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某種無人機數據傳輸方案(完整版)

2025-05-31 23:37上一頁面

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【正文】 解調器。建議開展通用指揮控制技術與數據傳輸鏈路協(xié)議研究制定統(tǒng)一的技術規(guī)范或標準提高系統(tǒng)通用化、系列化、標準化、模塊化水平。與2010年相比到2015年視距鏈路可擴展到X/Ku頻段傳輸速率可提高到300Mbit/s衛(wèi)星路傳輸速率也可提高到300Mbit/s。測控與信息傳輸系統(tǒng)是整個組網作戰(zhàn)無人機大系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)隨著各國無人作戰(zhàn)戰(zhàn)略指導思想的不斷發(fā)展測控系統(tǒng)正由傳統(tǒng)的地空視距測控向綜合了天基測控、自組網絡、寬帶數據鏈等綜合技術于一體的天地一體化綜合測控方向發(fā)展。地面站設備包括測控主站、副站、手操縱器、測控數傳電臺及天線、三角架等。美軍通信與電子司令部(CECOM)與JPL實驗室積極合作開展了大量的無人機通信載荷高級實驗計劃通過C12有人運輸機進行了相關的無人機平臺的仿真實驗。IFDL采用的是Q頻段的透鏡多波束天線利用窄帶波束使高速飛行的作戰(zhàn)飛機實現實時數據交換可通過IFDL交換的包括瞄準信息、燃料狀態(tài)和武器存量等。Link11基于網絡通信技術與標準信息格式為空中、陸基、水下與船載戰(zhàn)術數據系統(tǒng)間實施數字信息交換。大型無人機目前有一個在研型號為BZK005的中高空遠程無人偵察機。 國內外相關技術的發(fā)展現狀在我國無人機技術的發(fā)展很快目前已經擁有大、中、小、超小、高空高速無人機5類非靶機類固定翼無人機。目前以色列正在研制的有AES210電子戰(zhàn)支援系統(tǒng)。另外法國陸軍正在試驗一種供無人機使用的名曰“袋貂”的情報載荷是一個無源系統(tǒng)用以探測敵方雷達的發(fā)射源發(fā)送供顯示和分析用的雷達跟蹤信息記錄供飛行后分析用的數據它采用相干干涉儀天線和接收機工作波段為E~J波段并有C和K波段選擇能力視場180176。 國外無人機的發(fā)展海灣戰(zhàn)爭后人們普遍認識到現代和未來的戰(zhàn)場電磁環(huán)境日趨復雜電子戰(zhàn)的作用和威力日顯突出從而使得軍事部門開始重視無人機在戰(zhàn)爭中的應用潛力。小型無人機控制半徑一般為50千米目前已經有BZK002高原型偵察無人機、JWS01反輻射無人機、RKLl65假目標無人機、RKTl64通信對抗無人機等多個型號。地面部分包括:飛行器定位系統(tǒng)、飛行器控制系統(tǒng)、導航系統(tǒng)以及發(fā)射回收系統(tǒng),主要完成對飛行器的遙控、遙測和導航任務,空中與地面系統(tǒng)通過數據鏈路建立起緊密聯(lián)系。我國目前也在積極發(fā)展地面飛行訓練模擬器,但其發(fā)展還遠不能滿足對飛行員的訓練要求。(4)一機多用,稍作改進后發(fā)展為輕型近距離對地攻擊機。有一種無尾無人機在結構上比常規(guī)飛機縮小40%以上。目前,無人機的研制和發(fā)展在世界范圍內呈現高潮,究其原因是現代作戰(zhàn)需求、技術發(fā)展和經濟等諸因素促成。50年代出現了高亞音速和超音速高性能的靶機。收發(fā)一體的無線通信方式,使無人機測控距離提高了50%。新型武器試驗等應用場合對無人機的性能提出了更高的要求。并對無人機測控地面站、無線通信、飛行控制系統(tǒng)中數據傳輸的各環(huán)節(jié),在硬件電路、軟件程序、可靠性措施等方面進行了大量試驗和定型,最終完成了全數字化的無人機數據傳輸系統(tǒng)。無人機與有人駕駛的飛機相比而言,重量輕、體積小、造價低、隱蔽性好,特別宜于執(zhí)行危險性大的任務,因此被廣泛應用。中國生產的各種型別的無人機,基本上滿足了國內軍需民用,并且逐步走向國際市場。