1、引言

艦載無人機系統(tǒng)按功能劃分一般包括飛行器平臺、測控與信息傳輸系統(tǒng)（簡稱測控系統(tǒng)）、任務載荷系統(tǒng)、艦面綜合保障系統(tǒng)、導航飛控系統(tǒng)等。艦載無人機測控系統(tǒng)作為艦載無人機系統(tǒng)的重要組成部分，實現(xiàn)對艦載無人機的遙控、遙測、跟蹤定位和信息傳輸，主要包括數(shù)據(jù)鏈和艦面控制站，其中數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)包括測量設備、信息傳輸設備、數(shù)據(jù)中繼設備等。

無人機測控系統(tǒng)與航天測控系統(tǒng)相比有很大不同，航天測控系統(tǒng)主要針對大氣層外的固定軌道飛行器，無人機主要是在大氣層內(nèi)飛行，測控環(huán)境復雜，而艦載無人機測控系統(tǒng)相比一般無人機測控系統(tǒng)，面臨的測控環(huán)境更為復雜，更需要注重測控系統(tǒng)的實時性、互操作性、抗干擾性以及適裝性。

本文通過研究艦載無人機測控系統(tǒng)的現(xiàn)有技術和新技術，對艦載無人機測控系統(tǒng)的關鍵技術進行綜述，主要包括艦載無人機數(shù)據(jù)鏈通信技術、艦面測控站技術和天線設計技術。

2、艦載無人機數(shù)據(jù)鏈通信技術

艦載無人機數(shù)據(jù)鏈是一種在艦面測控站、指揮信息系統(tǒng)、無人機之間，采用一種或多種網(wǎng)絡結構，按照規(guī)定的通信協(xié)議和消息標準傳遞格式化戰(zhàn)術信息的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。能夠與測控站、無人機系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)緊密結合，將地理空間上相對分散的探測單元、指控系統(tǒng)緊密地連接在一起，保證情報、指揮控制、無人機協(xié)同等信息實時、可靠、準確地傳輸，實現(xiàn)信息共享，便于指揮人員實時掌握目標區(qū)域情況，縮短了情報獲取時間，提高了指揮速度和無人機系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

為了適應未來作戰(zhàn)任務、無人機平臺和任務載荷的發(fā)展需求，無人機測控數(shù)據(jù)鏈技術在數(shù)據(jù)傳輸能力、抗干擾能力、安全保密能力和網(wǎng)絡化等方面面臨挑戰(zhàn)。

2.1 高速率數(shù)據(jù)傳輸技術

無人機數(shù)據(jù)鏈的傳輸能力一般指下行鏈路傳輸速率，主要取決于任務傳感器的分辨率、幀速率、數(shù)據(jù)鏈的作用范圍、設備規(guī)模和安裝條件等。國外無人機視距數(shù)據(jù)鏈路傳輸速率一般為1.544Mbps、8.144Mbps、和10.71Mbps，能夠滿足一般戰(zhàn)術偵察和監(jiān)視的需求。未來，隨著合成孔徑、機載預警雷達和高分辨、多光譜、多組合傳感器設備在無人機上的應用，數(shù)據(jù)傳輸速率將會達到1.48Mbps～3Gbps，甚至會更高，對無人機數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率和容量提出了更高的要求。

為適應高分辨、多光譜、多組合傳感器的發(fā)展，必須大力提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸能力，應加強以下方面技術的研究。主要包括 “四合一”一體化信道綜合技術；無人機視頻壓縮編碼技術；激光通信數(shù)據(jù)鏈技術。

（1） “四合一”綜合信道體制是指跟蹤定位、遙測、遙控和信息傳輸?shù)慕y(tǒng)一載波體制,即視頻信息傳輸與遙測共用一個信道,利用視頻與遙測信號進行跟蹤測角,利用遙控與遙測進行測距。視頻與遙測共用信道的方式包括2種:一種是模擬視頻信號與遙測數(shù)據(jù)副載波頻分傳輸;另一種是數(shù)字視頻數(shù)據(jù)與遙測復合數(shù)據(jù)傳輸。采用“四合一”綜合信道體制,就要解決直接接收寬帶調制信號的天線高精度自動跟蹤問題。

