无人机数据链系统抗干扰性能飞行试验技术研究
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反无人机能力汇集及试验验证项目哎,说到无人机,大家都知道现在这个小家伙简直是无处不在,别说大街上,连你家后院都有可能飞来一只。
不过,这也带来了一个问题,很多时候我们根本无法控制这些飞行器,尤其是一些不明身份的“黑飞”无人机。
你想想,有时候这种小飞行器突然出现在你家窗外,不知道是拍照、还是在偷窥,心里那个毛啊,简直让人神经紧张。
你说是吧?所以,现在越来越多的地方都开始重视“反无人机”技术,反正,谁都不想在自己家门口突然来个不速之客,飞个不明的飞行物。
在这方面,最近有一个大项目,听说叫做“反无人机能力汇集及试验验证项目”。
别看名字挺复杂,实际上它就是为了研发一些能有效识别、拦截、摧毁甚至让无人机“乖乖停下”的技术,确保我们在无人机的“骚扰”面前能有点防备。
不说你也许不信,光是这技术的背后,能动用的高科技工具简直是应有尽有,激光、电子干扰、雷达系统这些,都能派得上用场。
听起来像科幻电影里的场景是不是?不过,现实生活中,这些技术也真的是在一点一点被落实,越来越接近实际应用。
大家可能有些好奇,怎么这些反无人机的技术,能那么高效地“收拾”那些飞天的“小玩意”?嗯,这事儿得从多个角度来理解。
你得知道,无人机的工作原理其实非常简单,基本就是通过遥控器或自主飞行来执行任务。
可是,问题来了,不是所有无人机都是合法的,有一些可能是飞得太高,飞得太远,甚至不管不顾地进入了一些禁飞区,弄得地面上的人心慌慌,整天担心有突发事件发生。
尤其是现在,很多敏感的地方,像机场、相关部门大楼这些地段,要是被无人机乱飞,就算不出事,也得吓一大跳。
因此,针对这些不速之客,必须得想个办法来“请它们离开”。
这时,反无人机的技术就发挥了它的大作用了。
比如说,激光武器系统,它能够通过精准的激光束将无人机“锁定”,然后用集中能量的方式将其击毁。
是不是觉得特别高大上?不过别担心,这种技术并不像科幻片里那样让人看得眼花缭乱。
相反,它的操作简单得很。
你只需要站在控制台前,一眼看过去,手指一点,激光就会准时“送上门”,让无人机掉个大跟头,甚至直接掉下来。
无人机信号传输中断解决方案探究无人机信号传输中断是指在无人机飞行过程中,由于某种原因导致无人机与遥控器之间的信号传输出现中断,造成无人机失去遥控能力,无法继续飞行或进行其他任务。
这种情况对于无人机安全和任务的完成都带来了很大的风险和困难。
因此,解决无人机信号传输中断问题对于提高无人机可靠性和安全性至关重要。
无人机信号传输中断的原因有很多,包括环境干扰、信号干扰、电磁干扰、遥控器故障等。
针对不同的中断原因,我们可以提出一些解决方案来避免或应对无人机信号传输中断问题。
首先,对于环境干扰引起的无人机信号传输中断,我们可以采取以下措施:1.选择合适的飞行环境:避免信号干扰较强的环境,例如高楼、高压电线、电磁辐射强的区域等。
2.规避天气因素:避免在恶劣天气条件下飞行,例如大风、暴雨、雷电等天气情况容易造成信号传输中断。
3.使用抗干扰功能:选择具备抗恶劣环境干扰的无人机和遥控器,以确保信号传输的稳定性。
其次,针对信号干扰引起的无人机信号传输中断,可以采取以下措施:1.频率跳变技术:无人机和遥控器可以采用频率跳变技术,通过在不同的频率之间切换信道,避免被特定频率的信号干扰。
2.使用高功率信号发射器:增加发射功率可以提高信号的传输距离和穿透能力,减少信号被干扰的可能性。
