新形势下无人机测控链路产品形态发展的思考
【摘 要】 随着无人机平台、载荷与数据链技术的快速发展，产生了很多新的作战模式和使用需求，无人机测控数据链的技术体制和产品形态也在不断迭代演进。本文首先介绍了现有无人机测控链路的功能内涵与产品形态;然后分析了军民用领域衍生出的各种新的使用需求、新技术与新体制;最后通过对各类新技术和新体制进行功能裁剪与组合形成不同的产品形态，以满足军品、军贸和高端民用行业用户的具体使用需求。
【关键词】 无人机 测控数据链 产品形态
1现有无人机测控链路产品的功能内涵与产品形态
无人机测控链路用于完成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和信息传输等功能。从作用距离上可以分为视距和超视距链路;从传输速率上分为宽带链和窄带链;在传输方式上存在点对点、点对多点、中继传输、多跳路由等方式。无人机测控数据链的工作频段涵盖UHF、L、S、C、Ku等频段，其中用于视距数据链的有UHF、L、C、Ku频段，用于卫星中继链路的有UHF、C、S、Ku、Ka频段。在双工方式上普遍采用上下行异频全双工，也有一部分低速链路采用时分半双工方式。上行遥控链路速率较低并普遍采用扩频、跳频或扩跳结合等抗干扰通信体制，抗干扰容限达到10dB以上。下行鏈路需要传输遥测及载荷数据，一般采用基于单载波频域均衡和正交频分复用等抗多径传输通信体制。在信道编码方面普遍采用卷积、RS和LDPC等编码方式，提高了接收灵敏度和信息传输可靠性。单目标无人机测控通信链路的传输距离范围从10km到250km，下行速率范围为256kbps～64Mbps。在一站多机产品形态上，一般采用TDMA/FDMA多址方式。目前国内成熟的一站多机产品由于地面天线性能的限制，支持的用户数目、通信速率和作用距离均有限，国外普遍采用卫星中继方式实现一站多机测控。
无人机测控数据链的用户群可分为军品、军贸和民品用户。其中军品和军贸级产品定位为装备，而民用级产品则定位为工业产品。不同用户对测控链路的功能、技术体制和产品形态上的需求差异较大。军用无人机测控数据链作用距离较远，具备抗干扰、抗截获和抗多径能力。能够传输种类繁多的飞行控制、任务控制、链路控制、载荷控制等遥控类指令，以及各类光电、图像、通侦、电侦类载荷数据，对链路的可用度和安全性要求较高。地面设备一般安装在方舱内，并且一般配置不同频段的主副链热备份使用。民用无人机测控链路对上行遥控要求不高，大部分时间无人机依靠飞控实现自主飞行。上行链路一般采用成熟的移动通信类芯片进行二次开发。下行链路一般采用OFDM体制的图传电台。民用无人机测控数据链的工作频段一般采用公用频段如900MHz、1800MHz、2.4GHz。作用距离一般不超过100km。地面天线一般不需要采用自动跟踪，也不需要测距功能。地面设备形态一般为便携式设备，便于运输与安装。民用无人机测控数据链主要优势在于性价比较高，链路的安全性和可靠性较低，抗电磁干扰能力较弱。飞行的安全性主要依靠飞控算法和导航设备实现。
2新形势下无人机测控链路的使用需求与新型技术体制
随着无人机在军民用领域的广泛应用，作战模式和针对无人机测控对抗样式也在不断演进，无人机测控链路的功能外延不断扩大。由此产生了一些新的使用需求和技术体制：
1）构建无人机测控信息传输网络，实现无人机随遇接入，提升信息传输的灵活性。传统无人机测控链路依照“一站一机”和“一站多机”的方式实现对无人机的控制和数据传输。这种工作模式存在用户数目少、通信距离受限、缺乏网络化传输手段等缺点。在现代化信息战场上，基于网络化的信息传输能够实现多个武器平台的协同作战，充分发挥最大的作战效能。采用多目标测控及自组织网技术对传统的无人机测控通信链路进行功能扩展，实现控制站、无人机与武器平台（有人机、无人机群、地面/舰船集群）三者间的网络化信息传输，提升无人机测控目标数目、工作距离以及多武器平台间信息传输的灵活性。在战场监视、信号情报侦察、通信中继、电子对抗、军事测绘、战损评估、战场压制、空空或空地作战等领域有广泛的市场前景。
