基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术研究

【前言】基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。0 引 言 如今，无论是在国外还是在国内，遥测在航空、航天以及军工等领域都发挥着重要的作用，它是获取试验数据、保证试验顺利进行、确保试验安全的重要手段之一。而遥测标准则是遥测设备设计和改进的准则，相同遥测标准的应用实施，可以保证不同试验设备的兼容，做到...

摘 要： 针对目前遥测频率资源紧张与飞行试验需求不断增长之间的矛盾，对C波段无线网技术进行研究。在比较IRIG 106遥测标准和iNET遥测网络标准的各自特点的基础上，根据iNET遥测网络标准，提出基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案，实现C波段双向传输功能。通过增加C波段网络收/发器、LNA和功放等关键设备，实现C波段网络数据的双向传输，极大地提高了遥测数据传输速率，缓解了遥测频率资源紧张的现状。

关键词： C波段无线网； 模拟飞行； 遥测传输； 双向传输

中图分类号： TN926?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）09?0117?04

Abstract： To solve the current contradiction between telemetry frequency resource shortage and increasing flight test demand， the C?band wireless network technology is researched. On the basis of comparing the characteristics of IRIG 106 Telemetry Standard and iNET Telemetry Network Standard， the simulation flight video telemetry transmission technology scheme based on C?band wireless network is proposed according to iNET Telemetry Network Standard to realize the two?way transmission in C?band. The key devices of the network transceiver in C?band， LNA and power amplifier are increased to realize the two?way transmission of C?band network data， which can greatly improve the transmission rate of telemetry data， and alleviate the current situation of the telemetry frequency resource shortage.

Keywords： C?band wireless network； flight simulation； telemetry transmission； two?way transmission

0 引 言

如今，无论是在国外还是在国内，遥测在航空、航天以及军工等领域都发挥着重要的作用，它是获取试验数据、保证试验顺利进行、确保试验安全的重要手段之一。而遥测标准则是遥测设备设计和改进的准则，相同遥测标准的应用实施，可以保证不同试验设备的兼容，做到遥测频谱资源的有效利用，并且可以避免干扰。

试验模拟飞行的机载测试视频传输技术，一直是作为国内外航空飞行领域的核心技术而存在。在过去很长一段时间内，国际间的飞行试验一直都采用美国的IRIG 106遥测标准，利用S或L波段无线网进行PCM（Pulse Code Modulation）格式数据的遥测传输。经过多年的实践发现，IRIG 106遥测标准技术繁杂，实验的价格花费昂贵，并且传输速率受到极大的限制，经济性和实用性差，难以满足试验模拟飞行机载测试视频的传输发展要求。近年来，随着无线通信技术的快速发展，模拟飞行试验遥测传输网络化趋势愈发明显，“增强遥测综合网”（Integrated Network Enhanced Telemetry，iNET）概念的提出，明确了这一趋势，本文依据iNET概念及标准开展了相关研究。

1 两个遥测标准的对比

1.1 IRIG 106遥测标准

2001年，IRIG把IRIG 106遥测标准分成传统的遥测标准和遥测网络两个部分。传统的遥测标准概括了许多信息和多年的遥测标准；遥测网络则是结合目前的技术和模式变革，力图制定一个新的遥测网络领域的标准。

到了2004年，IRIG 106标准中新增了SOQPSK和CPM两种调制方式。SOQPSK调制方式是异型偏移四相相移键控调制方式，它是在OQPSK的基础上进一步升级，使其具有了特别出色的频谱效率和恒包络特性，无论在军用还是民用领域都发挥着巨大的作用，是美军标中的一种常用的高效率恒包络调制方式，并且它自身具有极好的频谱效率，带宽优于传输位速率的0.78倍，被广泛地应用于民用无线通信领域中。CPM调制方式目前还在发展中，该调制方式具有更为优秀的频谱效率，带宽则是传输位速率的0.56倍。

1.2 iNET遥测网络标准

2004年10月，美国启动了iNET项目开发计划，该项目具有明确的发展目标，致力于评估范围内和各类试验的遥测系统的升级换代，完善这些系统的网络结构，为此制定出一种可行的技术标准。

随着时间的推移，iNET项目不断取得新成果。2009年12月iNET标准的航空推荐或试用版，即V0.5版，这一版本的iNET标准包括了测试标准、系统管理标准、RF网络单元标准和元数据标准。这个项目不断发展，开始有越来越多的方面参与，其中包括了设备的用户以及供应商，符合本项目标准的遥测设备也开始井喷式出现，大有超过前标准的趋势。

