【摘要】近年來，無人機應用領域越來越空闊，機載通訊裝備作為無人機體系的中間組成部分，是無人機獵取數(shù)據(jù)或圖象的重要手段。本文重要以無人機通訊技術為基礎，引見各種通訊技術的測試處置懲罰設想。

【癥結詞】無人機，UAV，WLAN，OFDM，C-OFDM，DFS

1. 無人機概述

無人駕駛飛機簡稱無人機UAV（Unmanned Aerial Vehicle），是應用無線電遙控裝備和自備的遞次掌握裝配安排的不載人飛機。機上無駕駛艙，但裝配有自動駕駛儀、遞次掌握裝配等裝備。地面、艦艇上或母機遙控站人員經(jīng)過歷程雷達、數(shù)傳電臺等裝備，對其舉辦跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸。

無人機誕生于20世紀20年代，50年代后有了較大的發(fā)展，在軍事和民用領域都得到了廣泛的應用。新近無人機是作為試驗靶機應用的，在軍事上，可作為空中偵察平臺和武器平臺，經(jīng)過歷程照應不合的裝備，執(zhí)行偵察看守、對地進擊、電子干擾、通訊中繼、目的定位等責任；在民用領域，可應用于場區(qū)監(jiān)控、天氣探測、公路巡視、勘探測繪、水災看守、森林失火防救等。由此能夠或許看出，無人機在軍事和民用領域都具有空闊的應用前景。

無人機具有體積小、造價低、應用隨意馬虎等特性，古代信息技術的發(fā)展使無人機的性能和服從有了突破性的提高。但是，隨著各種電子裝備的應用，必將會增加通訊的干擾，為了提高無人機通訊的牢固性和安然性，對通訊體系的想象和測試提出了嚴肅的應戰(zhàn)。

2. 無人機體系組成及事變頻段

2.1 無人機體系組成

一個模范的無人機體系，重要由游覽飛行器、地面掌握站、有效載荷及通訊鏈路四大部分組成。其中，游覽飛行器是執(zhí)行責任的載體，它照應遙控遙測裝備和責任裝備，到達目的區(qū)域完成要求的責任；地面掌握站完成人機交互，經(jīng)過歷程上行信道，完成對無人機的遙控；經(jīng)過歷程下行信道，完成對無人機狀態(tài)參數(shù)的遙測，同時回傳圖象和數(shù)據(jù)，并顯如今掌握臺屏幕上，也可經(jīng)過歷程平臺外接口將視頻旗子暗記傳至其余展現(xiàn)、存儲裝備上。

2.2 無人機事變頻段

無人機與有人駕駛飛機游覽飛行在一致片非拒卻空域中，要感知互相的存在，為了完成安然游覽飛行，需要給無人機和掌握臺之間的通訊鏈路離別頻次，天下各國在無人機業(yè)務頻次應用方面做了多量鉆研。2015年4月，工信部為了一致頻次應用、減少無線電干擾，根據(jù)《中華人民共和國無線電頻次離別規(guī)定》及我國頻譜應用狀況，規(guī)定840.5～845MHz用于無人機體系的上行遙控鏈路、1430～1444MHz用于無人機體系的下行遙測與信息傳輸鏈路、2408～2440MHz頻段用于無人機體系的下行鏈路，同時，一定相關信道設置裝備鋪排、裝備發(fā)射功率等技術目的。針對高清圖象傳輸，也有許多無人機廠商回收市場上存在的許多免許可證頻段，如：5.8GHz、5.1GHz等，這些頻段應用率相對較少，可遴選的頻帶較寬。但是，該頻段無人機不得對其余合理無線電業(yè)務構成影響。

3. 無人機通訊的癥結技術

無人機與地面計算機、遙控裝備與地面計算機存在著多量的數(shù)據(jù)交換，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過歷程一定的體式款式和規(guī)定禮貌舉辦傳輸，將無人機體系連接成為一個整體。無人機與地面掌握站數(shù)據(jù)通訊的目的是轉達地面遙控指令及掌握參數(shù)，獵取游覽飛行狀態(tài)信息和傳感器信息，在無人機體系中扮演非常重要的作用，是無人機對外聯(lián)系的神經(jīng)網(wǎng)絡，維系著空中的無人機與地面站之間的信息交換，因此，供給有效牢固的通訊技術，是無人機體系的中間所在。

無人機的事變，一樣尋常都是經(jīng)過歷程地面遙控裝備舉辦掌握，也有經(jīng)過歷程手機App體式款式掌握，其中，手機App掌握的情勢，沒法零丁發(fā)送遙控指令，必須協(xié)同數(shù)傳、圖傳的體式款式發(fā)送，遙控裝備則可零丁發(fā)送遙控指令，其事變體式款式如圖1所示。