（2） 無人機視頻壓縮編碼技術是指利用視頻圖像數(shù)據(jù)的強相關性，將冗余信息分為空域冗余信息和時域冗余信息，而壓縮技術就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉（去除數(shù)據(jù)之間的相關性），壓縮技術包含幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)壓縮技術、幀間圖像數(shù)據(jù)壓縮技術和熵編碼壓縮技術。根據(jù)無人機使用特點，應研究存儲開銷低（適合機載條件）、實時性強（時延小）、恢復圖像質量好（失真?。┑母弑兑曨l數(shù)字壓縮編碼技術。

（3） 激光通信數(shù)據(jù)鏈可以提供比現(xiàn)有微波通信鏈路容量大的多的數(shù)據(jù)傳輸速率,國外相關技術每秒可傳輸上百萬兆比特的數(shù)據(jù)。到2030年前,無人機測控系統(tǒng)需要達到500 Mbit/s(視距)或以上的數(shù)據(jù)率,衛(wèi)星中繼鏈路和無人機機間高速數(shù)據(jù)鏈路將需要提供更高的數(shù)據(jù)傳輸能力,這可以在光通信新體制方面取得突破,并開展實用性研究。

2.2 數(shù)據(jù)抗干擾傳輸技術

無人機測控與通信數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術是指采用擴頻抗干擾技術、自適應干擾抑制技術、信源與信道編碼技術等保障無人機運行的暢通。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能、降低攔截概率和檢測概率，結合無人機使用特點，應加強以下方面技術的研究。

（1） 抗干擾技術從單一技術的抗干擾，發(fā)展到多種技術相結合，從單一物理層抗干擾發(fā)展到包括網(wǎng)絡層、應用層在內(nèi)的多層面結合優(yōu)化的抗干擾；從單一設備的抗干擾發(fā)展到系統(tǒng)級、網(wǎng)絡級的綜合抗干擾。

（2） 研究抗干擾智能調零天線。智能調零天線采用陣列信號處理和數(shù)字波束成形技術，在干擾源方向形成零點，調零深度可達20dB以上，從而實現(xiàn)空域抗干擾。

（3） 研究自適應干擾對校技術。在頻域上寬帶有用信號和窄帶干擾信號特征截然不同，根據(jù)此特征可以檢測出干擾信號，并使用自適應陷濾波技術將其消除。

（4） 研究基于認知的抗干擾技術?；谡J知的抗干擾技術是結合頻譜感知、頻譜管理和鏈路傳輸參數(shù)重新配置的新技術。它利用頻譜感知技術獲得頻譜空間的占用情況，通過頻譜管理給出可選擇的備用信道，并將鏈路建立在新的傳輸信道上，以規(guī)避干擾信號所在的頻帶，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

2.3 數(shù)據(jù)鏈加密技術

數(shù)據(jù)鏈加密技術是指在空間、時間和頻域中采用多重安全保密措施，保證數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)恼_性，系統(tǒng)運行的可靠性和安全性，應對復雜多變的環(huán)境。

信息傳輸?shù)目煽啃允菍νㄐ畔到y(tǒng)的最重要的要求之一，數(shù)據(jù)鏈采取了多種技術手段，針對信道傳輸中的各種自然和人為干擾，采用了數(shù)據(jù)和信道加密技術，確保了信息的安全傳輸。

目前，國外的軍用無人機測控數(shù)據(jù)鏈普遍采用了有效的加密手段，尤其是美國無人機在推行使用通用數(shù)據(jù)鏈（CDL）和共用傳輸網(wǎng)絡傳輸信息后，對基于信源和信道的加密更加重視。我軍無人機測控視距鏈路、衛(wèi)星通信鏈路也普遍采用了機要部門認證的專用加密措施。