3.使用编码解码技术:采用编码解码技术可以有效抵御干扰信号的干扰,提高信号传输的稳定性和可靠性。
另外,针对电磁干扰引起的无人机信号传输中断,可以采取以下措施:1.加强电磁屏蔽:对无人机和遥控器进行电磁屏蔽处理,减少外界电磁场对无人机信号传输的干扰。
2.使用抗电磁干扰设备:选择具备抗电磁干扰能力的无人机和遥控器,以提高信号的传输稳定性。
最后,针对遥控器故障引起的无人机信号传输中断,可以采取以下措施:1.备用遥控器:为无人机配备备用遥控器,以备遥控器故障时的紧急情况,能够及时切换到备用遥控器进行操控。
2.故障检测和预警系统:在无人机和遥控器中集成故障检测和预警系统,能够实时监测遥控器的工作状态,一旦出现故障能够及时发出警报并采取相应的措施。
外军无人机数据链发展现状及关键技术研究摘要:无人机是现代战场上的新型作战力量,在未来战争中将发挥越来越重要的作用,同时战争对无人机的需求和依赖性也在日益增长,驱动了该领域很多革命性的新概念的涌现。
本论文主要是对作为无人机重要组成部分的外军无人机数据链的发展现状及关键技术进行研究,对外军无人机数据链的现状进行了系统的分析,总结和分析了外军无人机数据链的发展,同时根据当前新的作战运用,预测无人机的发展,可为相关领域的工程技术人员提供参考,因而具有重要意义。
关键词:无人机,外军,数据链无人机数据链路是整个无人机系统的重要组成之一,不可或缺的一部分,是地面控制站与无人机之间连接的桥梁、信息传递的纽带。
具体的操作过程是:通过上行发送遥控指令给无人机,操作无人机动作、姿态,而无人机的位置信息、任务设备获取的信息等则通过下行信道由无人机传递至地面控制站,同时数据链路的技术指标、工作状态可以直接影响到整个无人机系统的技术指标以及全系统的运行状态。
所以说,数据链路就是无人机系统的生命线。
因此对于无人机数据链路的研究应运而生,而有着丰富经验的外军无人机数据链路更是研究的主要对象。
1研究背景当今世界,随着科学的发展,武器系统的更新换代,作战方式在不断地改变,信息化、网络化、无人化成为作战方式发展的大趋势。
而无人机作为新型作战力量,已经成为战场上不可忽视的一部分力量,因此对于无人机的应用、战法以及如何增强无人机的战斗力,已经无人机研究中的重点。
对于无人机的战斗力的提升的首要关键在于增强对无人机的控制能力,在这一点上,无人机数据链路起到了关键作用【8】。
本论文的主要目的是对外军无人机数据链路的发展现状及关键技术进行研究,针对研究的结果比对我军现状,寻找差距,以期能够给与我国军用无人机的数据链路发展一些建议。
总结国外(主要是美国)无人机数据链路的发展现状,对无人机数据链路系统的关键技术进行了研究分析,并预测了无人机数据链路的发展趋势。
噪声对无人机通信系统的干扰分析一、无人机通信系统概述无人机通信系统是无人机技术中的重要组成部分,它负责无人机与地面控制站之间的信息传输。
随着无人机在事侦察、环境监测、物流配送等领域的广泛应用,其通信系统的稳定性和可靠性显得尤为重要。
然而,在实际应用中,无人机通信系统常常受到噪声的干扰,影响通信质量,甚至导致通信中断。
本文将对噪声对无人机通信系统的干扰进行深入分析。
1.1 无人机通信系统的基本组成无人机通信系统通常由发射端、接收端和传输介质三部分组成。
发射端负责将控制指令或数据信息编码后发送出去;接收端则接收来自发射端的信号,并进行解码以获取原始信息;传输介质则是信号传播的通道,常见的有无线电波、卫星信号等。
1.2 无人机通信系统的工作频率无人机通信系统的工作频率通常在UHF(超高频)、VHF (甚高频)或更高的频率范围内。
