無人機（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫為UAV），是一種靠遙控系統(tǒng)操縱和自備程序控制的非載人飛行器。遙測系統(tǒng)是把被測量對象的參數傳給遠端測量站的一種系統(tǒng)。無人機測控系統(tǒng)是無人機的信息網絡和控制系統(tǒng)，除實現(xiàn)對無人機的遙控遙測、跟蹤定位和數據信息傳輸功能外，同時對飛行狀態(tài)與任務信息進行實時監(jiān)視和記錄，其性能和規(guī)模在很大程度上決定了整個無人機系統(tǒng)的性能和規(guī)模。

1.無人機地面遙測站系統(tǒng)

1.1 地面遙控系統(tǒng)的工作原理

地面遙控系統(tǒng)包括監(jiān)控臺、指令編碼器、副載波調制器、載波調制器、發(fā)射天線、地面檢測接收機等基本設備和輔助設備。地面遙控系統(tǒng)在監(jiān)控臺、PC機、引導設備和外部接口設備等的支持下，完成對無人機的目標跟蹤和遙控指令的產生與控制。遙控指令和數據的形成在實施控制前一般要制定好，遙控計劃在無人機經過地面站上空前送往相應的監(jiān)控站，當無人機進入地面站的覆蓋區(qū)時，必須由地面人員發(fā)出遙控指令加以控制，使之做出各種動作，完成既定任務，實現(xiàn)預期目的。

1.2 遙控系統(tǒng)差錯控制技術

由于外部干擾和系統(tǒng)內部的不穩(wěn)定，任何傳輸手段都存在一定的錯誤概率。遙控傳輸信道本身能達到的碼元誤碼率一般為10-4～10-6，而無人機遙控指令的誤碼率要求在10-8以下，這樣除了采用較好的調制解調方法外，也要降低相應的錯誤概率。差錯控制是根據待傳數據序列，以一定規(guī)律產生一些多余碼元，使原來不相關的數據序列變?yōu)橄嚓P編碼，并把多余碼和信息一起傳送，接收端根據信息元和多余碼之間的規(guī)則進行檢驗，從而發(fā)現(xiàn)錯誤進行更正。

1.3 遙控數據保護

遙控信息的安全是無人機遙控系統(tǒng)設計和任務實施過程中最重要的問題，在日益發(fā)展的電子偵察和電子對抗技術中，遙控信息的傳輸經過空間鏈路具有開放性，使遙控信息面臨更為復雜的環(huán)境，面對更多的威脅，更應利用數據技術提高安全性。

2.無人機遙測地面站系統(tǒng)設計要點

無人機遙測地面站系統(tǒng)中各個遙測終端都對無人機進行監(jiān)測，各個終端可以相互通信，以及各個終端可以和測控中心進行通信，從而保證遙測任務的順利完成。

2.1 抗干擾設計

隨著電子戰(zhàn)技術的不斷發(fā)展，無人機面臨的電子對抗形勢日趨嚴峻，要求一步提高無人機測控鏈路的抗截獲和抗干擾能力。無人機測控地面站與機載設備工作距離比較遠，地面站天線波束輻射仰角很低，地面的干擾信號容易進入地面站天線，這就要求無人機測控系統(tǒng)應具備一定的抗干擾能力。擴頻測控體制是抗干擾、抗截獲的主要技術體制。在抗干擾性能的設計上，無人機測控系統(tǒng)主要采用偽碼直擴技術和跳頻技術對抗寬帶白噪聲的壓制性干擾，同時采用頻域自適應濾波技術對抗單載波等窄帶型干擾信號。當系統(tǒng)輸入干擾為單頻或窄帶干擾時，可以采用頻域自適應濾波算法抑制單頻和窄帶干擾，具體方法為：首先利用快速傅立葉變換(FFT)將輸入信號變換到頻域，然后用一個干擾抑制模塊對頻譜進行處理以消除窄帶干擾，最后用快速傅立葉反變換(IFFT)將處理過的信號從頻域變換到時域。頻域自適應濾波算法的特點是干擾信號越強，抗干擾的效果越好。

2.2 以太網技術應用

無人機測控系統(tǒng)的地面站的數據接口復雜，各個功能單元的數據呈現(xiàn)星形連接方式，本著對信息接口設計簡單可靠的設計原則，并充分考慮擴展性，最好的選擇就是應用以太網接口技術。以太網技術在計算機上應用很成熟，但在非計算機系統(tǒng)的基帶單元上卻不容易實現(xiàn)。以太網絡協(xié)議采用基于IP地址的UDP通訊協(xié)議，對廣播類型的數據使用UDP組播協(xié)議，同個設備送出的不同類型的數據，則可用不同的網絡端口來實現(xiàn)。采用以太網協(xié)議構建地面站的網絡系統(tǒng)使地面站具備很強的擴展性，可以方便實現(xiàn)多個地面測控站的聯(lián)網和數據共享。

