【正文】 人機(jī)信息傳輸就是通過下行無線信道向測控站傳送由機(jī)載任務(wù)傳感器所獲取的視頻偵察信息。視頻偵察信息分圖像偵察和電子偵察兩種信息。圖像偵察信息的信號形式因圖像傳感器類型有所區(qū)別，有電視攝像機(jī)的模擬或數(shù)字電視信號，有成像雷達(dá)或行掃式攝像機(jī)的圖片數(shù)據(jù)信號。電子偵察信息則是帶限模擬信號。信息傳輸是無人機(jī)系統(tǒng)完成偵察任務(wù)的關(guān)鍵。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。偵察信息要求有比遙控和遙測數(shù)據(jù)高得多的傳輸帶寬(一般要幾兆赫，最高的可達(dá)幾十兆赫，甚至上百兆赫)。因此，視頻偵察信息傳輸信道設(shè)計往往是無人機(jī)無線信道設(shè)計最困難的部分。為了簡化系統(tǒng)，視頻信息傳輸和遙測可共用一個信道。 系統(tǒng)組成 基本組成視距內(nèi)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈采用視距無線鏈路。測控站通過上行無線鏈路向無人機(jī)發(fā)送遙控指令和數(shù)據(jù)，無人機(jī)通過下行無線鏈路向測控站回傳無人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)和任務(wù)傳感器所獲取的視頻偵察信息。視距內(nèi)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D如圖4－1所示。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈基本組成如圖4－2所示。系統(tǒng)由機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備組成。機(jī)載設(shè)備也稱機(jī)載數(shù)據(jù)終端，包括機(jī)載天線、遙控接收機(jī)、遙測發(fā)射機(jī)、視頻發(fā)射機(jī)和終端處理機(jī)等。地面設(shè)備包括由天線、遙控發(fā)射機(jī)、遙測接收機(jī)、視頻接收機(jī)和終端處理機(jī)構(gòu)成的測控站數(shù)據(jù)終端，以及操縱和監(jiān)視設(shè)備。其中終端處理機(jī)完成收發(fā)信機(jī)輸入輸出基帶信號的變換和處理。測控站的終端處理機(jī)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。機(jī)載終端處理機(jī)完成遙控數(shù)據(jù)的基帶解調(diào)和解碼，遙測數(shù)據(jù)的編碼和基帶調(diào)制，以及測距信號的同步。圖4－1 視距內(nèi)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D遙測發(fā)射機(jī)遙控接收機(jī)視頻發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備遙控發(fā)射機(jī)遙測接收機(jī)視頻接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備圖4－2 無人機(jī)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。無人機(jī)系統(tǒng)往往對設(shè)備的規(guī)模和成本有特殊的要求，復(fù)雜的系統(tǒng)必然給設(shè)備(特別是天線)小型化和機(jī)動性造成困難。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)。(1) 遙控與遙測共用天線當(dāng)遙控和遙測的載波頻段比較接近時，為了減少天線個數(shù)，可以采用遙控與遙測共用天線方案。圖4－3 表示了遙控遙測共用天線的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的組成。(2) 視頻與遙測共用天線當(dāng)視頻傳輸和遙測的載波頻段比較接近時，為了減少天線個數(shù)，可以采用視頻傳輸與遙測共用天線方案。圖4－4表示了視頻遙測共用天線的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的組成。(3) 視頻與遙測共用信道視頻傳輸與遙測都是下行傳輸，采用兩個信道分開方案雖然有利于根據(jù)各自的特點選擇信道和更新設(shè)備，但是使用兩套設(shè)備顯然比較復(fù)雜。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1－5表示了視頻與遙測共用信道的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的組成?，F(xiàn)代先進(jìn)的無人機(jī)系統(tǒng)中一般都采用這種方案。除有安裝定向天線必要和可能的少數(shù)特殊情況外，機(jī)載天線一般采用小型的全向天線。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。采用全向天線適合于廣播式傳輸，采用定向天線則有利于增加信號電平和提高抗干擾、抗截獲能力。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。定向天線的跟蹤方式有數(shù)字引導(dǎo)跟蹤或自跟蹤。機(jī)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。測控站天線則一般采用自跟蹤，只有少數(shù)簡易系統(tǒng)采用數(shù)字引導(dǎo)跟蹤方式。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。圖1－6和圖1－7分別表示了測控站天線采用數(shù)字引導(dǎo)跟蹤和自跟蹤方式的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈，其中天線采用收發(fā)共用方案，由雙工器實現(xiàn)收發(fā)共用和隔離。