无人机测控与信息传输系统相关问题研究

摘要：无人机测控与信息传输系统承担对无人机的遥控、遥测以及图像信息的实时监控、记录和分发的任务，其工作状态、可靠性、稳定性直接影响到无人机任务的完成情况。文章主要针对无人机测控与信息传输系统存在的相关问题进行了探讨研究。

关键词：无人机；测控与信息；传输系统

中图分类号：V279 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）05-0008-02

随着现代无人机信息化发展需求，将无人机机载设备信息、图像信息实时或近实时的传回地面指挥站是整个无人机系统的关键部分。无人机测控与信息传输主要完成对无人机的遥控指令、遥测参数和图像信息的传输，是连接地面操作人员和无人机的唯一桥梁和纽带，在无人机系统中起着非常重要的作用。

1 系统功能及组成

1.1 系统功能

无人机测控与信息传输系统主要功能可以概括为以下几点：（1）完成对无人机载设备的遥控功能；（2）完成对无人机载设备的遥测参数传输、记录、显示、回放等功能；（3）完成对机载任务设备获取的图像数据的传输、处理、显示和上报功能。

1.2 系统组成

无人机测控与信息传输系统按照功能可分为数据传输和指挥控制两大部分，其设备包括无线电数据链和地面控制站。

2 系统相关问题

目前无人机测控与信息传输系统虽在各种不同类型无人机平台上得到应用，而且不断改进完善，但还是存在很多不足之处，下面就无人机测控与信息传输系统设计方面相关问题进行分析探讨。

2.1 多数据链的综合管理设计

随着中、远程无人机的发展，单一的数据链亦不能够满足要求，需配备多条链路同时保证无人机的安全及作战能力。根据无人机性能需求，一般同时配置两套视距链路和两套卫星链路，用于无人机与地面控制站视距范围内及超视距的测控与信息传输。多数据链的配置一方面增加了系统的冗余度，提高了系统的可靠性，扩展系统的作用距离，另一方面但却带来了多数据链综合管理问题。

目前大型大多无人机系统都相应配备多套无线电数据链，当多数据链同时工作时，需要实现数据链之间的相互管理和监控。当前国内外无人机测控与信息传输系统大多采用在基带配置数据管理单元或通信管理器的方法实现设备管理和监控。数据管理单元完成机载各数据链设备及其它设备的状态采集和控制信号分发、视频图像的压缩、各链路遥测信息与图像数据的复合等工作，数据管理单元输出的遥测/图像复合数据或遥测数据经过各链路的调制、放大等处理后发送至地面或卫星。由于数据管理单元或通信管理器的任务较多，实现复杂，必然带来设备可靠性的降低，成为整个无人机数据链的瓶颈，一旦出现故障，整个测控与信息传输系统处于瘫痪状态，致使无人机不能正常完成作战任务，丢失

战机。

2.2 故障检测设计

由于无人机测控与信息传输系统比较复杂，而且外界存在许多不可控制的干扰因素，致使链路出现故障机率增加，但是在系统出现问题或故障时没有故障告警信息，也没有预留故障检测点，不管机载设备还是地面设备故障，都只有一个故障现象，那就是链路中断。此时，很难判断是地面故障还是机载故障，只有通过更换地面站或是更换机载设备初步判断，即使故障锁定在机载或地面站后，因没有预留故障检测点没法对设备进行检查，给排故带来了很大的困难。在信息化的战场上，测控与信息传输系统一旦出现故障，如果不能及时排除，就可能造成无法挽回的损失。

2.3 人机界面友好设计

由于无人机工作的特殊性，大多通过长时间的侦察获取有用信息，且各种信息都是通过地面控制软件来传递给飞行控制员，飞行控制员根据地面站软件显示的无人机工作状态信息实时去调整无人机飞行姿态，去控制任务载荷获取图像。据不完全统计，美国无人机事故80%以上来自行控制员误操作引起。友好的人机界面设计及无人机操作智能化水平，有助行控制员减少误操作概率，提高无人机安全及任务完成。

地面控制软件在设计时应满足基本的人机工效要求，主要体现在以下几点：（1）重要、关键参数显示方法；（2）故障告警提示方法；（3）友好的操作界面显示方法；（4）信息标准化显示方法。