圖1無人機通訊體式款式

因無人機數(shù)據(jù)鏈的重要性，許多鉆研單位都遴選一些體積小、質(zhì)量輕、技術成熟的通訊模塊作為無人機的數(shù)據(jù)鏈，從而擔保數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦喂绦?。各通訊鏈路回收的技術、應用和稀有技術如表1所示。

表1 無人機通訊技術一覽

4. 無人機通訊鏈路測試

豈論是地面遙控裝備掌握的無人機通訊還是手機App體式款式掌握無人機通訊，都搜羅了無人機掌握指令、數(shù)據(jù)傳輸和圖象傳輸及無人機定位四大通訊服從。其測試如圖2所示。

圖2 無人機通訊鏈路測試框圖

4.1 RC遙控體系測試

4.1.1 無人機ASK/FSK/GFSK調(diào)制測試

遙控裝備通常是雙向傳輸，需要測試吸取機和發(fā)射機。

發(fā)射機測試回收R&S公司的FSW/FSV頻譜儀能夠或許非常隨意馬虎地完成遙控旗子暗記ASK/FSK/GFSK旗子暗記的測試，搜羅射頻頻譜測試，如鄰道泄漏比ACLR、頻譜發(fā)射模板SEM、雜散發(fā)射等，調(diào)制旗子暗記質(zhì)量測試如EVM等目的等，以此評價RC遙控體系的旗子暗記特性及質(zhì)量。

吸取機測試回收旗子暗記源發(fā)作用于無人機吸取的遙控指令，評價無人機的靈敏度、動態(tài)范圍等。R&S公司的SMW200A/SMBV100A旗子暗記源可在標配狀況下發(fā)作ASK/FSK/GFSK等旗子暗記，輸出幅度低至-145dBm，測試內(nèi)容搜羅靈敏度、動態(tài)范圍、吸取機及誤碼率測試等。

4.1.2 無人機跳頻測試

無人機地空通訊鏈路所處的頻段對比擁堵，為了確保在拙劣狀況下不失控，通訊技術的牢固性相當重要。抗干擾是衡量一款遙控器好壞的第一目的，而基于跳頻體系格式的數(shù)據(jù)鏈通訊即是一種用于無人機抗干擾的設想，比制定頻通訊體式款式，具有抗干擾性能好，抗式微、多徑效應能力強。R&S的FSW具有專程的瞬態(tài)理會軟件完成干擾旗子暗記的定位和理會。

圖3 無人機的跳頻通訊測試 

4.2 無人機數(shù)傳和圖傳測試

無人機作為空中機器人，豈論在軍事上還是在民用上，大多都希望獲得高清圖象和數(shù)據(jù)，因此，在相對較小帶寬的條件下，完成高清傳輸，就需要回收更高頻譜應用率的通訊技術。稀有的通訊體式款式是基于自定義OFDM/C-OFDM體式款式或WiFi等體式款式的通訊技術。有些場合為了下落干擾，還需要引入跳頻通訊技術。

4.2.1 自定義OFDM/C-OFDM旗子暗記發(fā)作與理會

基于OFDM的通訊技術，其頻譜效能高、抗多徑干擾能力強、支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸，具有“非視距”、“繞射”傳輸特性和優(yōu)勝穿透能力，能夠或許滿足無人機無線通訊責任等特性，越來越多的無人機裝備都傾向于回收自定義的OFDM體式款式。為了處置懲罰視頻等大容量旗子暗記的傳輸問題，還會回收一定的諸MPEG2/MPEG4、H.264/H.265等視頻編解碼，使得能夠或許應用較小帶寬OFDM技術，完成大容量視頻傳輸。

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關于發(fā)射機測試，R&S公司的FS-K96PC/K196PC連絡FSW/FSV等平臺的頻譜儀，能夠或許非常隨意馬虎地完成自定義OFDM/C-OFMD通訊旗子暗記測試，同時，該軟件可經(jīng)過歷程星座圖改變等服從，完成頻次同步、相位同步及定時同步等問題的查找。

圖4 自定義OFDM/C-OFDM通訊體式款式的無人機發(fā)射測試

關于吸取機測試，R&S公司的FS-K96PC/K196PC軟件能夠或許用于發(fā)作自定義OFDM/C-OFDM旗子暗記，用戶能夠或許借用WLAN、DVB-T等旗子暗記的理會，然后經(jīng)過歷程軟件自帶的”Configuration File Wizard”服從，隨意馬虎無邪地發(fā)作適宜自身裝備傳輸?shù)淖远xOFDM/C-OFDM旗子暗記組織。同時，也供給自定義OFMD/C-OFDM的Matlab遞次，用戶只需根據(jù)遞次舉辦適當?shù)男薷?，如FFT點數(shù)、CP長度、采樣率及Pilot、Data等數(shù)據(jù)的職位漫衍，就能夠或許發(fā)作需要的OFDM旗子暗記。

