無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾性能飛行試驗技術研究

摘 要：無人機數(shù)據(jù)鏈因為其特殊的性質(zhì)，極易受到干擾，造成無人機損毀的重大損失。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾性能的好壞、是否具有強的抗干擾能力是能否取得電子戰(zhàn)勝利的首要條件。文章從抗干擾容限建模和試飛航線規(guī)劃兩個方面，對無人機數(shù)據(jù)鏈抗干擾能力的飛行試驗方法作一些理論和工程上的探索，對于實際應用具有一定的指導意義。

關鍵詞：無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)；抗干擾；飛行試驗

引言

無人機的通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)鏈構成。無人機系統(tǒng)（UAS）主要由數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、任務控制站（MCE）和飛機平臺（UAV）等三個主要部分構成。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)作為無人機的重要組成部分，是飛機與地面站系統(tǒng)聯(lián)系的紐帶，是無人機控制的通道。典型的UAS數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組成見圖1。

UAS的操作/控制、情報信息分發(fā)/傳輸，甚至包括武器發(fā)射等主要工作都要借助數(shù)據(jù)鏈來完成，這也是UAS區(qū)別于有人機系統(tǒng)的一個重要特點，因此對于UAS來說，其數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接決定了整個UAS性能的優(yōu)劣。鑒于此，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)也就成了整個UAS性能試飛的重點考核對象，例如在美國全球鷹（Global Hawk）無人偵察機的定型（OTE）試飛過程中，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)就進行了440h的專項試飛，占到總試飛小時數(shù)的18.7%[1]。

文章對評估驗證無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾能力的飛行試驗方法作一些理論和實際應用上的研究與探索。

2 無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)信號特點及抗干擾技術分析[2]

無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)涵蓋了從UHF～Ka波段的大部分無線電頻段，并且針對不同的傳輸速率以及編碼樣式等因素，其抗干擾容限也都不盡相同。從而對數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾試飛提出了更為復雜的要求。在航空通信中，現(xiàn)在一般采用基于擴頻通信的抗干擾技術，包括DS、FH和DS+FH3種方式[3]，從而衍生出一些典型的抗干擾技術。

2.1 實時選頻技術

在實時選頻系統(tǒng)中，通常把干擾水平的大小作為選擇頻率的一個重要因素。所以由實時選頻系統(tǒng)所提供的優(yōu)質(zhì)頻率，實際上已經(jīng)躲開了干擾，可使系統(tǒng)工作在傳輸條件良好的弱干擾或無干擾的頻道上。近年來出現(xiàn)的高頻自適應通信系統(tǒng)，還具有“自動信道切換”的功能。也就是說，遇到嚴重干擾時，通信系統(tǒng)將作出切換信道的響應。

2.2 高頻自適應抗干擾技術[4]

高頻自適應是指高頻通信系統(tǒng)具有適應通信條件變化的能力。在高頻通信系統(tǒng)中可以有各種類型的自適應，如頻率自適應、功率自適應、速率自適應、分集自適應、自適應均衡和自適應調(diào)零天線等。但是改善高頻無線電通信質(zhì)量、提高可通率的最有效的途徑是實時地選頻和換頻，使通信線路始終工作在傳播條件良好的弱噪聲信道上。所以一般來說，高頻自適應就是指頻率自適應。

2.3 高速跳頻技術

跳頻通信就是針對傳統(tǒng)無線電通信的弊端，使原先固定不變的無線電發(fā)信頻率按一定的規(guī)律和速度來回跳變。從抗干擾通信角度來看，跳頻通信是靠載頻的隨機跳變來躲避干擾，將干擾排斥在接收信道以外來達到抗干擾的目的，避免敵方電臺的測向和干擾。

3 飛行試驗設計

文章主要從建立確定抗干擾容限的電磁衰減模型、飛行試驗航線設計兩個方面進行飛行試驗方法設計。最后結(jié)合工程實際對無人機數(shù)據(jù)鏈抗干擾性能進行評估。

3.1 抗干擾容限的電磁衰減模型建立

（1）電磁波的傳播距離與傳播路徑上的損耗有直接的關系[5]。傳輸損耗主要是自由空間的傳輸損耗Lbf。Lbf的定義是兩個理想電源天線（收、發(fā)天線增益都等于1，發(fā)射機到天線和接收機到天線的信號無衰減）在自由空間傳輸和接收無線電波時產(chǎn)生的損耗，用分貝表示則為

