无人机技术原理
第六章无人机的数据链技术
无人机数据链简介1.无人机数据链路的组成数据链系统由机载设备和地面设备组成，如图所示，涉及到遥控遥测、跟踪定位、图像传输、微波通信、卫星通信、抗干扰通信、天线伺服、自动控制和计算机应用等多个技术领域，是一项复杂的信息系统工程。无人机数据链系统示意图
无人机数据链简介2.无人机数据链的选择依据具有跳频扩频功能。跳频组合越高，抗干扰能力越强，一般的设备能做到几十、几百个跳频组合，性能优异的设备能做到6万个跳频组合。具有存储转发功能。具有数据加密功能。使用数据传输的可靠性提高，防止数据泄密。常见的加密方式有：DES、AES等。具有高速率。无人机数据链属于窄带远距离传输的范畴，115200bps的数据速率即属于高速率。具有低功耗，低误码率和高接收灵敏度。由于无人机采用电池供电，而且传输距离又远，所以要求设备的功耗低（即低发射功率），接收灵敏度高（灵敏度越高传输距离越远），一般是以多少误码率下的接收灵敏度衡量设备的接收性能。
无人机数据链简介3.无人机数据链的频率从无人机与指挥控制站之间的距离是否通视来分类，无人机数据链主要分为视距链路（RF-LOS）和超视距链路（BLOS）。在视距链路类型中，不同的数据链使用了从低频到C波段之间的不同频率。而C波段（4～8GHz）因不易受到极端天气的影响从而成为目前大多数无人机数据链采用的频段，其中下行链路使用3.7～4.2GHz，上行链路使用5.9～6.4GHz。在超视距链路类型中，数据链使用的频段包括UHF波段、L波段（950～1450MHz）和Ku波段（12MHz～18GHz）。以全球鹰无人机（GlobalHawk）、广域海上监视无人机（BAMS）和捕食者无人机（Predator）为代表的长航时无人机使用Ku波段作为超视距链路，其中上行链路为11.7～12.7GHz，下行链路为14～14.5GHz。而中低航时的无人机的超视距链路一般使用L波段的卫星通信链路。不同无人机平台视距链路和超视距链路使用的频段总结如表所示。频段根据信息传输是否无线通视分类视距超视距UHF中小型无人机—L—中低航时无人机C大型无人机—Ku—长航时无人机视距链路和超视距无人机数据链使用的频段
无人机数据链简介4.无人机数据链的载波形式从数据链使用的调制方式来分，无人机数据链分为单载波传输数据链和多载波传输数据链。单载波传输数据链的发展过程中最早出现的数据链系统是由美国航空无线电公司（ARINC）于1978年发展出来的通信寻址与报告系统（ACARS）。ACARS最早并至今仍用于有人驾驶飞行器与地面控制站的通信中，后来被应用于无人机数据链系统。ACARS使用了幅度调制的模拟无线电信号并工作在高频（HF）、甚高频（VHF）和卫星通信（SATCOM）频段。在上个世纪90年代，ACARS数据链系统应用了数字无线电并被称为甚高频数字链路(VDL)。VDL依次发展出了VDL1、VDL2、VDL3、VDL4四个版本，其中VDL1和VDL3并没有投入实际使用，而VDL2用于飞行器和地面控制站之前的通信，而VDL4可以用于飞行器与飞行器之间的通信。由于VHF波段比较拥挤，所以基于VDL2和VDL4，工作在L波段的LDL2和LDL4在后来被学者提出。1998年，休斯网络系统公司基于全球移动通信系统（GSM）发展了一种扩展时分多址（E-TDMA）数据链系统。这个数据链系统的关键技术是使用专用和请求式时隙的多个服务质量等级的应用，而这一关键技术被应用于采用时分复用（TDD）技术的通用多信道航空通信系统（AMACS）和由欧洲空域航行安全组织（EUROCONTROL）提出的基于L波段的1型数字航空系统（L-DACS1）。第三个单载波传输数据链系统是于2002年提出的通用接入收发系统（UAT），UAT工作在978MHz频段并使用一个3MHz的信道提供峰值速率为1MHz的服务。UAT同样是一个TDMA系统。第一个多载波传输数据链系统是由欧洲第六框架工作组（EP6）提出的宽带甚高频（B-VHF）系统，该系统工作在118MHz～137MHz的甚高频频段并使用多载波码分多址（MC-CDMA）、TDD和正交频分多路复用（OFDM）技术，其中每个子载波的间隔是2kHz。因为VHF频段比较拥挤，所以学者基于B-VHF发展了工作于L波段的宽带航空多载波（B-AMC）系统，B-AMC摒弃了CDMA技术而保留了OFDM技术，而