無人機測控通信系統(tǒng)中智能天線技術(shù)分析

摘 要 針對無人機測控與信息傳輸技術(shù)系統(tǒng)使用過程中存在的地面設(shè)備組成部分較為笨重，以及跟蹤速度較為緩慢問題，在地面設(shè)備上安裝了智能天線技術(shù)組件，在搭建形成測控技術(shù)系統(tǒng)仿真模型條件下，實現(xiàn)了對無人機運行路徑的有效跟蹤，在提升有用信號信噪比參數(shù)條件下，控制降低多徑干擾發(fā)生強度。文章將會圍繞無人機測控通信系統(tǒng)中智能天線技術(shù)，展開簡要闡釋。

關(guān)鍵詞 無人機;測控通信系統(tǒng);智能天線技術(shù);分析

為有效應(yīng)對無人機測控與信息傳輸系統(tǒng)運行過程中普遍存在的地面設(shè)備較為笨重，以及無人機空間運行路徑跟蹤速度緩慢問題，有技術(shù)研究團隊創(chuàng)造性地將安裝在地面設(shè)備的傳統(tǒng)天線技術(shù)組件替換成智能天線技術(shù)組件，并且運用多重信號分類算法形態(tài)（MUItiple SIgnal Classification，MUSIC）實現(xiàn)了針對無人機機載終端設(shè)備的波達方向估計（Direction Of Arrival，DOA）技術(shù)目標，在去相關(guān)操作對抗多徑技術(shù)條件下，基于線性約束最小方差準則（Linearly Constrained Minimum Variance，LCMV）下的波束成形算法形態(tài)，完成了波束賦形處理環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)機械化跟蹤技術(shù)相比，體現(xiàn)出地面設(shè)備總體重量輕、制造成本低、機動性與靈活性強，以及跟蹤速度快等特點，實現(xiàn)了對原有技術(shù)問題的有效解決和改善[1]。

1 無人機測控通信技術(shù)系統(tǒng)仿真模型概述

圖1表示無人機測控通信技術(shù)系統(tǒng)仿真模型的基本結(jié)構(gòu)，這里假定機載端設(shè)備選用全向天線技術(shù)組件完成信號發(fā)射過程，地面端設(shè)備選用智能天線技術(shù)組件完成信號接收過程，且陣元個數(shù)設(shè)定值為8。

機載端設(shè)備中使用的信號源是經(jīng)由隨機生成的偽隨機信號序列，其在接受成形濾波處理后會被轉(zhuǎn)化成帶限信號，之后借由四相相移鍵控（Quadrature Phash Shift Keying，QPSK）調(diào)控處理技術(shù)過程，能夠直接將比特級信號形態(tài)轉(zhuǎn)換成復(fù)調(diào)制信號形態(tài)，繼而經(jīng)由上變頻技術(shù)模塊完成正交上變頻技術(shù)處理，最終借由全向天線技術(shù)組件將完成上述技術(shù)處理環(huán)節(jié)的信號向外發(fā)射。

實際對外發(fā)射的信號在經(jīng)由多徑信道技術(shù)結(jié)構(gòu)之后，將會與高斯白噪聲完成相互疊加過程，最終經(jīng)由智能天線技術(shù)組件被地面端設(shè)備接收。在本次研究引入系統(tǒng)中，假定智能天線技術(shù)組件的極化處理方式為垂直極化，且陣元個數(shù)的設(shè)定值為8，陣元間距設(shè)置值為半個信號波長[2]。

在智能天線技術(shù)組件完成信號捕獲接收環(huán)節(jié)之后，要在經(jīng)由正交變頻技術(shù)處理條件下，獲取對應(yīng)的基帶信號，繼而運用低通濾波器技術(shù)組件開展匹配濾波技術(shù)操作環(huán)節(jié)，并且選用對半帶抗混疊低通濾波器技術(shù)組件，實現(xiàn)對傳輸信號的最優(yōu)化接收技術(shù)目標。針對已經(jīng)接收到的信號依次開展DOA估計處理環(huán)節(jié)和波束成形處理環(huán)節(jié)，最后經(jīng)由開展QPSK解調(diào)處理環(huán)節(jié)，完成對原始發(fā)射信號的恢復(fù)技術(shù)處理目標。

2 波束成形算法的基本思路

現(xiàn)階段，具備自適應(yīng)特點的波束成形技術(shù)處理算法種類較多，具體可以被劃分為基于最小均方誤差準則（Minimun Mean Square Error，MMSE）的波束成形技術(shù)處理算法、基于最大信干噪比準則（Max-Signal to Interference and Noise Ratio，Max-SINR）的波束成形技術(shù)處理算法，以及基于線性約束最小方差準則（Linearly Constrained Minimum Variance，LCMV）的波束成形技術(shù)處理算法。從宏觀角度分析，無論實際形成的波束成形技術(shù)處理算法基于上述三種基本準則中的哪一種，其在基本數(shù)量關(guān)系方面都具備等價性，均能基于某種具體形式對維納最優(yōu)解加以表示[3]。綜合考慮多方面的技術(shù)制約因素，本研究選用基于LCMV準則的波束成形技術(shù)處理算法，且此種選擇基于以下兩個方面考慮：

其一，如果選用基于MMSE準則的波束成形技術(shù)處理算法，則需要在算法處理技術(shù)環(huán)節(jié)中引入?yún)⒖技夹g(shù)信號，客觀上不利于實現(xiàn)對時頻技術(shù)資源的有效節(jié)約;如果選用基于Max-SINR準則的波束成形技術(shù)處理算法，則在計算處理技術(shù)環(huán)節(jié)執(zhí)行過程中，必須預(yù)知待處理噪聲信號對應(yīng)的數(shù)學(xué)方差，但是這一數(shù)據(jù)在實際技術(shù)應(yīng)用中難以獲取，客觀上此種技術(shù)處理方法缺乏應(yīng)用可行性。

其二，基于LCMV準則的波束成形技術(shù)處理算法在運用過程中僅需預(yù)知待處理信號的來波方向參數(shù)，而來波方向參數(shù)在運用DOA估計方法下可以獲取，客觀上表明基于LCMV準則的波束成形技術(shù)處理算法具備充足的技術(shù)應(yīng)用可行性。

LCMV準則的實質(zhì)，就是要在控制和確保有用信號的輸出處在固定狀態(tài)前提下，穩(wěn)定獲取最小化的輸出功率，其數(shù)學(xué)描述方程的解為：

（1）

在（1）中，表示有用信號對應(yīng)的方向矢量。

3 結(jié)束語

文章依據(jù)無人機設(shè)備測控通信系統(tǒng)的基本特點，以及未來發(fā)展需求，創(chuàng)造性地提出了在地面設(shè)備組成部分中安裝使用智能天線技術(shù)組件的方法，并且基于算法分析視角展開了簡要介紹，具備扎實且充分的參考借鑒價值。

參考文獻

[1] 陳適，金泉.探究輸電巡檢中無人機技術(shù)的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2020，（3）：236-237.

[2] 王方，鄭璇，馬杰，等.無人機技術(shù)在中國野生亞洲象調(diào)查研究及監(jiān)測中的應(yīng)用[J].林業(yè)建設(shè)，2019，（6）：38-44.

[3] 李延龍，寸杰宏，楊尚玉，等.無人機技術(shù)在輸電線路電暈放電檢測中的實際應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2019，（22）：67-68，71.

作者簡介

孟祥宇（1993-），男，河北任丘市;畢業(yè)院校：燕山大學(xué)，學(xué)歷：本科，助理工程師，現(xiàn)就職單位：天津航天中為數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司，研究方向：無人機測控通信。