为实现人机工效要求，软件界面在设计过程中尽量以飞行控制员的角度考虑，通过地面站软件增加系统声、光报警、颜色报警等提示信息，使飞行控制员在第一时间获取无人机紧急故障状态信息，及时处理，保障安全；通过增加关键指令保护、询问等方法降低飞行控制员的误操作概率，减少操作复杂度，减轻飞行控制员的压力和负担。

目前无人机地面站在软件界面设计增加平显软件，飞行控制员不仅能有身临飞机座舱的感觉，又能通过平显软件观察各种飞行参数信息，通过实时前视视景图像观察机场、塔台等标志性建筑物，引导无人机安全

着陆。

2.4 电磁兼容设计

无人机由于装载各种电子设备，本身就是一个复杂的电磁辐射体，无人机测控与信息传输系统要想在这样的一个复杂电磁环境中正常工作，就必须具有一定的电磁兼容措施和方法，与其它系统能够兼容工作。

无人机内部电磁兼容性问题，包括机载射频设备通过天线、壳体、电源线、控制线以及信号线的电磁发射和电磁耦合；数字和开关电路设备经壳体电源线、互连线的电磁发射和电磁耦合；机载电缆的电磁发射和电磁耦合；动力装置可能产生的电磁发射等。测控与信息传输系统在电磁兼容设计方面应充分考虑、完善设计，避免由于内部机载设备的干扰而引起链路工作的不稳定，影响无人机作战任务的完成。

无人机数据链有上、下行信道，还要考虑多机、多系统、多任务载荷同时工作时的电磁兼容，在加上由于安装空间的限制，因此多信道多点频收发设备的电磁兼容问题十分突出。要根据这些特点，在频段选择和频道设计上进行周密考虑，并采取必要的滤波和隔离措施。

2.5 抗干扰、抗截获设计

抗干扰能力是无人机测控系统性能的重要指标，抗干扰、抗多径方法要进行综合考虑，根据系统应用的信道特点，选择合适的抗干扰、抗多径方法。无人机测控系统常用的抗干扰方法有功率储备、高增益天线、抗干扰编码、直接序列扩频、调频和扩调结合等。既要不断提高上行窄带遥控信道的抗干扰能力，也要逐步解决下行宽带图像/遥测信道的抗干扰问题。目前国内上行遥控信道的直接序列扩频处理增益达到70dB甚至更高。下行遥测/图像宽带在2～4Mb/s的传输速率下也实现了直接序列扩频技术，也有在宽带数据链中采用正交频分或正交码分复用的扩频技术，这种扩频技术有很强的抗干扰能力，能适应恶劣的多径环境。

自美国“RQ-170”无人机被伊朗捕获以来，无人机测控与信息传输分系统的防诱骗、抗截获能力作为系统的一个重要性能指标进行研究，这对提升无人机安全有重大意义。

2.6 地面控制站通用化设计

在信息化战争时代，无人机系统必须具备网络化通信能力从而达到通信容量、稳定性和可靠性及频繁的互操作的要求，提高多型无人机协同，有人机无人机协同作战的能力，实现多兵种间信息共享，互连互操作的目的。而目前国内无人机系统地面控制站接口形式、传输协议等都是形式百态，没有统一的标准和要求，作战系统之间不能实现通用化，互操作、信息共享的目的，从而不能形成体系化、网络化作战要求。

为提高无人机作战能力，实现信息共享，必须解决地面控制站通用化问题，要做到这一点，须在用户界面、操作系统、数据链路、传输协议等方面建立统一的无人机标准，这也是无人机测控与信息传输系统研究的新发展方向。

3 结语

测控与信息传输系统是无人机系统中的重要组成部分，其链路综合管理、故障监测、电磁兼容、抗干扰、防诱骗措施等都是系统中比较复杂和重要的关键技术问题。深入探讨和研究这些系统问题，对无人机测控和信息传输的发展有重要意义。

参考文献

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作者简介：王延莲（1972―），女，青海湟中人，贵州贵航飞机设计研究所工程师，研究方向：工程

测量。