【正文】 的時間常數(shù)和有效導(dǎo)航比下，具有足夠的穩(wěn)定性和良好的動態(tài)品質(zhì)。使用中各制導(dǎo)體制在時間上可以是串聯(lián)和并聯(lián)的，即可以在無人機飛行的不同階段采用各種不同的制導(dǎo)體制，也可以在一個飛行階段同時采用各種制導(dǎo)體制。 系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)鏈有以下幾種典型功能：l 對無人機及機載任務(wù)設(shè)備的遙控；l 對無人機及機載設(shè)備的遙測；l 對無人機的跟蹤定位；l 對無人機偵察信息的實時傳輸與處理。遙控對于無人機來說非常重要，其可靠性、抗干擾和抗截獲能力等應(yīng)充分重視。來自機上飛行控制計算機或直接來自機上各部分的遙測數(shù)據(jù)(包括飛行狀態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)和機載設(shè)備狀態(tài)的檢測數(shù)據(jù))，經(jīng)編碼、下行(無人機到測控站)無線信道傳輸和解碼，傳回到測控站，通過數(shù)據(jù)綜合顯示，能夠?qū)崟r觀察無人機的飛行狀態(tài)，以及任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)。由方位角和斜距，再利用遙測傳回的高度數(shù)據(jù)，就能夠確定無人機相對測控站的位置。遙測數(shù)據(jù)速率可能與遙控數(shù)據(jù)相近或稍高一些，保證足夠的信道電平也并不困難。對于能自主飛行的無人機，利用遙測將機上導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)實時傳回測控站，就可實現(xiàn)對無人機的跟蹤定位。這樣，既有利于增加信號電平，又有利于提高下行信道的抗干擾能力。視頻偵察信息分圖像偵察和電子偵察兩種信息。傳輸質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到發(fā)現(xiàn)和識別目標(biāo)的能力。 系統(tǒng)組成 基本組成視距內(nèi)無人機數(shù)據(jù)鏈采用視距無線鏈路。系統(tǒng)由機載設(shè)備和地面設(shè)備組成。測控站的終端處理機完成遙控指令的編碼和基帶調(diào)制，遙測數(shù)據(jù)的基帶解調(diào)和解碼，以及測距信號的形成和距離數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。為了簡化系統(tǒng)，可以根據(jù)需要和可能，對信道進(jìn)行不同程度的綜合，構(gòu)成不同形式的綜合系統(tǒng)。圖4－4表示了視頻遙測共用天線的無人機數(shù)據(jù)鏈的組成?，F(xiàn)代先進(jìn)的無人機系統(tǒng)中一般都采用這種方案。為了提高任務(wù)可靠性，有時同時安裝定向天線和全向天線。在某些系統(tǒng)中也可以將數(shù)字引導(dǎo)跟蹤作為自跟蹤的備用方式。但是，增加無線信道的余度會使系統(tǒng)變的復(fù)雜和龐大。圖4－8表示了在圖4－7基礎(chǔ)上增加遙控備用信道的無人機數(shù)據(jù)鏈。地面測控站與地面中繼站之間的數(shù)據(jù)鏈路，可以與地空視距鏈路共用(但有工作頻率區(qū)分)，也可以單獨設(shè)置中繼專用鏈路。由于中繼站設(shè)置在地面，一般不考慮采用無人值守的中繼轉(zhuǎn)發(fā)站，因此中繼站除了起中繼轉(zhuǎn)發(fā)作用外，也是一個地面測控站。GDTADTDGDT圖1－9 地面中繼無人機數(shù)據(jù)鏈遙測參數(shù)視頻信號機載設(shè)備上行接收機下行發(fā)射機終端處理機遙控指令上行發(fā)射機下行接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器地面測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服跟蹤接收機上行發(fā)射機下行接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器地面中繼站設(shè)備雙工器伺服跟蹤接收機雙工器下行發(fā)射機上行接收機圖4－10 采用共用鏈路的地面中繼無人機數(shù)據(jù)鏈下行接收機遙測參數(shù)視頻信號機載設(shè)備上行接收機下行發(fā)射機終端處理機遙控指令上行發(fā)射機下行接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器地面測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服跟蹤接收機上行發(fā)射機下行接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器地面中繼站設(shè)備雙工器伺服跟蹤接收機雙工器轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)上行接收機下行發(fā)射機上行發(fā)射機雙工器圖4－11 采用專用鏈路的地面中繼無人機數(shù)據(jù)鏈 空中中繼系統(tǒng)空中中繼方式也可以用于克服地形阻擋，但更多的是用于延伸作用距離。