為了保護無人機系統(tǒng)的通信，提高測控鏈路的安全保密性，應在以下方面加強研究：

（1） 研究大密鑰、高保密的加密設備。
（2） 研究大容量、高實時性的加密設備。
（3） 研究基于數(shù)字簽名和身份認證安全保密機制。
（4） 除報文信息加密、語音加密和網(wǎng)管加密外，還需要研制同步抖動加密和基碼加密，支持跳時/跳擴控制/入網(wǎng)控制/敵我識別等加密功能。

2.4 無人機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈技術

無人機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈技術是將無人機與無人機、有人機以及其它武器平臺之間的數(shù)據(jù)鏈進行無縫連接，實現(xiàn)信息共享的物理層技術，是實現(xiàn)未來無人機網(wǎng)絡中心站的重要技術基石。

無人機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈技術可形成以無人機為核心的移動戰(zhàn)斗群組網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享程度更高，指揮調度更快，作用范圍更廣，系統(tǒng)抗毀能力更強，互操作性更好的信息化聯(lián)合作戰(zhàn)系統(tǒng)，確實提高無人機信息化作戰(zhàn)能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力。

為適應多機和機群的協(xié)同作戰(zhàn)要求，應在網(wǎng)絡化方面加強技術研究：

（1） 研究網(wǎng)絡自組織和自愈重構技術；
（2） 研究分布式多址接入技術和高速大容量信息傳輸體制；
（3） 研究無人機組網(wǎng)的網(wǎng)絡體系結構。
（4） 研究實時魯棒動態(tài)路由協(xié)議技術；
（5） 研究與未來天空地一體化信息格柵網(wǎng)絡的鏈接和協(xié)同技術。

2.5 無人機多輸入多輸出（MIMO）數(shù)據(jù)鏈技術

無人機多輸入多輸出（MIMO）數(shù)據(jù)鏈技術是一種新的無人機測控數(shù)據(jù)鏈體制，它在地面控制站和無人機上同時配置多根發(fā)射和接收天線，將單一信息通道變成了多個獨立的、并行的信息通道，而每個子信道容量都可以達到在無人機SISO（單輸入單輸出）數(shù)道的波形可以獨立控制。而每個子信道容量都可以達到無人機SISO（單輸入單輸出）信道容量，同時可以獨立控制。

將MIMO技術應用在無人機數(shù)據(jù)鏈中，構建基于MIMO的無人機數(shù)據(jù)鏈，主要優(yōu)勢在于：

（1）增大信息傳輸容量；（2）降低截獲概率；（3）增強抗干擾能力；（4）提高任務適應能力。為充分發(fā)揮MIMO技術在無人機數(shù)據(jù)鏈中的應用，主要研究方向包括：

（1） 無人機MIMO天線布局的進一步研究。當天線數(shù)目較多時，天線的空間布局方式多種多樣，從而其空間相關矩陣也多種多樣，相應的MIMO容量的情況也相當復雜。
（2） 無人機MIMO系統(tǒng)中信號處理的研究。結合MIMO技術在無人機數(shù)據(jù)鏈上的應用優(yōu)勢，在兼顧復用增益和分集增益的情況下，研究選擇怎樣的編解碼策略、如何提升無人機MIMO抗干擾性能等問題。
（3） 無人機MIMO抗干擾和監(jiān)測技術研究。
（4） 無人機MIMO數(shù)據(jù)鏈實驗平臺構建。

2.6 一站多機數(shù)據(jù)鏈技術

一站多機數(shù)據(jù)鏈技術是指一個測控站（地面或空中）與多架無人機之間的數(shù)據(jù)鏈通信，采用頻分、時分及碼分多址方式來區(qū)分來自不同無人機的遙測參數(shù)和任務傳感器信息。簡化了地面控制站的設備量，使用一個測控站可控制多架無人機；提高了系統(tǒng)互聯(lián)互通的能力，使無人機實現(xiàn)多機多系統(tǒng)的兼容和協(xié)同工作，提高無人機測控系統(tǒng)的