地面終端和鏈路干擾機在同址或與無人機等距位置向無人機發(fā)送信號，在機上加裝頻譜儀，測試信號源和干擾源到達載機天線接收端的信號功率，調(diào)節(jié)干擾電平，使其達到指標所要求干擾增益。

在通信接收機中，接收機接收的總干擾功率為環(huán)境噪聲功率與干擾信號功率之和[6]，試驗時，假設人為有意干擾遠遠大于環(huán)境噪聲干擾和人為無意干擾，則有：

因此，在機載通信抗干擾接收機端接收的信號功率與接收的干信比為：

根據(jù)干擾站的具體位置，可確定相應的干擾功率。

3.2 飛行試驗航線設計

假設飛行試驗的考核目的為驗證通信方式的抗干擾性能，即驗證該方式下的抗干擾容限和在一定壓制比下的通信作用距離，則可設計飛行試驗航線如下。

飛機在地面通信電臺與干擾站的中垂線上空飛行，保持在中垂線上的干擾容限不變，在此航線上進行通信試驗，檢查在設定干擾容限下通信系統(tǒng)的抗干擾能力，如圖3所示。

試驗時：

（1）為方便計算，假設接收天線在接收信號與接收干擾兩個方向上的增益相同，即 ；

（2）在通信接收機中，環(huán)境噪聲等于KTeBn，這里K為波爾茲曼常數(shù)，Te為有效噪聲溫度，因此，接收機接收的總干擾功率就為環(huán)境噪聲功率與干擾信號功率之和，則抗干擾容限表示如下：Mj=（Pji+KTeBR）/Psj，試驗時，假設人為有意干擾功率將遠遠大于環(huán)境噪聲（KTeBn）和人為無意干擾（指在基地一區(qū)情況）即：Mj=Pji/Psj；

（3）假設電磁波極化形式與天線極化形式相同，Kp≈1；

（4）試驗時可選取rSR=rjR進行試驗。則有

（5）根據(jù)最佳干擾原理，在時域上要求通信信號和干擾信號同步；在頻域上，設置干擾頻寬準確的落在通信信號頻寬內(nèi)采用此種飛行航線的優(yōu)點是保證了飛機在飛行過程中，接收機接收到的有效通信信號和干擾信號的比值為事先確定的值，在此條件下有充足的時間進行通信試驗。

3.3 無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾性能評估

在飛行試驗中，可考慮采用誤碼率評價方法進行無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾性能的評估。

誤碼率是每一個數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，特別是UAS數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的一個關鍵指標。一方面，要求數(shù)據(jù)鏈必須有著足夠低的誤碼率以使得各種傳感器數(shù)據(jù)可以得到有效的傳輸，另一方面，它還必須保證在關鍵飛行階段（比如飛越居民區(qū)或起飛降落等）所進行的指令/控制的高可靠性。

4 總結(jié)與展望

文章力圖結(jié)合工程實際對抗干擾性能評估驗證的飛行試驗作一些研究與探索?？垢蓴_效能的有效驗證與評估，對于戰(zhàn)術應用具有重要的指導意義，文章的研究對于驗證無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的抗干擾性能具有一定的意義。

無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾性能試飛的主要目的之一就是在真實的飛行環(huán)境下摸出被試數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的極限抗干擾性能。開展此類試驗時，一般都要求持續(xù)增加干擾信號的強度直至通信鏈路中斷，從而檢查出其極限性能指標。但在試飛過程中，通信鏈路性能的不斷下降甚至中斷都將會對被試UAV造成不可預知的影響，甚至造成UAV的損失。在下一步的研究中，應對無人機數(shù)據(jù)鏈抗干擾飛行試驗的安全保障方法以及應急預案進行著重研究。

參考文獻

[1]Mr. Andrew E. Pontzer，Mr. Mark D. Lower，Mr. Jason R. Miller Unique Aspects of Flight Testing Unmanned Aircraft Systems[J]. NORTH ATLANTIC TREATY ORGANISATION，2010，4.

[2]茍延新.無線電抗干擾通信原理及應用[M].西安：電子科技大學出版社，2005，5.

[3]周興建，甘明.航空通信抗干擾技術性能仿真分析[J].電訊技術，2004，1.

[4]於時才，閆文芝，高大鵬，等.無線通信抗干擾新法-實時跳速自適應跳頻技術[J].甘肅科技，2008，24（16）.

[5]張瑜.電磁波空間傳播[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007：151-163.

[6]徐穆洵.現(xiàn)代通信對抗研究[M].電子工業(yè)部第三十六研究所，

1995，7.

作者簡介：譚馨（1982-），女，新疆伊犁人，工程師，現(xiàn)從事通信導航試飛工作。