根據(jù)空中中繼平臺所需測控方式不同，空中中繼無人機測控與信息傳輸系統(tǒng)可以分成兩類。圖4－14表示的系統(tǒng)中，空中中繼平臺一般是與任務(wù)無人機同類的無人機，中繼無人機上配備的設(shè)備實際上是兩部分組成?？罩兄欣^方式的作用距離受到空中中繼平臺高度和機載天線尺寸的限制，當(dāng)一次中繼不能滿足要求時，可考慮采用多級中繼，但采用轉(zhuǎn)發(fā)器方式的系統(tǒng)不適合多級中繼。圖4－15為衛(wèi)星中繼無人機數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D。有時為了提高可靠性，確保最基本的測控數(shù)據(jù)(也可以包括低速率的偵察數(shù)據(jù))的雙余度可靠傳輸，還增配備用簡單些的低頻段的窄帶衛(wèi)星中繼鏈路。圖1－15 衛(wèi)星中繼無人機數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D機載設(shè)備上行接收機下行發(fā)射機終端處理機地面測控站設(shè)備雙工器上行發(fā)射機下行接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器雙工器伺服跟蹤接收機伺服衛(wèi)通上行接收機衛(wèi)通下行發(fā)射機雙工器衛(wèi)通下行接收機衛(wèi)通上行發(fā)射機。衛(wèi)星中繼無人機數(shù)據(jù)鏈的作用距離取決于衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)天線波束的覆蓋范圍。由于衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備是共用設(shè)備，因此，衛(wèi)星中繼無人機測控與信息傳輸系統(tǒng)實際上只包括機載設(shè)備和測控站設(shè)備。適用于作為中繼平臺的衛(wèi)星一般是地球同步衛(wèi)星，具有傳輸容量大、覆蓋范圍寬、連續(xù)性好的特點，但由于機上要安裝一定尺寸的跟蹤天線，一般只適合于大型無人機使用。為了保證中繼機與任務(wù)機之間的傳輸距離，中繼機與任務(wù)機之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸必須采用定向天線。圖4－13表示的系統(tǒng)中，空中中繼平臺上配置的設(shè)備實際上是一個雙向轉(zhuǎn)發(fā)器，起變頻轉(zhuǎn)發(fā)作用?？梢杂米骺罩兄欣^平臺的有無人機、有人機、飛艇、氣球等。地面中繼站設(shè)備實際上是在一個地面測控站上增配中繼收發(fā)設(shè)備。當(dāng)無人機在地面測控站視距范圍內(nèi)，采用地空視距鏈路可以直接實現(xiàn)無人機測控與信息傳輸。如圖4－9所示，當(dāng)?shù)孛鏈y控站與無人機之間由于地形阻擋而不能實現(xiàn)無線電通視時，可在與無人機和地面測控站都能通視的地方設(shè)置一個地面中繼站，實現(xiàn)地面中繼測控與信息傳輸。遙控信道雙余度就是增設(shè)一個遙控備用信道。遙測參數(shù)視頻信號遙測發(fā)射機遙控接收機視頻發(fā)射機終端處理機遙控發(fā)射機遙測接收機視頻接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器遙控指令圖4－3 遙控遙測共用天線的無人機數(shù)據(jù)鏈遙測發(fā)射機遙控接收機視頻發(fā)射機終端處理機機載設(shè)備遙控發(fā)射機遙測接收機視頻接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器視頻信號遙測參數(shù)遙控指令機載設(shè)備圖4－4 視頻遙測共用天線的無人機數(shù)據(jù)鏈上行接收機下行發(fā)射機終端處理機遙控指令遙測參數(shù)視頻信號上行發(fā)射機下行接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備機載設(shè)備圖4－5 視頻與遙測共信道無人機數(shù)據(jù)鏈遙測參數(shù)視頻信號機載設(shè)備上行接收機下行發(fā)射機終端處理機遙控指令上行發(fā)射機下行接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服圖4－6 測控站天線數(shù)字引導(dǎo)跟蹤的無人機數(shù)據(jù)鏈遙測參數(shù)視頻信號機載設(shè)備上行接收機下行發(fā)射機終端處理機遙控指令上行發(fā)射機下行接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備雙工器雙工器伺服跟蹤接收機圖4－7 測控站天線自跟蹤的無人機數(shù)據(jù)鏈 余度系統(tǒng)為了提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠性，可以考慮增加無線信道的余度。