这些频率的选择与无人机的飞行高度、通信距离以及抗干扰能力有关。
1.3 无人机通信系统的应用场景无人机通信系统在多种场景下都有应用,包括但不限于事侦察、环境监测、农业喷洒、物流配送等。
在这些应用中,通信系统需要保证信息传输的实时性、准确性和安全性。
二、噪声对无人机通信系统的干扰分析2.1 噪声的来源与分类噪声是无人机通信系统中不可避免的现象,它可能来源于自然环境、电子设备、人为干扰等多种因素。
根据噪声的来源,可以将其分为白噪声、脉冲噪声、窄带噪声等类型。
2.2 噪声对信号传输的影响噪声会对无人机通信系统中的信号传输产生干扰,主要表现为信号的衰减、失真和延迟。
这些干扰会影响信号的接收质量,进而影响无人机的控制精度和任务执行的可靠性。
2.3 噪声干扰的机理分析噪声干扰的机理可以从信号与噪声的叠加、信噪比的降低、信号检测的困难等方面进行分析。
在信号与噪声叠加的过程中,噪声会掩盖信号的某些特征,使得信号难以被准确识别。
信噪比的降低会减少信号的有效信息量,增加误码率。
信号检测的困难则可能导致信号无法被正确解码,影响信息的传递。
无人机的自主飞行与控制算法技术研究方法在当今科技迅速发展的时代,无人机已经成为了众多领域的重要工具,从航拍、农业植保到物流配送、灾难救援等,其应用范围不断扩大。
而实现无人机的自主飞行是提升其性能和应用价值的关键,这其中控制算法技术起着核心作用。
要理解无人机的自主飞行与控制算法技术,首先需要明白无人机的工作原理。
简单来说,无人机通过各种传感器感知周围环境,包括但不限于 GPS 定位、惯性测量单元(IMU)获取姿态信息、摄像头获取图像等。
这些传感器收集到的数据被传输到飞控系统,飞控系统根据预设的算法和控制策略对数据进行处理,然后生成控制指令,驱动电机或舵机等执行机构,从而实现无人机的各种动作,如起飞、悬停、飞行、降落等。
在自主飞行方面,路径规划是一个重要的环节。
这就好比我们在出行前规划好路线,无人机也需要在飞行前确定最优的飞行路径。
常见的路径规划算法有蚁群算法、A算法等。
蚁群算法通过模拟蚂蚁在寻找食物过程中的行为来找到最优路径,其优点是具有较强的全局搜索能力,但计算量较大。
A算法则是一种基于启发式搜索的算法,它能够在较短的时间内找到较为合理的路径。
控制算法则是确保无人机能够稳定、准确地沿着规划好的路径飞行。
其中,PID 控制算法是一种经典且常用的控制方法。
PID 分别代表比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)。
比例控制根据当前误差与设定值的偏差成比例地调整输出;积分控制用于消除稳态误差;微分控制则根据误差的变化率进行调整,以提高系统的响应速度和稳定性。
然而,PID 控制算法在面对复杂的非线性系统时,可能会出现性能不佳的情况。
为了应对这种情况,现代控制理论中的一些方法被引入到无人机控制中,比如线性二次型调节器(LQR)和模型预测控制(MPC)。
LQR 通过求解一个最优控制问题,得到使系统性能指标最优的控制律。
MPC 则是基于系统的模型预测未来的状态,并通过优化算法计算出最优的控制输入。
无人机飞行控制技术研究现代科技的快速发展使得人们的生活变得更加便利和舒适。
而在最近几年,越来越多的无人机进入了人们的视线中,这也意味着人类正在向着更加智能化和自动化的未来迈进。
而无人机作为一种高科技产物,其发展和应用不仅需要前沿技术的支持,同时也需要在各种关键技术上的稳定和可靠。
其中,无人机飞行控制技术的研究与应用显得尤为重要。
