無人機的無線通信鏈路系統(tǒng)說明

      無人機是無人駕駛飛行器的簡稱， 是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。從技術角度定義可以分為：無人固定翼飛機、無人垂直起降飛機 、無人飛艇、無人直升機、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機等。無人機應用場景非常多，我們常見民用航拍、巡線、植保，軍用的偵查，中繼、打擊，警用巡邏，監(jiān)視等。隨著民用無人機技術的迅猛發(fā)展，越來越多的公司投入到無人機的項目開發(fā)中。

　　無人機系統(tǒng)主要分為三大部分：地面站、飛控以及無線通信鏈路，下面我們一起了解一下無人機無線通信鏈路系統(tǒng)。

　　鏈路系統(tǒng)是無人機系統(tǒng)的重要組成部分，其主要任務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距離遙控、遙測和任務信息傳輸。遙控實現(xiàn)對無人機和任務設備進行遠距離操作，遙測實現(xiàn)無人機狀態(tài)的監(jiān)測。

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

　　1、我國對無人機使用頻段規(guī)定

　　無人機通信鏈路需要使用無線電資源，目前世界上無人機的頻譜使用的主要集中在UHF、L和C波段，其他頻段也有零散分布。目前我國工信部無線電管理局初步制定了《無人機系統(tǒng)頻率使用事宜》，規(guī)劃840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz頻段用于無人駕駛航空器系統(tǒng)。其中規(guī)定：1.840.5~845Mhz頻段可用于無人機系統(tǒng)的上行遙控鏈路，其中，841~845Mhz也可采用時分方式用于無人機系統(tǒng)的上行遙控和下行遙測信息傳輸鏈路。2.1430~1446MHz頻段可用于無人機系統(tǒng)下行遙測與信息傳輸鏈路，其中1430~1434MHz頻段應優(yōu)先保證警用無人機和直升機視頻傳輸使用，必要時1434~1442MHz也可以用于警用直升機視頻傳輸。無人機在市區(qū)部署時，應使用1442MHz以下頻段。3.2408~1440MHz頻段可用于無人機系統(tǒng)下行鏈路，該無線電臺工作時不得對其他合法無線電業(yè)務造成影響，也不能尋求無線電干擾保護。

　　2、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。當采用中繼通信時，中繼平臺和相應的轉發(fā)設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。

　　3、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波段適用于中遠程的衛(wèi)星中繼鏈路。