无人机数据传输系统-手册

1.概论：

无人机，即无人驾驶的飞机。是指在飞机上没有驾驶员，只是由程序控制自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统可以实现远距离飞行并得以控制。无人机与有人驾驶的飞机相比而言，重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，特别宜于执行危险性大的任务，因此被广泛应用。

二、无人机的特点及技术要求

无人机没有飞行员，其飞行任务的完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成的无人机系统在地面指挥小组的控制一下实现的。据此，无人机具有以下特点:

（1）结构简单。没有常规驾驶舱，无人机结构尺寸比有人驾驶飞机小得多。有一种无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻，体积变小，有利于提高飞行性能和降低研制难度。

（2）安全性强。无人机在操纵人员培训和执行任务时对人员具有高度的安全性，保护有生力量和稀缺的人力资源。可以用来执行危险性大的任务。

（3）性能提高。无人机在设计时不用考虑飞行员的因素。许多受到人生理和心理所限的技术都可在无人机上使用，从而突破了有人在机的危险，保证了飞行的安全性。

（4）一机多用，稍作改进后发展为轻型近距离对地攻击机。

（5）采用成熟的发动机和主要机载设备，以减少研制风险与经费投入，加快研制进度。联合研制以减小投资风险、解决经费不足有利于扩大出口及扬长技术与设备优势。

（6）研制综合训练系统。技术要求有:

（1）信息技术包括信息的收集和融合，信息的评估和表达，防御性的信息战、自动目标确定和识别等；

（2）设备组成包括低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型精确武器、可储存的高性能发动机及电动作动器等；

（3）性能实现包括先进的低可见性和维护性技术、任务管理和规划、组合模拟和训练环境等。

三、无人机系统按照功能划分，主要包括四部分:

（1）飞行器系统

包括空中和地面两大部分。空中部分包括：无人机、机载电子设备和辅助设备等，主要完成飞行任务。地面部分包括：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统，主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务，空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。

（2）数据链系统

包括：遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行，并将飞机的状态参数及侦察信息数据传到控制站。

（3）任务设备系统

包括：为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备。

（4）后勤保障系统

如检测设备，维修设备，运输设备，后勤设备等。

2 无人机的飞行控制与测控数据传输

无人机的测控数据传输均采用无线通信方式将遥控信息由地面站发送至无人机称为无线遥控（上行通道）。无人机将飞行中的各种状态信息发给地面站称为无线遥测（下行通道）。无线数据传输系统的核心问题主要是单/双无线通道的选择、电台的选择、天线的选择和安装姿态。

3.1双无线通道与单无线通道的比较

遥控遥测独立分别采用各自的电台、天线、无线频点称之为双无线通道的测控系统。优点是时序独立互相之间没有影响但存在一些严重问题：上行、下行分别采用无线通道于是地面和机上就都有了二套电台、天线、频率地面系统虽然增加了操作的工作量但并无大碍。而机上系统设备增加使系统复杂、重量加大却是一个严重的问题。无人机的重量增加是影响起飞、空速、续航时间的一个重要原因。系统复杂又必然造成可靠性降低。在靶机上要放置二根天线一般只能垂直尾翼上放一根在水平副翼上放一根这样这两个天线极化方向是不同的而地面站架设的天线则是二根天线全是垂直放置必然造成其中一路通信效果变差。结果总是出现一路通信距离近的问题.

遥控遥测共用同一套电台、天线、无线频点采用时分工作方式称为单无线通道的测控系统。它的优点是简化了机上设备的数量和线路的复杂性降低了无人机整机重量同时机上天线与地面天线极化方向相同大大提高了

通信距离。但这种测控系统对电台的可靠性要求更高。本文工作开始前无人机的测控系统主要采用双无线通道的方式设备复杂遥控遥测距离近的问题一定存在。

3.2 无人机飞行的无线通道

无人机的无线通道分为无线遥控（上行）通道和无线遥测（下行）通道。

无线遥控（上行）通道完成遥控指令、参数信息等数据的传输。

指令：地面站发给电台经地面天线发射机上天线接收后电台将指令发给飞行控制系统飞行控制系统接收到指令后交给遥测系统已接收指令该指令执行后又将交给遥测系统已执行指令。

参数（原点、飞行参数、航路信息）：地面站发给电台经地面天线发射机上天线接收后电台将参数发给飞行控制系统飞行控制系统接收到参数后存入掉电保持的存储器然后再从存储器中读出参数交遥测系统发回地面。供地面站校验。

无线遥测（下行）通道完成无人机飞行过程中各状态参数的收集并发送给地面站。在调参时也负责回传参数信息。

3.3 无人机飞行控制器

飞行控制器是负责飞行控制系统信号的采集、控制律的解算、飞机的姿态和速度以及与地面设备的通讯等工作。飞行控制器控制设备由传感器操作面板数据及算术处理设备和电源组成通信控制设备由编码器/解码器控制通信控制盒和自动跟踪控制器组成。无人机数据采集及测控系统集成了

模拟、数字、通讯总线、时间码等无人机上通用的各种航电信号采集和测试功能。无人驾驶仪的控制系统进行测试主要完成包括对控制系统的各个硬件（传感器、敏感元件、执行机构等）、自动驾驶仪以及中间装置的参数特性、动态过程监测以及控制系统的航空专用总线。飞控器是以单片机为核心的计算机控制系统其功能是实现由输入信息的含义决策输出信息的过程简单地说是信息处理过程其输入信息主要是指遥控接收送来的指令信息当然也含故障应急处理信息。根据输入信息来决策输出控制及遥测显示信息。因此其功能主要有：

1）保持飞机按给定的高度稳定飞行

2）保持飞机按预定的航线稳定飞行

3）控制飞机按给定的航向角飞行

4）控制飞机按给定的姿态角机动飞行

5）控制飞机按预定程序自主飞行

6）随着高度和速度的变化自动改变控制系统

7）采集飞行状态参数送至遥测发射系统

8）进行故障应急处理

9）完成飞机开关指令功能对任务设备的控制

其中1）～5）、9）条是飞控器根据地面遥控指令切换不同控制模态来实现第6）、7）、8）条由飞控器自行完成。飞行控制器采用了三种控制方式、四个反馈回路、五种控制模态来完成控制。

（一）控制方式