一、无人机飞控系统无人机的飞行控制系统通常包括遥控器、飞行控制器、电池和电机等组成部分。
飞行控制器是整个系统的核心,其主要负责控制飞行器的稳定性、姿态和高度等方面的参数。
而在飞行过程中,不仅需要依靠传感器获取姿态参数,同时也需要进行电力控制和数据传输等操作,因此控制器对于飞行器性能的影响至关重要。
二、传感技术在无人机的应用精准的传感技术是实现无人机飞行控制的关键性问题。
在无人机的应用中,常用到传感器包括陀螺仪、加速度计、磁力计等。
这些传感器都是识别飞行器姿态和高度的主要依据,对于无人机的垂直高度控制、姿态控制和自稳定等模式至关重要。
此外,在无人机的飞行过程中,准确、实时的数据传输对于飞行控制系统也非常重要。
三、其他关键技术除了传感技术和飞行控制技术外,无人机的飞行稳定性和控制还需要结合一系列关键技术,包括电源管理技术、通信技术和自主的控制技术等。
其中,电源管理技术是确保无人机长时间稳定飞行所必需的技术,而通信技术则是保证飞行控制与地面调度站之间的实时通讯。
自主控制技术则是未来无人机应用的关键技术,该技术将使得无人机可以在更为复杂的环境下进行飞行,自身驾驶技能将越来越智能化。
总之,无人机作为一种重要的高科技产物,在未来的发展中将不断拓展其应用范围,并且将成为人们日常生活中的一部分。
而在这样的背景下,无人机飞行控制技术的研究和应用将会得到更多的关注和重视,这也将是未来该行业的一个重要研究方向。
无人机信号抗干扰能力指标-回复无人机的信号抗干扰能力是指其在干扰环境下保持稳定、可靠的信号传输和控制能力。
干扰可能来自多种因素,包括其他无人机的信号、雷达、电磁干扰源等。
提升无人机的信号抗干扰能力对于确保其飞行安全和任务顺利进行至关重要。
本文将从定义、重要性、干扰源和信号抗干扰的指标等方面逐步探讨无人机的信号抗干扰能力。
首先,什么是无人机的信号抗干扰能力?信号抗干扰能力是指无人机在受到外界干扰时,能够保持稳定的信号传输和控制能力。
干扰可能会导致无人机的信号质量下降、控制失灵甚至飞行失控等问题,因此提高信号抗干扰能力可以增强无人机的可靠性和安全性。
其次,为何提升无人机的信号抗干扰能力如此重要?无人机的信号抗干扰能力直接关系到其在真实环境中的使用效果。
无人机的应用场景广泛,包括军事侦察、灾害救援、物流配送等,这些场景通常都存在干扰源。
如果无人机的信号抗干扰能力较差,它们可能无法稳定地传输信号和接收控制指令,从而影响任务执行效果。
此外,无人机的信号抗干扰能力还与飞行安全密切相关,提升抗干扰能力可以降低飞行事故的风险。
接下来,我们来看一些可能的无人机干扰源。
首先是其他无人机的信号干扰。
随着无人机的普及和广泛应用,无人机的数量急剧增加,不同频段、不同协议的信号会相互干扰,影响无人机的正常运行。
其次是雷达干扰,雷达系统会产生大量的电磁信号,这些信号可能会对无人机的通信和导航系统产生干扰。
此外,电磁干扰源也会对无人机的信号传输和控制产生负面影响,比如高压输电线路、通信信号干扰等。
针对无人机的信号抗干扰能力,有一些重要的指标需要考虑。
首先是频谱容量,即无人机系统所能支持的频谱资源。
频谱资源有限,无人机需要合理利用和管理频谱资源,以确保稳定和可靠的信号传输。
其次是抗干扰性能指标,包括干扰抑制比、接收机的灵敏度、信噪比等。
这些指标反映了无人机系统在干扰环境下保持信号传输和控制能力的能力。
此外,天线性能也是影响信号抗干扰能力的重要因素,天线的增益、方向性等参数会直接影响信号的传输和接收质量。
无人机数据链系统抗干扰性能飞行试验技术研究
无人机数据链因为其特殊的性质,极易受到干扰,造成无人机损毁的重大损失。