2.3 定位設計

測控地面站定向天線在無人機飛遠時使用，工作時天線波束仰角比較低，故對天線方向圖設計都采用俯仰面上波束很寬，方位面上波束窄的平方余割天線形式。采用這種天線形式簡化了設計，無需對目標進行俯仰面上的跟蹤，也無法得出目標俯仰角。故目標定位方式采用地面站測量無人機的方位和距離，同時利用無人機平臺配備的高度計或GPS導航接收機定位數據等多種方式實現(xiàn)對無人機的組合定位。地面站測量無人機的方位和距離，再結合無人機的高度信息（通過遙測下傳），通過地面數據處理計算機解算可得到無人機的定位數據，實現(xiàn)地面站對無人機的主動定位。地面站主動定位數據可通過遙控方式注入到無人機載飛控計算機，為無人機提供輔助定位數據。

2.4 信號快速捕獲技術

無人機測控系統(tǒng)的跟蹤對象飛行速度有快有慢，最快的如美國的X系列的無人飛行器，其速度可以達到幾個馬赫，慢的如長航時的無人機，可連續(xù)幾十個小時徘徊在目標區(qū)域連續(xù)觀察。故信號的動態(tài)高，電平弱，捕獲跟蹤困難。系統(tǒng)為加快接收機對信號的捕獲速度，滿足系統(tǒng)對信號捕獲時間的指標要求，使用了信號快速捕獲技術。動態(tài)信號的捕獲是一個在時間軸和頻率軸上同時進行的二維搜索過程。其捕獲原理一方面是碼相位搜索，另一方面是載波多普勒頻移引起的頻率搜索。在搜索過程中，碼相位步進量為1/2個碼片相位，載頻頻差步進量為一個多普勒頻移分槽，它們共同構成了二維搜索空間的一個搜索單元。捕獲過程從載波中心頻率往兩邊發(fā)散搜索下一個頻率槽，直至搜索完整個頻率不確定范圍內。捕獲判斷條件則是接收信號擴頻碼和本地偽碼相關峰值是否大于門限，當相關峰值高于預設信號檢測門限時，找出其對應的碼相位，再采用FFT測頻，求得載波多頻率頻移，至此信號捕獲完成。

2.5 低仰角高速數據接收設計

在無人機的視距鏈路設計中，由于地面站與機載設備工作距離一般要求盡量遠，經常工作狀態(tài)是地面設備天線波束輻射仰角接近0度，系統(tǒng)接收機接收到的信號是直射信號和反射信號的多徑之和，存在著嚴重的多徑和衰落現(xiàn)象。普通相關接收機的性能惡化很厲害，對高速數據的傳輸影響尤其嚴重，所以必須采取抗多徑效應的措施。消除多徑現(xiàn)象有兩個途徑，一是合理的天饋和鏈路設計，二是設備本身采取的措施。合理天饋和鏈路設計要改善地面天線性能，采用窄波束、低副瓣天線對抗多徑影響，利用圓極化天線左右旋隔離度減小地面反射影響，圓極化天線其反射波極化方向將變?yōu)橄喾捶较颍捎趫A極化天線左右旋隔離度，可減小電平衰落深度。

3.結束語

測控地面站的功能強大，邏輯復雜，需要大量人機交互設計，并能夠完成從任務規(guī)劃、命令生成到狀態(tài)監(jiān)視、信息共享等大量的任務流程。隨著無人機系統(tǒng)的大量應用，為了實現(xiàn)多個無人機系統(tǒng)的協(xié)同工作，對無人機測控系統(tǒng)通用化和標準化的要求越來越迫切，需要進一步提高無人機測控系統(tǒng)通用化、系列化和模塊化的程度。

[1]凍偉東,鮮峰,呂曄.實時遙測數據信源壓縮技術[J].計算機測量與控制,2011(05).

[2]張碧雄,巨蘭.2030年前航天測控技術發(fā)展研究[J].飛行器測控學報,2010(05)

[3]許書誠.無人機遙測系統(tǒng)地面站設計與動態(tài)任務分配研究[D].南昌航空大學,2011.