无人机系统理论基础 课件. 第二十七课时 无人机通信的工作模式与通信干扰

第二十七课时无人机通信的工作模式与通信干扰BU

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AVIATION目录/CONTENTS§2飞控管理通信模式§4无人机数据链抗干扰的关键技术§3无人机数据链抗干扰面临的挑战§1任务管理通信模式§1任务管理通信模式任务管理通信模式①定义：1.机上任务载荷采集的数据或信息，传回到地面站的传输过程2.需通过无人机中继站传输给其他无人机、通信设备数据通信过程②任务载荷：安装在无人机上，用于完成特定任务的设备或产品任务管理通信模式无人机所承担的工作任务：通过地面站的任务设备管理软件对任务载荷设备的工作状态进行监测与管理，并且对任务的实施情况进行实时监控任务管理通信模式监管的工作：根据通信链路畅通情况，分为任务设备状态自检测和地面人工监测任务管理通信模式：根据任务管理通信中信源信宿的不同及通信的方向不同分为数据回传模式和中继通信模式任务管理通信模式数据回传模式定义：任务载荷设备将任务现场采集到的数据、图像、视频等信息，实时传回到地面站的通信方式根据信息传输率分类：小批量数据传输、图像传输、视频传输无人机图传和数传任务管理通信模式数据回传模式小批量数据传输：①内容：无人机自身的状态信息和某些传感器采集到的低速率或低动态信息②需要带宽较小图像传输：①内容：无人机上图像采集传感器采集到的图像信息②要求的带宽更宽，一般为300Kb/s以上任务管理通信模式数据回传模式视频传输内容：无人机视频传感器、数码相机采集到的大数据量影像信息要求的带宽最大，有时会高达100Mb/s以上任务管理通信模式数据回传模式视频传输应用：森林防护、空中巡逻等监控领城，优点：数据传输实时高效无人机数码相机摄影通信，优点：飞行高度低、测绘精度高、天气影响小、易于实现高质量高效的数据传输无人机视频传输任务管理通信模式中继通信模式定义：把无人机作为通信的中继站，完成对其他系统的远程通信过程：将数据传递到无人机上通信接收设备，由通信发射设备传递到目标信宿无人机通信中继§2飞控管理通信模式飞控管理通信模式针对：无人机飞行中与地面站之间所需的控制与管理信息的通信交互原理：通过进行飞行控制的规划与管理，明确无人机飞行控制的通信任务及工作内容，实现对飞行航线规划、载入和实时调整，航线航点的切换控制与管理飞控管理通信模式任务航线规划：对无人机的飞行路径进行设计规划好的航线通过数据链路上传，可以根据飞行过程中实时重规划的结果，对航线进行及时调整修改植保无人机的航线规划飞控管理通信模式航点（航线）切换控制：在无人机导航子系统提供的导航定位参数引导下，使无人机从一个航点（航线）到达另一个航点（航线）出航、巡航和返航的控制：对无人机的起飞、平飞与降落的控制飞控管理通信模式要求：进行遥控指令处理和遥测参数收集对机载设备的状态与故障开展监测与处理进行定位解算实时进行飞行性能的评估与管理飞控管理通信模式工作过程无人机操控人员根据任务，通过地面站路径规划软件设计规划飞行航线地面通信电台发射机将飞行路径信息发送给机载通信电台接收机，加装到无人机的机载飞行管理计算机中无人机按照机载飞行管理的程序执行飞行任务飞控管理通信模式工作过程④机载通信电台发射机将无人机导航设备获得的位置与姿态等信息，实时传送给地面通信接收机进行处理和显示，并传送到地面站⑤地面站比较规划飞行航线与实际飞行航线的匹配程度，对无人机的飞行做出实时调整与控制任务管理通信模式要求要求无人机与地面站的通信电台或通信设备是双工的若配备半双工通信电台或设备，需要分时工作无人机通信中继任务管理通信模式要求③若无人机做编队飞行或多机协同工作时，可用一个地面站实现控制和监测，或者通过无人机间的中继通信向地面站传输无人机状态信息或接收地面站的控制指令无人机编队通信§3无人机数据链抗干扰面临的挑战无人机数据链抗干扰面临的挑战链路远距离路径损耗功率衰减和频谱效率降低传输延迟增加系统误码率、减少接收机信噪比、增加数据包的丢失概率无人机数据链抗干扰面临的挑战无人机平台的高速运动引发接收机多普勒频移（多普勒频移大小与运动速度成正比，与波长成反比）无人机数据链抗干扰面临的挑战链路中障碍物引起的衰落阴影衰落多径衰落多径衰落造成严重的码间干扰无人机数据链抗干扰面临的挑战人为非恶意干扰和恶意干扰非恶意干扰：频谱环境中存在的其他设备的无线电信号对无人机数据链产生的干扰恶意干扰：压制式干扰、欺骗式干扰无人机数据链抗干扰面临的挑战人为非恶意干扰和恶意干扰压制式干扰干扰机持续发射的干扰信号功率大于无人机数据链的信号功率，使数据链中的通信节点不能正确接收射频信号，导致通信链路中断按干扰信号的形式分类：单频干扰、窄带干扰、宽带干扰无人机数据链抗干扰面临的挑战人为非恶意干扰和恶意干扰欺骗式干扰采用跟无人机数据链信号结构相似的信号作为欺骗信号,达到降低其抗干扰性能的目的无人机数据链抗干扰面临的挑战拥挤的频谱环境传统的无人机数据链使用HF、VHF频段和SATCOM频段SATCOM频段不能保证每个数据传输阶段都可使用HF和VHF频段越来越拥挤在国内无人驾驶航空器可使用频段：840.5MHz～845MHz、1430MHz～1444MHz和2408MHz～2440MHz§4无人机数据链抗干扰的关键技术无人机数据链抗干扰的关键技术无人机数据链的要求广泛的频谱管理、分配能力解决因信息长距离传输而造成的功率大规模衰减的能力避开并避免非恶意干扰的能力抵抗恶意干扰的能力无人机数据链抗干扰的关键技术提高通信可靠性和有效性的无人机数据链相关抗干扰技术研究重点：低功耗MIMO系统的集成以扩频和跳频技术为代表的抗干扰技术的研究和使用有限频谱资源限制下，高吞吐量、高可靠性物理层和MAC层协议策略无人机数据链系统和卫星通信系统以及其他无线通信系统的整合无人机数据链抗干扰的关键技术基于协作通信的无人机数据链抗干扰技术：

