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无人机数据链发展历程,抗干扰技术所面临的挑战

时间:2019-03-09 14:35来源:www.senvon.com 作者:科讯 点击:
无人机数据链承担着无人机指挥控制和信息传输的重要任务,是无人机系统的重要组成部分。近年来,无人机在军事

无人机数据链承担着无人机指挥控制和信息传输的重要任务,是无人机系统的重要组成部分。近年来,无人机在军事和民用领域的广泛应用对无人机数据链在复杂环境下的安全性、可靠性和适应性提出了更高的要求,本文阐述了军用和民用领域无人机数据链的发展现状,总结了无人机数据链面临的挑战以及无人机数据链抗干扰的关键技术。

1 无人机数据链的发展历程

由于在无人机早期发展过程中军用无人机占据了主导地位,导致了不同国家、不同无人机平台上使用的数据链类型各异,并且随着无人机的发展,无人机数据链在使用的频带、调制方式上也进行了数次重要的改变。

1.1 视距数据链和超视距数据链

从无人机与指挥控制站之间的距离是否通视来分类,无人机数据链主要分为视距链路(RF-LOS)和超视距链路(BLOS)。

在视距链路类型中,不同的数据链使用了从低频到C波段之间的不同频率。而C波段(4 GHz~8 GHz)因不易受到极端天气的影响从而成为目前大多数无人机数据链采用的频段,其中下行链路使用3.7 GHz~4.2 GHz,上行链路使用 5.9 GHz~6.4 GHz。根据公开的文献资料显示,视距链路使用C波段的有水手无人机(Mariner)、捕食者无人机(Predator)和牵牛星无人机(Altair)等大型无人机。而一些小型无人机的视距链路则使用UHF波段(300 MHz~1 000 MHz),比如扫描鹰无人机(ScanEagle)、地球漫游者无人机(Georanger)、子午线无人机(Meridian)、阴影无人机(Shadow)和大乌鸦无人机(Raven)。

在超视距链路类型中,数据链使用的频段包括UHF波段、L波段(950 MHz~1 450 MHz)和 Ku波段(12 MHz~18 GHz)。以全球鹰无人机(Global Hawk)、广域海上监视无人机(BAMS)和捕食者无人机(Predator)为代表的长航时无人机使用Ku波段作为超视距链路,其中上行链路为11.7 GHz~12.7 GHz,下行链路为14 GHz~14.5 GHz。而中低航时的无人机的超视距链路一般使用L波段的卫星通信链路。

不同无人机平台视距链路和超视距链路使用的频段总结如表1所示。

表1 不同种类无人机使用的频段

无人机数据链发展历程,抗干扰技术所面临的挑战

根据信息传输是否无线通视分类频段UHF LCK u中小型无人机…大型无人机视距 超视距…中低航时无人机…长航时无人机

1.2 单载波数据链和多载波数据链

从数据链使用的调制方式来分,无人机数据链分为单载波传输数据链和多载波传输数据链。

单载波传输数据链的发展过程中最早出现的数据链系统是由美国航空无线电公司(ARINC)于 1978年发展出来的通信寻址与报告系统(ACARS)。ACARS最早并至今仍用于有人驾驶飞行器与地面控制站的通信中,后来被应用于无人机数据链系统。ACARS使用了幅度调制的模拟无线电信号并工作在高频(HF)、甚高频(VHF)和卫星通信(SATCOM)频段。在上个世纪90年代,ACARS数据链系统应用了数字无线电并被称为甚高频数字链路(VDL)。VDL依次发展出了VDL1、VDL2、VDL3、VDL4四个版本,其中VDL1和VDL3并没有投入实际使用,而VDL2用于飞行器和地面控制站之前的通信,而VDL4可以用于飞行器与飞行器之间的通信。由于VHF波段比较拥挤,所以基于VDL2和VDL4,工作在L波段的LDL2和LDL4在后来被学者提出。

1998年,休斯网络系统公司基于全球移动通信系统(GSM)发展了一种扩展时分多址(E-TDMA)数据链系统。这个数据链系统的关键技术是使用专用和请求式时隙的多个服务质量等级的应用,而这一关键技术被应用于采用时分复用(TDD)技术的通用多信道航空通信系统(AMACS)和由欧洲空域航行安全组织(EUROCONTROL)提出的基于L波段的1型数字航空系统(L-DACS1)。

第三个单载波传输数据链系统是于 2002年提出的通用接入收发系统 (UAT),UAT工作在978 MHz频段并使用一个3 MHz的信道提供峰值速率为1 MHz的服务。UAT同样是一个TDMA系统。

第一个多载波传输数据链系统是由欧洲第六框架工作组(EP6)提出的宽带甚高频(B-VHF)系统,该系统工作在118 MHz~137 MHz的甚高频频段并使用多载波码分多址(MC-CDMA)、TDD和正交频分多路复用(OFDM)技术,其中每个子载波的间隔是 2 kHz。因为VHF频段比较拥挤,所以学者基于B-VHF发展了工作于L波段的宽带航空多载波(B-AMC)系统,B-AMC摒弃了CDMA技术而保留了OFDM技术,而考虑工作频率的增加使多普勒频移的增加,每个子载波的间隔扩展为10 kHz,且考虑到系统容量,B-AMC使用了应用频分复用(FDD)技术的两个信道。

第二个多载波传输数据链是由电子工业协会(EIA)和通信工业协会(TIA)提出的用于公共安全无线电系统的P34。P34覆盖了187.5 km的扇形区域并应用了OFDM技术。

(责任编辑:beginning)
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