二、無人機的特點及技術要求無人機沒有飛行員,其飛行任務的完成是由無人飛行器、地面控制站和發(fā)射器組成的無人機系統(tǒng)在地面指揮小組的控制一下實現的。(3)性能提高。美、英、俄、意等國都在實施這種綜合訓練系統(tǒng),美國海軍的綜合訓練系統(tǒng)中包括300架教練機、咒臺地面模擬器、49套計算機輔助訓練裝置和1個以計算機為基礎的訓練中心,采用這套綜合訓練系統(tǒng),使飛行員訓練費用降低50%。為實現偵察、干擾、支援以及攻擊等功能,技術要求有:(1)信息技術包括信息的收集和融合,信息的評估和表達,防御性的信息戰(zhàn)、自動目標確定和識別等;(2)設備組成包括低成本結構、小型化及模塊化電子設備、低可見性天線、小型精確武器、可儲存的高性能發(fā)動機及電動作動器等;(3)性能實現包括先進的低可見性和維護性技術、任務管理和規(guī)劃、組合模擬和訓練環(huán)境等。無人機上也裝載了多種電子、光學設備。該機巡航高度為7000米作戰(zhàn)半徑1500千米續(xù)航時間為30小時可以裝載多種任務設備。在歐洲英國的GEC馬可尼公司正在為即將裝備的“不死鳥”無人機研制“王者”系列電子戰(zhàn)載荷其中包括兩套電子情報載荷、一套雷達干擾載荷等現代電子設備。FOXTX無人機現已在法軍服役。系統(tǒng)功率500瓦。中型無人機目前有T18中程無人機、WZ2000無人機。戰(zhàn)術數據鏈戰(zhàn)術數據鏈主要應用于各國軍用系統(tǒng)上其中包含載人戰(zhàn)斗機、無人機、艦艇、坦克、單兵等各種構成要素實現其各個節(jié)點的通信管理。Link16數據鏈基于TDMA協(xié)議、聯(lián)合戰(zhàn)術信息分發(fā)系統(tǒng)波形(JTIDS)和J序列消息標準構成的戰(zhàn)術數據鏈工作頻段在9601215MHz之間。世界各個研究機構對于戰(zhàn)術數據鏈的研究也很多。 2. 無人機的測控系統(tǒng)無人機測控系統(tǒng)由機載和地面兩部分組成。本章結合國內外無人機測控系統(tǒng)發(fā)展現狀概述了當前無人機測控系統(tǒng)在新形勢下的軍事需求分析了無人機測控數據鏈與指揮控制站發(fā)展現狀及趨勢提出了我國無人機測控系統(tǒng)發(fā)展模式構想及未來發(fā)展思路并歸納了相關關鍵技術。對無人機測控系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃我們認為到2010年需要研制開發(fā)傳輸速率更高的(不低于50Mbit/s)的視距通用測控與信息傳輸系統(tǒng)。到2030年地空測控鏈路數據傳輸速率將可發(fā)展到500Mbit/s(視距)衛(wèi)星中繼鏈路數據傳輸速率將適應中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展(超視距);并完善和發(fā)展Ku、Ka等更高頻段的無人機視距測控系統(tǒng)、獲得無人機組網應用能力;發(fā)展一對多、多對一測控系統(tǒng);啟動組網應用的無人機機間高速激光數據鏈路;開展通用化、系列化、標準化、自組網及多機協(xié)同技術研究。英國奎奈蒂克公司在2006年成功進行了一種新型無人機的控制和管理系統(tǒng)的驗證試驗初步驗證了用有人機控制無人機群的技術。為提高無人機系統(tǒng)的生存能力隱蔽自身的戰(zhàn)術意圖克服無人機巡邏時隱蔽空中航路難的缺點測控系統(tǒng)的電磁輻射應采用低頻譜密度的電磁輻射技術。為滿足這些要求并降低傳統(tǒng)天線對飛行器造成的氣動阻力機載天線與機體更高程度的共形將是發(fā)展方向將來可實現天線和飛行器蒙皮的一體化且天線的功能從單一孔徑(測控與信息傳輸)發(fā)展到測控與信息傳輸、探測、偵察、干擾等多孔徑傳感器的綜合。如果飛行時發(fā)現有偏差只能傘降回收后重新裝定再升空飛行。:可在地面準備和空中飛行過程中采用無線方式實時的向靶機逐點發(fā)出所選定的航線包括程控航線各點的序號、地理位置坐標值等。