機載定向天線一般采用數(shù)字引導(dǎo)跟蹤，只有在少數(shù)有特殊要求的系統(tǒng)中可采用自跟蹤方式。除距離較近或頻段較低或傳輸速率較低的少數(shù)特殊情況外，測控站天線一般采用定向天線。采用視頻傳輸信道與遙測信道共用方案，有利于簡化系統(tǒng)。圖4－3 表示了遙控遙測共用天線的無人機數(shù)據(jù)鏈的組成。圖4－1 視距內(nèi)無人機數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D遙測發(fā)射機遙控接收機視頻發(fā)射機終端處理機遙控指令遙測參數(shù)視頻信號機載設(shè)備遙控發(fā)射機遙測接收機視頻接收機終端處理機監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備圖4－2 無人機數(shù)據(jù)鏈基本組成 綜合系統(tǒng)遙控、遙測和視頻傳輸使用三個獨立的信道是最基本和最原始的方案。地面設(shè)備包括由天線、遙控發(fā)射機、遙測接收機、視頻接收機和終端處理機構(gòu)成的測控站數(shù)據(jù)終端，以及操縱和監(jiān)視設(shè)備。視距內(nèi)無人機數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D如圖4－1所示。因此，視頻偵察信息傳輸信道設(shè)計往往是無人機無線信道設(shè)計最困難的部分。電子偵察信息則是帶限模擬信號。由于無人機飛行高度相對較低，無人機對測控站的仰角較小，而且無人機自身大都配備有高度傳感器，故多數(shù)情況下無需測定俯仰角，在俯仰方向以手動或數(shù)字引導(dǎo)方式完成跟蹤即可，這有利于降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度。有時還可以將機上導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)和測控站測量數(shù)據(jù)融合，這種組合定位方法既增加了余度，又有利于提高定位精度。 跟蹤定位跟蹤定位是指連續(xù)和實時地提供無人機的位置數(shù)據(jù)。遙測對于無人機來說也是非常重要，數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤會給操作人員造成誤導(dǎo)，可能導(dǎo)致誤操作而出現(xiàn)事故。借助下行遙測信道，還可以實現(xiàn)測控站天線對無人機的跟蹤，測出無人機的方位角。提高設(shè)計余度可以增加遙控的可靠性，通過擴頻或跳頻以及數(shù)據(jù)加密能增加遙控的抗干擾和抗截獲能力。來自地面操縱臺或操縱器的指令和數(shù)據(jù)，經(jīng)編碼、上行(測控站到無人機)無線信道傳輸和解碼，送給機上飛行控制計算機(或直接)對無人機和任務(wù)設(shè)備實施操作。四、無人機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)1 功能、分類、組成、指標(biāo)體系數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菬o人機系統(tǒng)的主要組成部分之一。 復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)把兩種或兩種以上制導(dǎo)體制結(jié)合起來，應(yīng)用于對一個無人機的制導(dǎo)和控制，稱為復(fù)合制導(dǎo)系統(tǒng)。尋的制導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)能源所在位置的不同，可分為主動式、半主動式和被動式三種；按照能源的物理特征又可分為雷達(dá)、紅外、激光及電視尋的等幾種。(1) 指令制導(dǎo)系統(tǒng)指令制導(dǎo)系統(tǒng)由制導(dǎo)站根據(jù)無人機在飛行中的誤差計算出制導(dǎo)指令，并將指令通過無線的形式傳輸?shù)綗o人機上，控制飛行軌跡，直至命中目標(biāo)。全程自主控制的制導(dǎo)航線一般攻擊距離較短，且攻擊精度不高。對制導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行分類的依據(jù)主要有兩點1)所采用的測量設(shè)備和體制；2)制導(dǎo)信號產(chǎn)生的信息基礎(chǔ)。10 制導(dǎo)系統(tǒng) 制導(dǎo)系統(tǒng)的功能與分類制導(dǎo)系統(tǒng)的任務(wù)就是確定一條航線，使無人機由當(dāng)前的位置和速度達(dá)到希望的位置和速度，同時滿足一定的約束條件。 