遙測參數(shù)視頻信號遙測發(fā)射機(jī)遙控接收機(jī)視頻發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控發(fā)射機(jī)遙測接收機(jī)視頻接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)鏈遙測發(fā)射機(jī)遙控接收機(jī)視頻發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)機(jī)載設(shè)備遙控發(fā)射機(jī)遙測接收機(jī)視頻接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)載設(shè)備圖4－4 視頻遙測共用天線的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令遙測參數(shù)視頻信號上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器測控站設(shè)備機(jī)載設(shè)備圖4－5 視頻與遙測共信道無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)鏈遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)圖4－7 測控站天線自跟蹤的無人機(jī)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。采用不同載波頻率的多余度無線信道，還可以實現(xiàn)頻率分集，有利于克服多徑影響。但是，增加無線信道的余度會使系統(tǒng)變的復(fù)雜和龐大。由于遙控信道的可靠性是最受關(guān)注的，因此遙控信道雙余度往往是一種較好的方案。遙控信道雙余度就是增設(shè)一個遙控備用信道。一般備用信道采用頻率較低的頻段和較寬波束的天線(往往是全向天線)，甚至采用不同的調(diào)制體制。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(jī)數(shù)據(jù)鏈。遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備副上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令主上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)主上行接收機(jī)副上行發(fā)射機(jī)圖4－8 遙控雙余度的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈 地面中繼系統(tǒng) 地面中繼方式主要用于克服地形阻擋。如圖4－9所示，當(dāng)?shù)孛鏈y控站與無人機(jī)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(jī)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。地面中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈由機(jī)載設(shè)備、地面中繼設(shè)備和地面測控站設(shè)備組成。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。圖4－10和圖4－11分別表示了這兩種系統(tǒng)的組成。當(dāng)無人機(jī)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(jī)測控與信息傳輸。當(dāng)無人機(jī)在地面測控站視距范圍以外時，則要通過地面中繼站中繼。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。中繼站可以與地面測控站相同規(guī)模，也可以是具有更好機(jī)動性的小型站，便于布置在地形較高的位置。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。測控站的定向天線一般帶有一定高度的升降桿(以便保證足夠的中繼視距)，可以采用手動調(diào)節(jié)指向，保證兩站之間天線互相對準(zhǔn)。GDTADTDGDT圖1－9 地面中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)雙工器下行發(fā)射機(jī)上行接收機(jī)圖4－10 采用共用鏈路的地面中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈下行接收機(jī)遙測參數(shù)視頻信號機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)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(jī)雙工器轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)上行發(fā)射機(jī)雙工器圖4－11 采用專用鏈路的地面中繼無人機(jī)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。如圖4－12所示，當(dāng)?shù)孛鏈y控站與無人機(jī)之間由于地形阻擋或距離太遠(yuǎn)而不能實現(xiàn)無線電通視時，可在與無人機(jī)和地面測控站都能通視的空中平臺上設(shè)置一個中繼站，實現(xiàn)空中中繼測控與信息傳輸?？梢杂米骺罩兄欣^平臺的有無人機(jī)、有人機(jī)、飛艇、氣球等。空中中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈由機(jī)載設(shè)備、空中中繼設(shè)備和測控站設(shè)備組成。根據(jù)空中中繼平臺所需測控方式不同，空中中繼無人機(jī)測控與信息傳輸系統(tǒng)可以分成兩類。