簡化了設備降低了機載設備重量相同功率情況下提高了測控距離50%以上而且無人機參數調整、航線裝定全部采用無線方式靶機在空中飛行中也可以進行航線裝入和修改由于以上優(yōu)點使測控系統(tǒng)的使用大大簡化而功能又得到較大提高經部隊多次訓練、演習使用獲得好評。機上測控系統(tǒng)按照遙控指令可完成無人機的機動、程控飛行等動作同時有數據采集部分可通過測控電臺傳送飛機的狀態(tài)參數、位置坐標供地面人員實時監(jiān)控飛機上的有關信息并存貯所有傳送信息以便隨時調用復查它是無人機和地面操作人員之間聯(lián)系的紐帶通過接收遙測信息地面操作人員可以得到無人機當前所有的飛行參數信息從而正確地操縱無人機完成飛行任務。直升機的飛行控制直接影響到信號傳輸質量的高低和可靠性。這樣就為數據的傳輸產生一系列的干擾和不便。它的優(yōu)點是簡化了機上設備的數量和線路的復雜性降低了無人機整機重量同時機上天線與地面天線極化方向相同大大提高了通信距離。無線遙測(下行)通道完成無人機飛行過程中各狀態(tài)參數的收集并發(fā)送給地面站。因此其功能主要有:1)保持飛機按給定的高度穩(wěn)定飛行2)保持飛機按預定的航線穩(wěn)定飛行3)控制飛機按給定的航向角飛行4)控制飛機按給定的姿態(tài)角機動飛行5)控制飛機按預定程序自主飛行6)隨著高度和速度的變化自動改變控制系統(tǒng)7)采集飛行狀態(tài)參數送至遙測發(fā)射系統(tǒng)8)進行故障應急處理9)完成飛機開關指令功能對任務設備的控制其中1)~5)、9)條是飛控器根據地面遙控指令切換不同控制模態(tài)來實現第6)、7)、8)條由飛控器自行完成。(三)控制模態(tài)飛控系統(tǒng)采用了五種控制模態(tài)即:三軸穩(wěn)定控制模態(tài)、高度保持模態(tài)、航向保持模態(tài)、自動導航模態(tài)、自動歸航模態(tài)。用“橫平”指令解除“程控”。為了能正確發(fā)送遙控指令遙控站設有搜索和跟蹤雷達它們測量無人機在任意時刻相對地面的方位角、俯仰角、距離和高度等參數并把這些參數送入電子計算機經計算后就能繪出無人機的實際航跡與預定航線比較就能求出偏差然后才能發(fā)出指令進行修正。為此機上需要有一套裝置以保證飛行航向和飛行姿態(tài)的正確。加速度由加速度表利用物體慣性測得將加速度積分一次就得到速度積分兩次就得到所經過的距離。此外它還能給出命令控制機上其他設備動作。 無人機的任務載荷20世紀60年代以來無人機在多次局部戰(zhàn)爭中都有出色的表現被廣泛應用與照相偵查、信號情報收集、陣地位置標識、直升機航路偵查、戰(zhàn)場損失評估、人員搜救甚至對地攻擊等任務。紅外掃描儀是一種熱成像裝置它利用掃描鏡收集紅外輻射并投射到紅外探測器上形成紅外圖像信號用其調制光源并記錄在感光膠片上構成紅外照相機。前視,紅外與點源紅外探測器的區(qū)別在于,它具有較高的空間分辨力,能分辨出景物的各個細節(jié),反映出景物自身熱特征的圖像。該激光雷達在100m—500m的高度生成瞄準點周圍24mX24m區(qū)域的合成三維影像。它在夜間和惡劣氣候時能有效工作,能夠穿透云層、霧和戰(zhàn)場遮蔽,高分辨力進行大范圍成像。把前視紅外、電視攝像機,、激光測距照像等探測器綜合,到轉塔形式的多軸陀螺穩(wěn)定平臺,(萬向支架)內,構成,一種能相對于無人機自由轉動的多任務光電探測系統(tǒng),就可晝夜執(zhí)行監(jiān)視和偵察任務的多探測器轉塔。靠近發(fā)射源可以明顯地提高通信情報的效率,但是越靠近對方,的發(fā)射源,對無人機平臺的威脅就越大。(2)CAN能夠有效地彌補衛(wèi)星通信在容量和連接上的不足。這里就對無人作戰(zhàn)飛機已經及將來可能裝備,的一些武器載荷作以介紹。(SDB)小口徑炸彈也稱小型靈巧彈,是波音公司為美國空軍研制的一種小型制導炸彈。其攜帶的激光雷達導引頭可對目標進行探測和測距,并進行自動識別和攻擊。新弱的性能有很大的提高,其視野增大到90176。該型導彈原使用在陸軍16管發(fā)射裝置上,制導裝置采用非致冷紅外,成像傳感器和激光,導引頭,射程40km,主要用于攻擊裝甲目標,改進型的射程可達到85km。