随着试验环境的逐步升级以及现代航空模拟飞行试验规模的不断扩大，对遥测的标准要求越来越高，比如要规范服务质量，及时调整测试系统，对于实验进行灵活的管理，提高遥测范围和遥测通信的能力，进而使得传输活动公平合理，实验周期短且效率高，并且多个实验对象间的通信、远距离区域和实验对象的访问交流能力的提高实现了动态频谱资源共享，满足了动态遥测资源的多方面需求，加快了iNET遥测网络系统的体系结构建设。

1.3 比较

IRIG 106遥测标准是一个优秀的、成功的标准。它的传输方式是点到点的单向串行传输，具有坚实的可靠性和实时性等技术特点。IRIG 106遥测标准从提出到成熟，经历了多次的修改、不断地补充，在这一系列的完善措施下，使其在不同的时期都能适应满足不同飞行的试验需求。然而，随着科学技术的发展，遥测需求和飞行试验模式进行了巨大的发展变革，IRIG 106遥测标准的问题开始慢慢凸显出来，这些问题中比较突出的问题主要有单向性、频谱资源利用率低等，这些问题和矛盾极大地限制了IRIG 106遥测标准的进一步发展和创新。另一方面，IRIG 106遥测标准自身的机构体系繁琐，不灵活也影响了使用成熟技术、标准来降低自身成本的发展道路，使得该标准更加不能应对技术的发展和装备采购置办程序的改变。

而iNET遥测网络标准是在传统PCM遥测链路上进行了发展和创新，在链路外新增了上下行的双向无线网络链路，使得遥测系统本身兼具串行PCM下行功能和遥测数据的上下行功能，而且遥测传输是在宽带、双向RF网络基础上的一种遥测传输能力具有实时性和准确性，数据错误具有恢复能力、动态频谱资源具有管理能力的一种可动态组网的遥测网络系统，可以实现飞行试验遥测系统的网络化和空地一体化。

IRIG 106和iNET遥测网络标准主要技术属性的对比如表1所示。

2 C波段无线网的遥测传输

iNET标准是在传统的PCM遥测链路外新增上下行的双向无线网络链路，进而使遥测系统既能具有串行PCM下行功能，也可以具有遥测数据的上下行功能，实现了飞行试验遥测系统的网络化和空地一体化。本研究中通过增加C波段网络收/发器、LNA和功放等关键设备，实现C波段网络数据的双向传输，地面站C波段无线网络数据传输原理框图如图1所示。

LNA模块安装在接近馈源端口位置，减小馈源输出和功放接口间的馈缆损耗能直接降低系统的噪声系数。如果馈缆损耗由1 dB降低至0.5 dB，那么整个系统的噪声系数就变好0.5 dB，即最小接收灵敏度提高了0.5 dB，也相当于间接增大信号的覆盖范围。LNA盒安装在馈源盒顶部，并通过低损射频馈缆与C波段馈源联接，最大限度缩短该射频馈缆长度，能够提高系统灵敏度。将无线网络收发器和功放安装在天线底座内，高速数据汇流环的上方，通过高速数据汇流环实现高速网络数据的通信，可以减少电缆传输的损耗，提高宽带双向链路的灵敏度。

3 技术实现方案

机载和地面两部分组成了C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案。机载部分由数据采集器、图像采集器、C波段无线网网桥、功放和天线等部分组成，其中数据、图像采集器具有网络输出功能；地面部分由定向的天线、无线网网桥、数据处理服务器以及各个工作站等设备组成。技术实现方案框图如图2所示。

基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案的设计理念是依据PCM遥测系统，然后引入成熟的商用网络技术，进而使模拟飞行视频遥测传输系统向着网络化的方向发展，它极大地提高了遥测传输带宽。单向无线网数据传输的带宽为5 MB/s，范围为方圆200 km，可以满足模拟飞行视频遥测传输的需要，然而双向无线网则更为方便快捷，它可以让远距离的试验机和地面站实现长远范围内的双向通信，使得模拟飞行从单一实验慢慢发展为天空和地面协同一体的模式。基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案在传统PCM的基础上新增加了上下行的双向无线网络链路，使得该模拟飞行视频遥测传输系统得到了进一步的发展创新，它既有串行功能，也具有遥测视频上下传输的功能。