圖4－1圖4－14分別表示了這兩類系統(tǒng)的組成。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?？罩兄欣^平臺本身有另外專門的測控系統(tǒng)，或因為中繼平臺是有人駕駛飛行器，不需要測控系統(tǒng)。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(jī)同類的無人機(jī)，中繼無人機(jī)上配備的設(shè)備實際上是兩部分組成。一部分是與任務(wù)無人機(jī)上設(shè)備相同功能的機(jī)載數(shù)據(jù)終端，它完成與測控站的雙向數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對中繼無人機(jī)的測控與信息傳輸；另一部分是與測控站數(shù)據(jù)終端相同功能的中繼設(shè)備，它完成與任務(wù)無人機(jī)的雙向數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對任務(wù)無人機(jī)的測控與信息傳輸。為了保證中繼機(jī)與任務(wù)機(jī)之間的傳輸距離，中繼機(jī)與任務(wù)機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸必須采用定向天線。定向天線的跟蹤一般可以采用數(shù)字引導(dǎo)方式(依靠機(jī)上導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，保證互相對準(zhǔn))，有時也可以采用自跟蹤方式?？罩兄欣^方式的作用距離受到空中中繼平臺高度和機(jī)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4－12 空中中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D遙測參數(shù)視頻信號任務(wù)機(jī)設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)遙控指令地面測控站設(shè)備雙工器上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器雙工器伺服跟蹤接收機(jī)上行轉(zhuǎn)發(fā)器器下行轉(zhuǎn)發(fā)器雙工器雙工器伺服伺服中繼機(jī)設(shè)備圖4－13 中繼平臺無需測控的中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈任務(wù)機(jī)設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)地面測控站設(shè)備雙工器上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器雙工器伺服跟蹤接收機(jī)上行發(fā)射機(jī)下行轉(zhuǎn)發(fā)雙工器雙工器伺服伺服中繼機(jī)設(shè)備終端處理機(jī)終端處理機(jī)上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)遙測參數(shù)視頻信號遙控指令圖4－14 中繼平臺需要測控的中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈 衛(wèi)星中繼系統(tǒng)衛(wèi)星中繼是延伸作用距離，實現(xiàn)對無人機(jī)超視距遠(yuǎn)距離測控與信息傳輸?shù)淖钣行Х绞?。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(jī)上要安裝一定尺寸的跟蹤天線，一般只適合于大型無人機(jī)使用。采用近地軌道衛(wèi)星組成多衛(wèi)星平臺，則可適合于小型無人機(jī)使用，但傳輸容量較小。圖4－15為衛(wèi)星中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D。衛(wèi)星中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈由機(jī)載設(shè)備、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、測控站設(shè)備組成。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(jī)測控與信息傳輸系統(tǒng)實際上只包括機(jī)載設(shè)備和測控站設(shè)備。衛(wèi)星中繼無人機(jī)測控與信息傳輸系統(tǒng)依靠衛(wèi)星中繼鏈路實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測控與信息傳輸，但一般仍然要配置地空視距鏈路，用于視距內(nèi)的測控與信息傳輸(包括無人機(jī)起降的測控)。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4－16和圖4－17分別表示了最基本的和最完善的衛(wèi)星中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的組成。衛(wèi)星中繼無人機(jī)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。當(dāng)一次中繼不能滿足要求時，可考慮采用多級中繼。圖1－15 衛(wèi)星中繼無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D機(jī)載設(shè)備上行接收機(jī)下行發(fā)射機(jī)終端處理機(jī)地面測控站設(shè)備雙工器上行發(fā)射機(jī)下行接收機(jī)終端處理機(jī)監(jiān)視記錄操縱器雙工器伺服跟蹤接收機(jī)伺服衛(wèi)通上行接收機(jī)衛(wèi)通下行發(fā)射機(jī)雙工器衛(wèi)通下行接收機(jī)衛(wèi)通上行發(fā)射機(jī)