数据链系统抗干扰性能的好坏、是否具有强的抗干扰能力是能否取得电子战胜利的首要条件。
文章从抗干扰容限建模和试飞航线规划两个方面,对无人机数据链抗干扰能力的飞行试验方法作一些理论和工程上的探索,对于实际应用具有一定的指导意义。
标签:无人机数据链系统;抗干扰;飞行试验
引言
无人机的通信系统由数据链构成。
无人机系统(UAS)主要由数据链系统、任务控制站(MCE)和飞机平台(UA V)等三个主要部分构成。
数据链系统作为无人机的重要组成部分,是飞机与地面站系统联系的纽带,是无人机控制的通道。
典型的UAS数据链系统组成见图1。
UAS的操作/控制、情报信息分发/传输,甚至包括武器发射等主要工作都要借助数据链来完成,这也是UAS区别于有人机系统的一个重要特点,因此对于UAS来说,其数据链系统性能的优劣直接决定了整个UAS性能的优劣。
鉴于此,数据链系统也就成了整个UAS性能试飞的重点考核对象,例如在美国全球鹰(Global Hawk)无人侦察机的定型(OT&E)试飞过程中,数据链系统就进行了440h的专项试飞,占到总试飞小时数的18.7%[1]。
文章对评估验证无人机数据链系统抗干扰能力的飞行试验方法作一些理论和实际应用上的研究与探索。
2 无人机数据链系统信号特点及抗干扰技术分析[2]
无人机数据链系统涵盖了从UHF~Ka波段的大部分无线电频段,并且针对不同的传输速率以及编码样式等因素,其抗干扰容限也都不尽相同。
从而对数据链系统抗干扰试飞提出了更为复杂的要求。
在航空通信中,现在一般采用基于扩频通信的抗干扰技术,包括DS、FH和DS+FH3种方式[3],从而衍生出一些典型的抗干扰技术。
2.1 实时选频技术
在实时选频系统中,通常把干扰水平的大小作为选择频率的一个重要因素。
所以由实时选频系统所提供的优质频率,实际上已经躲开了干扰,可使系统工作在传输条件良好的弱干扰或无干扰的频道上。
近年来出现的高频自适应通信系统,还具有“自动信道切换”的功能。
也就是说,遇到严重干扰时,通信系统将作出切换信道的响应。
2.2 高频自适应抗干扰技术[4]
高频自适应是指高频通信系统具有适应通信条件变化的能力。
在高频通信系统中可以有各种类型的自适应,如频率自适应、功率自适应、速率自适应、分集自适应、自适应均衡和自适应调零天线等。
但是改善高频无线电通信质量、提高可通率的最有效的途径是实时地选频和换频,使通信线路始终工作在传播条件良好的弱噪声信道上。
所以一般来说,高频自适应就是指频率自适应。
2.3 高速跳频技术
跳频通信就是针对传统无线电通信的弊端,使原先固定不变的无线电发信频率按一定的规律和速度来回跳变。
从抗干扰通信角度来看,跳频通信是靠载频的随机跳变来躲避干扰,将干扰排斥在接收信道以外来达到抗干扰的目的,避免敌方电台的测向和干扰。
3 飞行试验设计
文章主要从建立确定抗干扰容限的电磁衰减模型、飞行试验航线设计两个方面进行飞行试验方法设计。
最后结合工程实际对无人机数据链抗干扰性能进行评估。
3.1 抗干扰容限的电磁衰减模型建立
(1)电磁波的传播距离与传播路径上的损耗有直接的关系[5]。
传输损耗主要是自由空间的传输损耗Lbf。
Lbf的定义是两个理想电源天线(收、发天线增益都等于1,发射机到天线和接收机到天线的信号无衰减)在自由空间传输和接收无线电波时产生的损耗,用分贝表示则为
地面终端和链路干扰机在同址或与无人机等距位置向无人机发送信号,在机上加装频谱仪,测试信号源和干扰源到达载机天线接收端的信号功率,调节干扰电平,使其达到指标所要求干扰增益。