圖5 自定義OFDM/C-OFDM通訊體式款式的無人機吸取測試

4.2.2 WiFi信令測試

WiFi技術已很成熟，有相等一部分無人機裝備直接回收基于WiFi通訊的體式款式，提高裝備的研發(fā)效能、下落無人機的研發(fā)資本。

信令測試是無線網(wǎng)絡珍愛和優(yōu)化最基礎最重要的手段，能夠或許對網(wǎng)絡中運轉的協(xié)議舉辦全面的測試，為一樣尋常珍愛供給強有力的測試手段，發(fā)現(xiàn)和處置懲罰網(wǎng)絡中存在的問題，掌握網(wǎng)絡的業(yè)務漫衍和運轉狀態(tài)。R&S CMW500無線通訊綜測儀支持WLAN范例的服從測試，能模擬WLAN旗子暗記的損傷，如I/Q偏移、信道式微模型Fading及高斯白噪聲AWGN等服從，使得WLAN的測試變得更加無邪。其余，CMW500如今全面支持802.11a/b/g/n/ac范例測試，使得CMW500在WLAN產(chǎn)品的測試上得以一連，是WLAN測試方面性價比最好的測試儀表。

圖6 WiFi信令測試

4.2.3 5G頻段的DFS測試

2.4G頻段的WiFi干擾較多，因此許多無人機遴選相對貞潔的5G WiFi頻段。但是5.25～5.35GHz和5.47～5.725GHz是全球雷達體系的事變頻段，為了阻止對雷達體系構成干擾，各國對這些裝備的要求除功率、頻譜等慣例項目以外，還迥殊增加了對動態(tài)頻次遴選DFS（Dynamic Frequency Selection）特性的要求。DFS是為了使無線產(chǎn)品主動探測軍方應用的頻次，并主動遴選別的一頻次，以避開軍方頻次。經(jīng)過歷程這類體式款式，也可阻止其余頻段WLAN，最高效地利頻譜。R&S公司供給全面的WiFi DFS測試處置懲罰設想，如圖7所示。

圖7 基于WiFi的DFS測試處置懲罰設想

體系中的旗子暗記源SMW200A/SMBV100A設置裝備鋪排K350選件，用于DFS測試的雷達旗子暗記發(fā)作，頻譜儀：FSW/FSV的分辨率帶寬能夠或許大于3MHz，用于監(jiān)測被測件對雷達旗子暗記的響應。DFS TOOL軟件用于掌握頻譜儀監(jiān)測被測件在雷達旗子暗記作用下的響應時刻等目的。

4.3 導航定位測試

無人機在許多專業(yè)應用領域，需要依托人來指示遙控，以致許多服從沒法完成，給無人機裝配衛(wèi)星導航定位服從后，無人機就能夠遵照設定的線路游覽飛行，如何模擬無人機的游覽飛行線路，是無人機定位測試的癥結所在。R&S公司的SMBV100A能夠或許模擬各種衛(wèi)星導航服從，搜羅GPS、斗極、Glonass、Galileo等，支持起碼24顆衛(wèi)星，用戶能夠或許任意指定門路，用于移動場景的衛(wèi)星導航定位測試。

圖8 無人機的衛(wèi)星導航定位測試

5. 小 結

無人機走進了公眾的視野，而未來的發(fā)展傾向也成了許多人體恤的問題。連絡無人機的應用領域和應用潛力，未來無人機將會朝著高效化、定制化和智能化傾向發(fā)展。能夠或許預見，未來的無人機市場將會非常迅速，豈論如何發(fā)展，無人機的通訊技術將會一直成為其發(fā)展的中間所在，而無人機的通訊測試也必將變得越來越重要，R&S公司能夠或許供給完整的、成熟的測試處置懲罰設想。

6. 參考文獻

[ 1 ] Vector Signal Generator R&S SMW200A/SMBV100A Specifications

[ 2 ] Spectrum Analyzer R&S FSW/FSV Specifications

[ 3 ] 張冬辰，無人機測控體系綜述，無線電通訊技術，1997年第23卷第5期

[ 4 ] 王明遠，空間遙感數(shù)據(jù)壓縮編碼技術的發(fā)展，中國航天，2003,6：20-22.

[ 5 ] WLAN test According to standard 802.11a/b/g/n/ac 

[ 6 ] 馬大瑋，楊士中.基于衛(wèi)星中繼的無人機圖象傳輸體系，電訊技術，2003,3：6-9.

[ 7 ] 王永壽，無人機的通訊技術，飛航導彈.2005,2：20-27

注:該文章登載于《中國電子報》2017年9月特刊