2）采用先进的数字多波束形成技术，实现全空域多无人机群目标测控。无人机集群攻防成为未来战场体系对抗的一种重要作战模式。传统的抛物面天线无法实现多目标动态跟踪。目前在用的一站多机系统普遍采用一个测控站上安装双天线实现双目标测控。全空域多目标无人机测控系统采用共形球面或柱面阵列天线和多波束形成技术，在全空域同时形成多个波束。每个波束指向一个测控目标，实现同时快速多目标测控。消除了传统机械伺服系统无法实现多目标同时跟踪的缺点，能满足单站多机同时测控任务的需求。能够同时对全空域任意方向4～16个及以上数量无人机进行跟踪和测控。具备从不同口径规模产品，支持陆基、车载、舰载等多种安装形式。
3）提升无人机测控链路的射频隐身性能，增加无人机测控链路的抗截获和战场生存能力。在复杂战场环境下，与有人机相比无人机面临的敌方威胁程度高、电磁环境更加复杂（有人机距敌方威胁约200～400公里，无人机距敌方威胁约100～200公里）。因此无人机测控链路的抗截获能力对无人机战场生存能力有着至关重要的影响。现有的无人机测控链路具备一定的抗干扰能力，但是在信息速率、调制方式、扩频码速率、扩频码型、跳频图案、跳频速率、辐射时间、辐射功率等通信要素上可选集合不多，并且不具备时变特性。由此导致很容易被敌方的无源探测系统进行信号接收，分选、识别与分析。敌方无源探测系统作用距离很远，战场环境下谁先发现谁就可以先发起攻击。作为无人机与地面控制站之间的生命线，无人机测控链路的抗截获能力对无人机战场效能的发挥有至关重要的影响。因此需要在信号猝发辐射和功率控制基础上继续提高测控链路的波形复杂度。
4）建立无人机测控链路安全防护体系架构，提升无人机测控链路抗入侵反控制能力。现有无人机测控数据链主要围绕实现具体的通信能力而进行设计。通信与保密分离，只有简单的数据加解密过程，缺乏系统级的安全性设计。如在信号同步头格式、入网鉴权数据格式与流程、身份鉴权以及数据完整性保护方面存在安全漏洞。如果无人机测控链路相关的信号波形、通信协议、工作方式被敌方破译掌握，那么同型号无人机测控链设备就无法在战场环境下使用。因此急需采用通信安全保密一体化设计思路，建立无人机测控链路安全防护体系架构，实现多层级入侵检测、无线传输安全防护、协议安全防护、平台安全防护、信息分级防护，具备抗侵入、反控制、抗信息欺骗与篡改和抗入网欺骗能力。
3新形势下无人机测控链路产品形态分析
军用級无人机测控通信链路产品形态未来需要采用相控阵天线实现全空域多目标测控，同时具备测控通信组网一体化工作能力，在继续提高波形抗干扰能力的基础上不断完善测控链路的射频隐身和安全防护能力。在战场、边海防等广域空间分布式地部署多个测控站与无人机构建空地一体的通信基础设施，除了具备大尺度范围内多目标测控的能力，还能在不依靠卫星通信资源的条件下完成广域空间战场侦察、目标指示、情报侦收、监视预警、通信中继等功能。依托舰空/地空测控链路实现的网络化中继传输和随遇接入，最大效能地发挥无人机网络化体系作战能力。
未来民用级无人机测控通信链路产品采用相控阵天线的成本太高，并且其抗干扰和抗截获能力的需求并不像军用无人机测控链路产品要求那么高，但是同样有网络化信息传输与提高链路的抗入侵反控制能力的要求。随着5G移动通信、人工智能和自组网技术的快速发展，在提高无人机智能化水平的条件下继续提高链路传输速率和组网能力，降低通信时延，提高通信距离和产品性价比仍然是民用无人机测控链路追求的目标。此外伴随着低空领域的逐渐开放，提高民用无人机适航能力一个重要的保证措施就是无人机测控数据链路的安全性。目前民用无人机测控链路在此方面比较薄弱，依然有很大的进步空间。
4总结
本文讨论了现有无人机测控链路产品的功能内涵与产品形态，并分析了新形势下无人机测控链路使用需求与新型技术体制，针对未来的军民用无人机测控数据链产品形态的演变提出了建议。秉承“技术先进、经济适用”的理念，未来军民用无人机测控链路产品形态的发展既有融合又有各自独特的特点，需要互相借鉴并取长补短。
【参考文献】
[1] 刘畅，无人机测控与信息传输技术发展综述[M]，中国新技术新产品.2017 NO.04（上）
[2] 万刚，无人机测绘技术及应用[B]，测绘出版社，2015，60
[3] 丁文锐，无人机数据链抗干扰技术发展综述[M]，电子技术应用，2016年第42卷第10期，8
[4] 周祥生，无人机测控与信息传输技术发展综述[M]，测控遥感与导航定位，2008年无线电工程，第38卷第一期，31
作者简介：刘毅 ?1978- ? ?男 ?汉族 ?四川省安岳县人 ?工程师 ?理学学士 中国电子科技集团公司第十研究所市场管理
