無人機(jī)系統(tǒng)指揮控制與通信研究

王浩然

66011部隊(duì)

前言：在無人機(jī)系統(tǒng)中，指揮、控制及通信三個(gè)子系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其不僅能夠保障無人機(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，而且還能夠提升無人機(jī)系統(tǒng)的工作效率。一般情況下，無人機(jī)的指揮與控制會在地面控制站上進(jìn)行，而要想實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與空中交通管制系統(tǒng)的無縫連接，通信技術(shù)是關(guān)鍵，因此，需要對無人機(jī)系統(tǒng)指揮、控制及通信的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，方能夠促進(jìn)無人機(jī)系統(tǒng)的高效發(fā)展。

1 無人機(jī)系統(tǒng)指揮控制與通信的相關(guān)概述

1.1 指揮

無人機(jī)作戰(zhàn)指揮指揮內(nèi)容主要包括以下三點(diǎn)：一是無人機(jī)的先后順序，二是武器彈藥的發(fā)射，三是動態(tài)任務(wù)的分配。通常情況下，無人機(jī)指揮的方案與決策均需要根據(jù)無人機(jī)下傳的監(jiān)視信息而決定，而后將決策信息上傳至無人機(jī)，上傳的途徑為C2鏈路，下傳的監(jiān)視信息主要包括全運(yùn)動視頻、高清圖像信息兩種。當(dāng)?shù)孛婵刂普九c空中交通管制系統(tǒng)都在國土范圍內(nèi)時(shí)，傳遞可采用地面光纜轉(zhuǎn)上行鏈路的方式，但若無法實(shí)現(xiàn)光纜鋪設(shè)，可直接通過衛(wèi)星通信傳輸，以此實(shí)現(xiàn)對空中交通的管理與控制。

1.2 控制

由于“人在回路”角色的不同，無人機(jī)的控制可總結(jié)為四種：（1）人為控制，且涵蓋無人機(jī)飛行的全過程；（2）部分控制，任務(wù)命令不需全部執(zhí)行，只需執(zhí)行要求較高的任務(wù)即可；（3）只負(fù)責(zé)監(jiān)視，并對一些突發(fā)情況進(jìn)行處理；（4）只負(fù)責(zé)對無人機(jī)飛行的控制。目前，由于技術(shù)上的限制，處于空中交通管制系統(tǒng)內(nèi)的控制人員無法對無人機(jī)進(jìn)行自動控制，仍需利用數(shù)據(jù)鏈路，這從某種程度上表明了無人機(jī)控制是否有效主要取決于通信鏈路的質(zhì)量優(yōu)劣。

1.3 通信

據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，由通信問題而引發(fā)的無人機(jī)事故發(fā)生率是所有問題中最高的，一般情況下，無人機(jī)通常會選擇具有較強(qiáng)抗毀性以及抗截獲性的通信鏈路，這主要是因?yàn)橥ㄐ沛溌分苯記Q定了無人機(jī)的飛行是否安全[1]。由于無人機(jī)系統(tǒng)的自動化水平還未發(fā)展完全，無人機(jī)的移動主要依賴于通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的可靠度、可行性以及完整性便顯得尤為重要，目前，應(yīng)用于無人機(jī)的通信頻段為航空無線電頻率，美國更是創(chuàng)新了語音通信、數(shù)據(jù)通信，其中，短消息服務(wù)使通信內(nèi)容的記錄變得更加明確與具體。