美國國防部2002年8月明確表示,隨著激光武器研制的快速進展,美國,空軍和其他軍兵種有可能將其裝備在包括無人作戰(zhàn)飛機在內的多種平臺上。目前,進行電磁脈沖武器研制的主要是美國、俄羅斯和英國?;谛虏牧?、新技術和新概念的任務載荷研究方向眾多,使無人機任務載荷正朝著多功能、高性能和綜合性的方向發(fā)展。熱探測器一般可以工作在室溫下,不需要昂貴的深冷制冷器。多光譜探測技術可以探測不同的紅外帶寬、光譜甚至混合光和射頻以及激光測距的頻譜,將提供更多的信息并減輕信號處理負荷。如果各種設備使用公用的信號和圖像數據處理設備,即偵測數據的處理各模塊的控制等任務由機載公用處理設備完成,就可以減輕探測器的總量。數字化偵察圖像具有以下優(yōu)點。超光譜成像和高分辨力成像器件等,先進傳感器的應用,要求通信鏈路不斷拓寬頻帶和提高信息傳輸容易。 無人機的數據鏈路 概述無人機的數據鏈路用于在無人機飛行過程中,連接飛行,器平臺和地面操控指揮人員與設備的信息橋梁,基本功能,是傳遞地面遙控指令,采油接收無人機的飛行,狀態(tài)信息和傳感器獲取的情報信息。數據鏈路也可用于測量地面天線相對于飛行器的距離和方位,這些信息可用于無人機的導航,提高機載傳感器對目標位置的測量精度。若傳感器信息在傳輸前經過壓縮,那么地面數據終端還需采用處理器對數據進行重建。對于遙控接收部分,從天線接收到的遙控信號經過接收機的放大、一次混頻,由射頻信號變換為中頻信號,經過二次混頻、放大,經過濾波、整形,進行解擴解調后,得到遙控基帶信號數據流。這是系統(tǒng)問題,因為整個系統(tǒng)的設計應該使上行鏈路的使用最少;同時也是數據鏈問題,某些數據鏈被設計成即使沒有任何指令要傳送也定時輻射信號。對方通過對上行鏈路的欺騙可獲得對飛機。(2)低截獲概率。對于遙測發(fā)射部分,來自飛行控制計算機或直接來自機上設備的遙測數據,首先經過遙測編碼,再經過載波調制得數下行的射頻信號,該射頻信號經過功率放大器送至天線,最后由天線發(fā)射出去。無人機數據鏈路地面部分的工作原理如圖42所示。數據鏈路的機載部分包括機載數據終端(ADT)和天線。圖41 無人機數據路無人機數據鏈路在功能上包括一條用于地面控制站對飛行器及機上設備控制的上行鏈路(也叫指揮鏈路)和一條用于接收無人機下行鏈路。采用適宜傳輸高速數據的數據壓縮和編譯碼體系,選擇適當的編碼增益和碼比率,是建立高費效比的高速數據傳輸系統(tǒng)的重要保證。數字化對比度處理使圖像清晰度更好。隨著廣泛應用模塊化觀念設計無人機搭載設備,現在的無人機已以根據不同任務需要靈活地更換載荷設備。采用中、低光譜分辨率的超光譜成像系統(tǒng)并結合知法的探測算法,可進行大面積搜索。非制冷紅外探測器與凝視焦平面,陣列結合在一起,更適用于無人機。(1)發(fā)展第四代前視,紅外系統(tǒng)。 任務載荷的應用與發(fā)展無人機的非武器類任務載荷的研制工作已經有幾十年的歷史,其產品和應用都很廣泛。這種武器具有以下特點:一是其波束較激光波束寬,而且是光速武器,所以對跟蹤目標的精度要求低,便,于解決活力控制問題;二是這種武器是對付隱身目標的有效手段,高功率微波發(fā)射裝置本質上是相當于雙基雷達的發(fā)射站,所以,外形設計不起作用;三是這種武器具有遠距離干擾、近距離摧毀等多種殺傷效應,隨著距離的變化,可連續(xù)對目標產生不同改制的殺傷效果。在這個武器體系中,定向能武器的研制已經取得一定進展。美軍稱該型新彈將成為新研制的“天空勇士”、“獵人”B和“收割者”等,無人作戰(zhàn)飛機的標準彈藥。目前,該子彈藥已經驗證了所有的飛行質量和制導性能。經過復雜的研制過程,該型彈于2007年服役。該系列炸彈是在美國,現役航空炸彈上加裝不同類型的制導和控制組件而成,分三個研制階段,目前已形成,一個具有第四代性能,水平的制導炸彈系列。如果機載通信,節(jié)點能夠更有效地使用其帶寬,擴展其現在的陸地通信范圍,進一步增大其抗干擾能
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