(huì)

基于OFDM的通訊技術(shù)，其頻譜效能高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸，具有“非視距”、“繞射”傳輸特性和優(yōu)勝穿透能力，能夠或許滿足無人機(jī)無線通訊責(zé)任等特性，越來越多的無人機(jī)裝備都傾向于回收自定義的OFDM體式款式。為了處置懲罰視頻等大容量旗子暗記的傳輸問題，還會(huì)回收一定的諸MPEG2/MPEG4、H.264/H.265等視頻編解碼，使得能夠或許應(yīng)用較小帶寬OFDM技術(shù)，完成大容量視頻傳輸。

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關(guān)于發(fā)射機(jī)測(cè)試，R&S公司的FS-K96PC/K196PC連絡(luò)FSW/FSV等平臺(tái)的頻譜儀，能夠或許非常隨意馬虎地完成自定義OFDM/C-OFMD通訊旗子暗記測(cè)試，同時(shí)，該軟件可經(jīng)過歷程星座圖改變等服從，完成頻次同步、相位同步及定時(shí)同步等問題的查找。

圖4 自定義OFDM/C-OFDM通訊體式款式的無人機(jī)發(fā)射測(cè)試

關(guān)于吸取機(jī)測(cè)試，R&S公司的FS-K96PC/K196PC軟件能夠或許用于發(fā)作自定義OFDM/C-OFDM旗子暗記，用戶能夠或許借用WLAN、DVB-T等旗子暗記的理會(huì)，然后經(jīng)過歷程軟件自帶的”Configuration File Wizard”服從，隨意馬虎無邪地發(fā)作適宜自身裝備傳輸?shù)淖远xOFDM/C-OFDM旗子暗記組織。同時(shí)，也供給自定義OFMD/C-OFDM的Matlab遞次，用戶只需根據(jù)遞次舉辦適當(dāng)?shù)男薷模鏔FT點(diǎn)數(shù)、CP長(zhǎng)度、采樣率及Pilot、Data等數(shù)據(jù)的職位漫衍，就能夠或許發(fā)作需要的OFDM旗子暗記。

圖5 自定義OFDM/C-OFDM通訊體式款式的無人機(jī)吸取測(cè)試

4.2.2 WiFi信令測(cè)試

WiFi技術(shù)已很成熟，有相等一部分無人機(jī)裝備直接回收基于WiFi通訊的體式款式，提高裝備的研發(fā)效能、下落無人機(jī)的研發(fā)資本。

信令測(cè)試是無線網(wǎng)絡(luò)珍愛和優(yōu)化最基礎(chǔ)最重要的手段，能夠或許對(duì)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)轉(zhuǎn)的協(xié)議舉辦全面的測(cè)試，為一樣尋常珍愛供給強(qiáng)有力的測(cè)試手段，發(fā)現(xiàn)和處置懲罰網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，掌握網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)漫衍和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。R&S CMW500無線通訊綜測(cè)儀支持WLAN范例的服從測(cè)試，能模擬WLAN旗子暗記的損傷，如I/Q偏移、信道式微模型Fading及高斯白噪聲AWGN等服從，使得WLAN的測(cè)試變得更加無邪。其余，CMW500如今全面支持802.11a/b/g/n/ac范例測(cè)試，使得CMW500在WLAN產(chǎn)品的測(cè)試上得以一連，是WLAN測(cè)試方面性價(jià)比最好的測(cè)試儀表。

圖6 WiFi信令測(cè)試

4.2.3 5G頻段的DFS測(cè)試

2.4G頻段的WiFi干擾較多，因此許多無人機(jī)遴選相對(duì)貞潔的5G WiFi頻段。但是5.25～5.35GHz和5.47～5.725GHz是全球雷達(dá)體系的事變頻段，為了阻止對(duì)雷達(dá)體系構(gòu)成干擾，各國(guó)對(duì)這些裝備的要求除功率、頻譜等慣例項(xiàng)目以外，還迥殊增加了對(duì)動(dòng)態(tài)頻次遴選DFS（Dynamic Frequency Selection）特性的要求。DFS是為了使無線產(chǎn)品主動(dòng)探測(cè)軍方應(yīng)用的頻次，并主動(dòng)遴選別的一頻次，以避開軍方頻次。經(jīng)過歷程這類體式款式，也可阻止其余頻段WLAN，最高效地利頻譜。R&S公司供給全面的WiFi DFS測(cè)試處置懲罰設(shè)想，如圖7所示。

圖7 基于WiFi的DFS測(cè)試處置懲罰設(shè)想

體系中的旗子暗記源SMW200A/SMBV100A設(shè)置裝備鋪排K350選件，用于DFS測(cè)試的雷達(dá)旗子暗記發(fā)作，頻譜儀：FSW/FSV的分辨率帶寬能夠或許大于3MHz，用于監(jiān)測(cè)被測(cè)件對(duì)雷達(dá)旗子暗記的響應(yīng)。DFS TOOL軟件用于掌握頻譜儀監(jiān)測(cè)被測(cè)件在雷達(dá)旗子暗記作用下的響應(yīng)時(shí)刻等目的。

4.3 導(dǎo)航定位測(cè)試

無人機(jī)在許多專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，需要依托人來指示遙控，以致許多服從沒法完成，給無人機(jī)裝配衛(wèi)星導(dǎo)航定位服從后，無人機(jī)就能夠遵照設(shè)定的線路游覽飛行，如何模擬無人機(jī)的游覽飛行線路，是無人機(jī)定位測(cè)試的癥結(jié)所在。R&S公司的SMBV100A能夠或許模擬各種衛(wèi)星導(dǎo)航服從，搜羅GPS、斗極、Glonass、Galileo等，支持起碼24顆衛(wèi)星，用戶能夠或許任意指定門路，用于移動(dòng)場(chǎng)景的衛(wèi)星導(dǎo)航定位測(cè)試。

圖8 無人機(jī)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位測(cè)試

5. 小 結(jié)

無人機(jī)走進(jìn)了公眾的視野，而未來的發(fā)展傾向也成了許多人體恤的問題。連絡(luò)無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用潛力，未來無人機(jī)將會(huì)朝著高效化、定制化和智能化傾向發(fā)展。能夠或許預(yù)見，未來的無人機(jī)市場(chǎng)將會(huì)非常迅速，豈論如何發(fā)展，無人機(jī)的通訊技術(shù)將會(huì)一直成為其發(fā)展的中間所在，而無人機(jī)的通訊測(cè)試也必將變得越來越重要，R&S公司能夠或許供給完整的、成熟的測(cè)試處置懲罰設(shè)想。

6. 參考文獻(xiàn)

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[ 2 ] Spectrum Analyzer R&S FSW/FSV Specifications

[ 3 ] 張冬辰，無人機(jī)測(cè)控體系綜述，無線電通訊技術(shù)，1997年第23卷第5期

[ 4 ] 王明遠(yuǎn)，空間遙感數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)航天，2003,6：20-22.

[ 5 ] WLAN test According to standard 802.11a/b/g/n/ac 

[ 6 ] 馬大瑋，楊士中.基于衛(wèi)星中繼的無人機(jī)圖象傳輸體系，電訊技術(shù)，2003,3：6-9.

[ 7 ] 王永壽，無人機(jī)的通訊技術(shù)，飛航導(dǎo)彈.2005,2：20-27

注:該文章登載于《中國(guó)電子報(bào)》2017年9月特刊