2 無人機(jī)系統(tǒng)指揮控制與通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

在無機(jī)人系統(tǒng)指揮控制與通信中，數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的主要作用為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換，截止到目前為止，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈共有三種，一是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈，二是通用數(shù)據(jù)鏈，三是戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈[2]。通常情況下，數(shù)據(jù)鏈技術(shù)在視距條件下與超視距條件下的使用方案是不同的：（1）在視距條件下，數(shù)據(jù)鏈以C波段為主，其中，下行鏈路為3.7～4.2GHz，上行鏈路為5.9～6.4GHz,這主要是為了保證無人機(jī)信息傳輸?shù)母咚僖?，而無人機(jī)系統(tǒng)指揮控制與通信所選取的GHz量級頻率普遍較低，這樣能夠保證無人機(jī)系統(tǒng)不受惡劣天氣的影響；（2）在超視距條件下，數(shù)據(jù)鏈通常選擇衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈，這主要是因?yàn)樾l(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈不僅抗干擾能力強(qiáng)，而且傳輸比較穩(wěn)定，但由于其體積較大，所以常被應(yīng)用于大型無人機(jī)上。

2.2 通信抗干擾技術(shù)

在無人機(jī)的運(yùn)行過程中，無人機(jī)系統(tǒng)的通信鏈路會受到一定程度的干擾，一是壓制式干擾，即空中交通管制系統(tǒng)發(fā)送到指揮與控制子系統(tǒng)中的信號被完全干擾，無人機(jī)無法接受到任何有用的信號，最終影響無人機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；二是欺騙式干擾，即干擾信號與空中交通管制系統(tǒng)發(fā)送給指揮與控制子系統(tǒng)的信號極其相似，無人機(jī)無法對信號的真?zhèn)芜M(jìn)行準(zhǔn)確分辨，最終導(dǎo)致判斷失誤，影響無人機(jī)的運(yùn)行安全。通常情況下，無人機(jī)的通信干擾是以三維空間為依據(jù)的，當(dāng)三維空間的干擾信號與指揮控制子系統(tǒng)所發(fā)出的遙測信號有所重疊時(shí)，那么無論是部門重疊，還是全部重疊，都表示通信過程受到了一定程度的干擾，這時(shí)則必須采取相應(yīng)的抗干擾措施。

2.3 鏈路斷鏈恢復(fù)技術(shù)

在實(shí)際的飛行過程中，無人機(jī)可能會因?yàn)榉N種原因?qū)е骆溌返臄噫?，比如飛行距離、飛行速度、飛行姿態(tài)等，而鏈路斷鏈對無人機(jī)的影響極為嚴(yán)重，這便對地面控制站提出了更高的要求，地面控制站需要及時(shí)與無人機(jī)之間的定時(shí)交互鏈路進(jìn)行信息的確認(rèn)，或是通過下傳的遙測信息判斷無人機(jī)是否存在斷鏈的風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)鏈路斷鏈情況，應(yīng)盡快進(jìn)行恢復(fù)，目前，常用的鏈路斷鏈恢復(fù)技術(shù)共有三種：（1）事先設(shè)定空域，斷鏈時(shí)無人機(jī)應(yīng)飛行至該空域便在此徘徊，斷鏈恢復(fù)后方可繼續(xù)前行；（2）預(yù)先準(zhǔn)備備用數(shù)據(jù)鏈，利用備用數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行飛行的遠(yuǎn)程控制；（3）無人機(jī)自主返回到鏈路斷鏈前的位置，通過指揮控制子系統(tǒng)在地面控制區(qū)域盤旋，等待鏈路恢復(fù)再行起飛。

結(jié)論：為了促進(jìn)無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，本文將無人機(jī)系統(tǒng)指揮控制與通信研究作為主要研究內(nèi)容，在闡述無人機(jī)系統(tǒng)指揮控制與通信相關(guān)概述的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)鏈技術(shù)、通信抗干擾技術(shù)、鏈路斷鏈恢復(fù)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)做出系統(tǒng)研究，研究結(jié)果表明，通過指揮、控制與通信的結(jié)合，無人機(jī)系統(tǒng)能夠發(fā)揮出更高的工作效能。在未來，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對無人機(jī)系統(tǒng)指揮控制與通信的研究，進(jìn)而確保無人機(jī)系統(tǒng)的工作效能能夠在指揮、控制、通信三合一的基礎(chǔ)上得到充分發(fā)揮。