无人机测控与信息传输系统研究

王 娟

（贵阳学院，贵州贵阳550005）

0 引言

“无人机”是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备（遥控器、手机、平板电脑等）或者其自备的程序控制装置操纵的不载人飞机[1]。与载人飞机相比，无人机具备体积小、重量轻、便于携带、造价低、隐蔽性好、对作战环境要求低等优点，能够满足特殊任务需要，因而得到了广泛应用。

无人机上装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，以实现远距离作业。其中遥控与遥测系统由机载和地面两部分组成[2]。机载部分包括遥控与遥测发射系统、驱动系统、飞行控制器、GPS接收机、定位系统等构成；地面上则需要设置包括天线、电台在内的完成监测控制的平台，例如主站、副站、控制器（遥控器、手机或平板电脑）等部分。

1 无人机测控与信息传输系统概述

根据无人机的特性分析，它属于空中数据采集分析的节点或者平台，是一个集数据采集、分析和传输于一体的智能化系统。无人机还可实现高分辨率影像的采集，为气象、交通甚至灾难预测等多个领域做出巨大贡献。

无人机系统一般由7大部分组成，包括飞行器平台、导航飞控、发射回收、测控与信息传输、任务载荷、情报处理、综合保障等[3]，以实现地面测控站和无人机之间的信息交换[4]。

2 无人机数据链系统

数据链分为视距数据链和卫星中继数据链。用于完成遥控、遥测、数据传输功能的上令下达，实现地面控制站与无人机之间的数据收发和跟踪定位。在无人机系统中，数据链系统包括三个基本组成要素：传输通道、消息标准和通信协议，是无人机最复杂、最关键的部分，在一定程度上决定着系统的规模和水平[5]。

通常，无人机数据链系统一部分装在无人机上，称为机载数据链系统；另一部分装在控制站上，称为地面控制站系统[6]。机载部分由天线、收发信机和终端处理机等组成，用于接收地面控制站发来的遥控指令，往地面控制站发送遥测数据和任务载荷传感器信息。地面测控站分为地面数据终端和地面控制站。地面数据终端完成数据的发送和接收，以及无线电视距内的跟踪定位。地面控制站也称指挥控制站或任务规划控制站[7]，用于实现所有的任务规划、飞行控制、航迹记录与显示、链路控制、参数及图像显示、信息记录和分发等相关功能。

机载设备、数据链设备、地面监控系统三部分组成了空地数据链系统，如图1所示。

图1 系统设计框图

机载设备部分负责收集、整理数据，记录飞机各项参数，同时将生成的报文传输到地面，以便设置无人机的飞行任务，从而控制无人机的飞行状态；数据链设备则负责报文的发送和接收。

3 无人机传输和测量系统

在无人机测控与信息传输系统中，需要完成的任务有三类：对无人机平台和任务载荷的遥控遥测、任务载荷的侦察或其他信息下传、对飞机平台的无线电测量定位。

无人机数据传输的要求如下：质量高、功率低、抗干扰能力强、传输距离远、续航时间长等。无人机一律通过无线通信方式将遥控器发出的指令、数据信号等地面数据由地面数据站传输到无人机，这一部分称为无线遥控，也可称为无人机的上行通道；另一方面无人机将飞行中采集到的各种数据同样通过通信方式传回给地面站[2]。遥控遥测采用双通道无线遥控遥测虽能满足一般训练使用的要求，但两套设备会造成机身重量增加、通信距离近等问题，而机身重量又是影响其起飞、空速、续航时间的一个重要因素。要想降低自重，简化机载设备和线路的复杂性，遥控遥测可以共用同一套设备，这种方式还能使机上天线与地面天线极化方向相同，从而大大增加了通信距离。

4 无人机飞行控制器及地面控制站

导航与控制系统是无人机系统[8]的核心部分，负责无人机在完成整个飞行过程中的控制和任务设备管理。控制器利用获取的信息数据，经过解算将控制情况传送到执行单位，以完成整个控制和导航流程。

无人机地面控制站用来完成无人机的指挥控制工作。地面控制站是无人机测控与信息传输系统非常关键的一个部分，它既是无人机操控者对其进行管理的操控平台，又是无人机信息系统接入地面应用网络的链接枢纽。

地面控制站由硬件和软件组件组成，包括平台通信子系统、起飞着陆子系统、实时子系统、载荷子系统、操作平台子系统、通信子系统、电力分配子系统。该控制站通过指挥控制网络与无人机应用系统相连，又通过无线数据链与无人机相连。无人机地面控制站一般设置任务规划、飞行导航、载荷管理和链路管理等操作控制席位，使无人机操控者能及时有效地跟踪无人机的飞行情况，从而进一步实施控制，达到预定的飞行效果。其流程如图2所示。

图2 监视控制基本流程

5 结语

无人机测控与信息传输系统具有适应无人机使用的明显特点，但它并非是要按各个无人机型号配套研制的专用系统，而应该是按其作用距离、数据速率、跟踪定位精度以及抗干扰性和可靠性等主要性能指标分级选择使用的通用系统。从无人机系统装备使用来说，要减少品种，提高效率，节省费用，以及满足可能的互通互联的需求。因此，在以后的研究工作中，还有很多问题值得我们去研究。