图2所示的基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案其实就是一个计算机网络系统，它与通常意义的无线网系统一样，都是简单的点到点的传输。但它与通常的无线网也有许多的不同之处，主要有三点：一是修正了协议，基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案对无线网桥和UDP协议进行了修改；二是增加了一个功放，仔细观察基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案可以看到，为保证传输的距离，在机载C波段无线网网桥后安装了一个功率放大器，而发射天线使用的是C波段机载遥测发射天线，地面接收部分也更换成C波段无线网高增益的定向天线；三是工作频段使用C波段无线网。

图2所示方案与IRIG 106遥测传输系统从遥测系统的角度来看，最显著的差别在于：数据没有使用PCM格式，因而数据和图像采集器就不需要进行PCM编码的输出，地面接收和地面站也不需要安装价格昂贵的PCM前端设备，降低了成本，模拟飞行视频遥测数据格式符合网络标准，仅仅使用通用的计算机网络和一些专用数据处理软件，就能实现模拟飞行视频数据和多路视频图像的远距离传输和处理。

4 关键技术

要实现试验机高速飞行时与地面站的无线网数据传输，必须解决以下关键技术：

（1） 带宽问题。双向的无线网络设备可以采用扩频通信技术，采取直序扩频调制技术，把频带分成许多的通信信道，每一个信道带宽为22 MHz。进行硬件优化瘦身，除去现有产品中适应多种无线网协议的功能，提升射频模块自身的选频功能，把有限的硬件资源充分地发挥在协议上。另一方面，要提升软件的控制功能，例如网络数据包长度控制和信标帧间隔控制等。

（2） 天线跟踪问题。双向无线网工作频段选择的是C波段，IRIG 106遥测标准选择的是S波段，这两者之间是可以兼容的。因此，可以把双向无线网接收天线安装在PCM遥测跟踪天线上，进而利用PCM遥测跟踪伺服系统实现地面无线网天线对试验机的跟踪。

（3） 双向传输问题。由于C波段无线网是双向的，接收端在UDP方式下要向发送端提交发送数据请求和收到数据的情况信息，因此也是双向的。但是在物理链路上不支持双向传输情况，要真正实现双向传输，就必须对UDP协议进行相应的改变和修改。在UDP协议进行修改后的试验和测试表明，其可以真正地实现双向传输。

5 结 论

综上所述，基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术，通过在地面的多次试验和多次空中模拟飞行，证实其在技术上是可行的，而且该模拟飞行视频遥测传输方案的传输速率和距离等主要技术指标也完全可以达到实用的技术要求，另外，在工程化的应用中发现的技术壁垒也可以解决。

基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术为模拟飞行机载测试数据和视频图像的远距离传输的发展起到了巨大的推动作用，具有里程碑式的意义。和传统的PCM遥测传输技术方案相比，基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输方案的设备可以大大的“瘦身”，从而极大地降低了试验的成本，这样可以更加有力于模拟飞行试验的展开，尤其对一些大型运输机和机上已经配备了网络数据系统的飞机模拟飞行试验机载测试数据和图像的传输更加有利，为其提供了更为便捷的服务。同时，更加振奋人心的是同频点、多点到一点的传输方式在试验中已经证实是可以实现的，这让单频点、实现多架飞机试飞数据的同时传输看到了希望的曙光。笔者相信，随着基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术的进一步工程化，将有利于推动新的飞行试验遥测传输体系和标准的诞生，为未来新机模拟飞行试验提供全新的频段，这一套技术方案具有广阔的应用前景，也必将为未来的新机产生带来巨大的经济与社会效益。

另外，网络技术在各个领域都起着关键的主导作用，同样对于新机的模拟飞行试验也是如此。

在地面，实现了遥测数据处理系统的网络化，机载测试系统也一定会朝着这一网络化趋势去发展，网络化是机载测试数据和视频图像到地面传输的必然要求，是大势所趋，是科技发展的必然要求。随着近年来经济的快速发展，人们的需求也快速扩张，遥测频率资源被占用是发展的必然结果，这些情况虽然对科研试飞任务带来了不利影响，但也是提高技术效率、提升频率资源利用率的一个关键时期。投入力量来重新的规范遥测系统资源，自主研发遥测系统的技术设备，改进原有系统的不足，并实现系统设备的国产化替代，为提高测试能力提供支持。

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