導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展趨勢未來無人機的發(fā)展，對導(dǎo)航系統(tǒng)的性能要求都在不斷提高，如威脅回避和任務(wù)優(yōu)化、地形回避、武器投放點的信息、自動進(jìn)場著陸回收等，均需要導(dǎo)航系統(tǒng)提供實時的高精度導(dǎo)航信息。其精度取決于數(shù)字地圖的精度和雷達(dá)圖像的分辨率。(4) INS/GPS/地形匹配組合導(dǎo)航其硬件組成如下表：表3－1 INS/GPS/地形匹配組合導(dǎo)航硬件組成硬件組成功能無線電高度表測量飛機相對地面的相對高度氣壓高度表測量飛機的海拔高度慣導(dǎo)設(shè)備為飛機提供導(dǎo)航定位信息導(dǎo)航計算機對規(guī)劃航跡實時管理，完成導(dǎo)航計算大容量存儲器存儲數(shù)字地圖數(shù)據(jù)完成相關(guān)運算的硬件設(shè)備完成相關(guān)匹配運算軟件數(shù)字相關(guān)算法的實現(xiàn)、數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的調(diào)度等GPS為飛機提供導(dǎo)航定位信息地形匹配具有以下特點：適合低空飛行，相對定位精度高，自主不受外部影響，其基本上是一種軟件功能。在飛行過程中，利用衛(wèi)星定位信息和機載傳感器信息，進(jìn)行風(fēng)場估計，實時修正航程推算模型。按組合深度分類，可以分為松散組合及緊密組合兩大類。無人機常用的組合導(dǎo)航系統(tǒng)有：(1) INS/ GPS組合INS/ GPS組合，具有慣導(dǎo)系統(tǒng)較高的相對精度與GPS較高的絕對精度的結(jié)合，比單一導(dǎo)航形式具有更高的精度和更好的性能。慣導(dǎo)系統(tǒng)(INS)其優(yōu)點是完全自主，且可以以很高的數(shù)據(jù)率實時輸出載體的位置、速度和姿態(tài)等導(dǎo)航參數(shù)；其缺點是導(dǎo)航定位誤差會隨時間積累增大。星體跟蹤器，就是利用光學(xué)或射電望遠(yuǎn)鏡接收星體發(fā)射的電磁波進(jìn)而測量高度角及方位角，推算飛機在地球上的位置及航向。其基本原理為：在飛機執(zhí)行任務(wù)前形成景象匹配的基準(zhǔn)圖。即利用機載計算機預(yù)先存儲的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)(數(shù)字地圖或景象圖)，與飛機飛到預(yù)定位置時機載傳感器測出的地形輪廓或?qū)崟r景象圖進(jìn)行相關(guān)處理，確定出飛機當(dāng)前位置，進(jìn)而得到偏離預(yù)定位置的縱向和橫向偏差，對慣導(dǎo)或其他導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行修正。同時，對一般慣導(dǎo)系統(tǒng)來說，加溫和初始對準(zhǔn)所需的時間也比較長，這對遠(yuǎn)距離、高精度的導(dǎo)航和某些特定條件下的快速反應(yīng)等性能要求，就成了突出的問題。根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)實現(xiàn)這兩種參考坐標(biāo)系的方式不同，可以分為三種類型：幾何式、解析式和半解析式。其優(yōu)點是完全自主且成本低廉，缺點是由于受機載傳感器精度偏低以及難于獲取準(zhǔn)確風(fēng)場信息的影響，推算精度低，且隨著推算時間的增加，累積誤差越來越大。b) 全球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)GLONASS是由前蘇聯(lián)開發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS用戶接收機分為民用CA 碼和軍用P碼兩類接收機。(3) 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一種全新的空基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全天候、全區(qū)域和連續(xù)精確定位能力，其中美國研制成功的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)是當(dāng)前最先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，前蘇聯(lián)研制的GLONASS系統(tǒng)與之類似。由無線電數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的地面設(shè)備獲得飛機的方位、斜距，與機載傳感器獲得的氣壓高度一起構(gòu)成飛機的三維位置坐標(biāo)。具體地，它是通過測量無線電電波從發(fā)射