无人机测控通信系统中智能天线技术分析

摘 要 针对无人机测控与信息传输技术系统使用过程中存在的地面设备组成部分较为笨重，以及跟踪速度较为缓慢问题，在地面设备上安装了智能天线技术组件，在搭建形成测控技术系统仿真模型条件下，实现了对无人机运行路径的有效跟踪，在提升有用信号信噪比参数条件下，控制降低多径干扰发生强度。文章将会围绕无人机测控通信系统中智能天线技术，展开简要阐释。

关键词 无人机;测控通信系统;智能天线技术;分析

为有效应对无人机测控与信息传输系统运行过程中普遍存在的地面设备较为笨重，以及无人机空间运行路径跟踪速度缓慢问题，有技术研究团队创造性地将安装在地面设备的传统天线技术组件替换成智能天线技术组件，并且运用多重信号分类算法形态（MUItiple SIgnal Classification，MUSIC）实现了针对无人机机载终端设备的波达方向估计（Direction Of Arrival，DOA）技术目标，在去相关操作对抗多径技术条件下，基于线性约束最小方差准则（Linearly Constrained Minimum Variance，LCMV）下的波束成形算法形态，完成了波束赋形处理环节，与传统机械化跟踪技术相比，体现出地面设备总体重量轻、制造成本低、机动性与灵活性强，以及跟踪速度快等特点，实现了对原有技术问题的有效解决和改善[1]。

1 无人机测控通信技术系统仿真模型概述

图1表示无人机测控通信技术系统仿真模型的基本结构，这里假定机载端设备选用全向天线技术组件完成信号发射过程，地面端设备选用智能天线技术组件完成信号接收过程，且阵元个数设定值为8。

机载端设备中使用的信号源是经由随机生成的伪随机信号序列，其在接受成形滤波处理后会被转化成带限信号，之后借由四相相移键控（Quadrature Phash Shift Keying，QPSK）调控处理技术过程，能够直接将比特级信号形态转换成复调制信号形态，继而经由上变频技术模块完成正交上变频技术处理，最终借由全向天线技术组件将完成上述技术处理环节的信号向外发射。

实际对外发射的信号在经由多径信道技术结构之后，将会与高斯白噪声完成相互叠加过程，最终经由智能天线技术组件被地面端设备接收。在本次研究引入系统中，假定智能天线技术组件的极化处理方式为垂直极化，且阵元个数的设定值为8，阵元间距设置值为半个信号波长[2]。

在智能天线技术组件完成信号捕获接收环节之后，要在经由正交变频技术处理条件下，获取对应的基带信号，继而运用低通滤波器技术组件开展匹配滤波技术操作环节，并且选用对半带抗混叠低通滤波器技术组件，实现对传输信号的最优化接收技术目标。针对已经接收到的信号依次开展DOA估计处理环节和波束成形处理环节，最后经由开展QPSK解调处理环节，完成对原始发射信号的恢复技术处理目标。

2 波束成形算法的基本思路

现阶段，具备自适应特点的波束成形技术处理算法种类较多，具体可以被划分为基于最小均方误差准则（Minimun Mean Square Error，MMSE）的波束成形技术处理算法、基于最大信干噪比准则（Max-Signal to Interference and Noise Ratio，Max-SINR）的波束成形技术处理算法，以及基于线性约束最小方差准则（Linearly Constrained Minimum Variance，LCMV）的波束成形技术处理算法。从宏观角度分析，无论实际形成的波束成形技术处理算法基于上述三种基本准则中的哪一种，其在基本数量关系方面都具备等价性，均能基于某种具体形式对维纳最优解加以表示[3]。综合考虑多方面的技术制約因素，本研究选用基于LCMV准则的波束成形技术处理算法，且此种选择基于以下两个方面考虑：

其一，如果选用基于MMSE准则的波束成形技术处理算法，则需要在算法处理技术环节中引入参考技术信号，客观上不利于实现对时频技术资源的有效节约;如果选用基于Max-SINR准则的波束成形技术处理算法，则在计算处理技术环节执行过程中，必须预知待处理噪声信号对应的数学方差，但是这一数据在实际技术应用中难以获取，客观上此种技术处理方法缺乏应用可行性。

其二，基于LCMV准则的波束成形技术处理算法在运用过程中仅需预知待处理信号的来波方向参数，而来波方向参数在运用DOA估计方法下可以获取，客观上表明基于LCMV准则的波束成形技术处理算法具备充足的技术应用可行性。

LCMV准则的实质，就是要在控制和确保有用信号的输出处在固定状态前提下，稳定获取最小化的输出功率，其数学描述方程的解为：

（1）

在（1）中，表示有用信号对应的方向矢量。

3 结束语

文章依据无人机设备测控通信系统的基本特点，以及未来发展需求，创造性地提出了在地面设备组成部分中安装使用智能天线技术组件的方法，并且基于算法分析视角展开了简要介绍，具备扎实且充分的参考借鉴价值。

参考文献

[1] 陈适，金泉.探究输电巡检中无人机技术的应用[J].建材与装饰，2020，（3）：236-237.

[2] 王方，郑璇，马杰，等.无人机技术在中国野生亚洲象调查研究及监测中的应用[J].林业建设，2019，（6）：38-44.

[3] 李延龙，寸杰宏，杨尚玉，等.无人机技术在输电线路电晕放电检测中的实际应用[J].电工技术，2019，（22）：67-68，71.

作者简介

孟祥宇（1993-），男，河北任丘市;毕业院校：燕山大学，学历：本科，助理工程师，现就职单位：天津航天中为数据系统科技有限公司，研究方向：无人机测控通信。