提出了多信源条件下的协作通信方式，接收信号的误码率在动态传输速率条件下，传输可靠性更高为UAV数据链的多链路协同信息传输指明方向无人机数据链抗干扰的关键技术提出异步协同信息传输的方式，从物理层、链路层增强信息传输的可靠性无人机数据链抗干扰的关键技术物理层：利用三种空间分集技术，提高分集增益，提高抗干扰能力链路层：通过单发多收和基于随机同步竞争窗自举应答算法消除链路短时变化的影响，获得了更佳的网络抵达率和能量效率，增强了传输可靠性与抗干扰能力无人机数据链抗干扰的关键技术基于协作通信的无人机数据链抗干扰技术提出在因接收机和发射机相对运动或者环境变化较快时产生的过时信道状态信息下协作通信中继选择方法，在一定程度上抵抗对协作通信系统的干扰提出基于MAP准则的信道状态信息预测，来提升协作通信系统的抗干扰能力针对无人机数据链复杂环境中受干扰程度，提出结合支持向量机与功率准则的预测评估方法,可用于无人机数据链重构提出基于认知无线电技术的无人机数据链通信，通过认知引擎，输出无人机系统重构后的通信参数以及由输入，判断系统遭遇的情况种类无人机数据链抗干扰的关键技术基于认知无线电的无人机数据链抗干扰技术提出基于认知无线电的无人机智能数据链概念及内涵,描述其工作过程并给出指标体系及功能分级提出无人机智能数据链的体系结构提出了基于状态机的无人机数据链多参数规划方法，为