在通信接收机中,接收机接收的总干扰功率为环境噪声功率与干扰信号功率之和[6],试验时,假设人为有意干扰远远大于环境噪声干扰和人为无意干扰,则有:
因此,在机载通信抗干扰接收机端接收的信号功率与接收的干信比为:
根据干扰站的具体位置,可确定相应的干扰功率。
3.2 飞行试验航线设计
假设飞行试验的考核目的为验证通信方式的抗干扰性能,即验证该方式下的抗干扰容限和在一定压制比下的通信作用距离,则可设计飞行试验航线如下。
飞机在地面通信电台与干扰站的中垂线上空飞行,保持在中垂线上的干扰容限不变,在此航线上进行通信试验,检查在设定干扰容限下通信系统的抗干扰能力,如图3所示。
试验时:
(1)为方便计算,假设接收天线在接收信号与接收干扰两个方向上的增益相同,即;
(2)在通信接收机中,环境噪声等于KTeBn,这里K为波尔兹曼常数,Te 为有效噪声温度,因此,接收机接收的总干扰功率就为环境噪声功率与干扰信号功率之和,则抗干扰容限表示如下:Mj=(Pji+KTeBR)/Psj,试验时,假设人为有意干扰功率将远远大于环境噪声(KTeBn)和人为无意干扰(指在基地一区情况)即:Mj=Pji/Psj;
(3)假设电磁波极化形式与天线极化形式相同,Kp≈1;
(4)试验时可选取rSR=rjR进行试验。
则有
(5)根据最佳干扰原理,在时域上要求通信信号和干扰信号同步;在频域上,设置干扰频宽准确的落在通信信号频宽内采用此种飞行航线的优点是保证了飞机在飞行过程中,接收机接收到的有效通信信号和干扰信号的比值为事先确定的值,在此条件下有充足的时间进行通信试验。
3.3 无人机数据链系统抗干扰性能评估
在飞行试验中,可考虑采用误码率评价方法进行无人机数据链系统抗干扰性能的评估。
误码率是每一个数据链系统,特别是UAS数据链系统的一个关键指标。
一方面,要求数据链必须有着足够低的误码率以使得各种传感器数据可以得到有效的传输,另一方面,它还必须保证在关键飞行阶段(比如飞越居民区或起飞降落等)所进行的指令/控制的高可靠性。
4 总结与展望
文章力图结合工程实际对抗干扰性能评估验证的飞行试验作一些研究与探索。
抗干扰效能的有效验证与评估,对于战术应用具有重要的指导意义,文章的研究对于验证无人机数据链系统的抗干扰性能具有一定的意义。
无人机数据链系统抗干扰性能试飞的主要目的之一就是在真实的飞行环境下摸出被试数据链系统的极限抗干扰性能。
开展此类试验时,一般都要求持续增加干扰信号的强度直至通信链路中断,从而检查出其极限性能指标。
但在试飞过
程中,通信链路性能的不断下降甚至中断都将会对被试UA V造成不可预知的影响,甚至造成UA V的损失。
在下一步的研究中,应对无人机数据链抗干扰飞行试验的安全保障方法以及应急预案进行着重研究。
参考文献
[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]苟延新.无线电抗干扰通信原理及应用[M].西安:电子科技大学出版社,2005,5.
[3]周兴建,甘明.航空通信抗干扰技术性能仿真分析[J].电讯技术,2004,1.
[4]於时才,闫文芝,高大鹏,等.无线通信抗干扰新法-实时跳速自适应跳频技术[J].甘肃科技,2008,24(16).
[5]张瑜.电磁波空间传播[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007:151-163.
[6]徐穆洵.现代通信对抗研究[M].电子工业部第三十六研究所,
1995,7.
作者简介:谭馨(1982-),女,新疆伊犁人,工程师,现从事通信导航试飞工作。