黃華園

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

1 引言

隨著航空技術(shù)以及其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，20 世紀(jì)90 年代之后，軍用無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)逐漸成為軍用武器裝備研究的主要熱點(diǎn)之一。無人機(jī)戰(zhàn)技性能的不斷提高也使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，各類無人機(jī)已廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視偵察、電子對(duì)抗、目標(biāo)指示、戰(zhàn)果評(píng)估、通信中繼以及大地測(cè)繪等各種用途。當(dāng)前無人機(jī)一般采用一站單機(jī)遙控執(zhí)行某項(xiàng)特定任務(wù)的作戰(zhàn)方式，戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的靈活性受限，且任務(wù)執(zhí)行的效率和成功概率較低，不能充分發(fā)揮無人機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)潛力［1－3］。

隨著技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)越來越重視多無人機(jī)的協(xié)同應(yīng)用，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(Federal Aviation Administration，F(xiàn)AA)聯(lián)合規(guī)劃與發(fā)展辦公室(Joint Planning and Development Office，JPDO)在2012 年3月15 日公布了《下一代無人機(jī)系統(tǒng)研究、發(fā)展和演示路線圖》。該路線圖將無人機(jī)系統(tǒng)(Unmanned Aerial Vehicle Systems，UAS)未來/強(qiáng)化能力的支撐(包括網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、協(xié)同控制、以及單個(gè)控制系統(tǒng)控制多個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)等相關(guān)能力)列為重要發(fā)展目標(biāo)?？梢娒绹?guó)對(duì)UAS 的一站多機(jī)能力給予了足夠重視。

國(guó)外實(shí)現(xiàn)一站多機(jī)，主要手段包括利用各種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)鏈和基于相控陣天線的一站多機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)兩種。如英國(guó)海軍無人機(jī)使用UHF 頻段高完整性數(shù)據(jù)鏈(High Integrity Data Link，HIDL)，通過點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)廣播實(shí)現(xiàn)對(duì)多架無人機(jī)的控制［4］;美軍正在研制的可用于無人機(jī)的新型數(shù)據(jù)鏈Q(jìng)NT(Quint Networking Technology)、DirecNet，可以通過組網(wǎng)的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)多架無人機(jī)的控制［5］;英國(guó)普萊塞公司研制了多無人機(jī)地基控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的相控陣天線能同時(shí)對(duì)4 架帶偵察載荷的無人機(jī)進(jìn)行跟蹤定位、遙測(cè)、遙控和信息傳輸［6］;俄羅斯陸軍裝備的“動(dòng)物園－1”炮位偵察雷達(dá)，是一種多功能相控陣三座標(biāo)雷達(dá)，除用于精確測(cè)定敵方迫擊炮、火炮、火箭炮及戰(zhàn)術(shù)火箭陣地外，還可用于同時(shí)控制數(shù)架無人偵察機(jī)的飛行。

國(guó)內(nèi)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路主要是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單機(jī)測(cè)控方式，投入實(shí)用的主要是基于全向天線的低速率一站多機(jī)測(cè)控。基于相控陣天線的一站多機(jī)測(cè)控系統(tǒng)［7］以及采用組網(wǎng)方式［8］實(shí)現(xiàn)的一站多機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，目前還處于研制階段。

2 一站多機(jī)技術(shù)體制分析

單個(gè)地面站控制多架無人機(jī)的測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式主要有頻分多址(Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA)、時(shí)分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)、碼分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)和基于相控陣天線的空分多址(Space Division Multiple Access，SDMA)等［9］。

時(shí)分多址體制，信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性相對(duì)較低，并且對(duì)機(jī)載終端的計(jì)算復(fù)雜度要求比較高，所有目標(biāo)共同分配時(shí)隙、帶寬，假設(shè)每目標(biāo)下行傳輸速率為2 Mb/s，共10個(gè)目標(biāo)，那么每個(gè)機(jī)載終端至少需要相當(dāng)于非時(shí)分多址方式20 Mb/s的信息傳輸能力。

碼分多址體制，將具備抗干擾能力的擴(kuò)頻碼作為地址碼，存在遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，需要機(jī)載終端進(jìn)行自動(dòng)功率控制，對(duì)機(jī)載終端的復(fù)雜度要求較高。

頻分多址體制，與傳統(tǒng)的一站一機(jī)實(shí)現(xiàn)方式相同，存在的問題是頻率利用率低。

組網(wǎng)方式，是利用時(shí)分多址、碼分多址、頻分多址中的一種或幾種方式組合，存在的問題是機(jī)載終端復(fù)雜度比較高，難以在小型無人機(jī)上應(yīng)用。

上述幾種方式還有個(gè)共同的問題是，傳統(tǒng)的地面站定向天線同一時(shí)刻只能對(duì)準(zhǔn)一個(gè)目標(biāo)，難以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的同時(shí)高速數(shù)據(jù)傳輸。

基于以上分析，本文提出一種基于數(shù)字多波束相控陣天線的一站多機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，上行采用空分多址+碼分多址，下行采用空分多址+頻分多址體制，并將地面測(cè)控站作為協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)一站多機(jī)同時(shí)測(cè)控、載荷信息傳輸及多無人機(jī)間協(xié)同信息傳輸。該系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)一站多機(jī)的一種有效方式，具有如下優(yōu)勢(shì):

(1)機(jī)載終端與傳統(tǒng)一站一機(jī)方式相同，裝機(jī)要素低;

(2)每個(gè)目標(biāo)使用一個(gè)獨(dú)立的定向波束，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的同時(shí)高速數(shù)據(jù)傳輸;

(3)可以通過每個(gè)波束加載不同波形，實(shí)現(xiàn)不具備組網(wǎng)能力的老裝備協(xié)同應(yīng)用;

(4)波束數(shù)量可擴(kuò)展，可以根據(jù)應(yīng)用需求加載不同的波束數(shù)量。

3 軍事需求分析

3.1 航母/艦艇平臺(tái)多無人機(jī)作戰(zhàn)、偵察應(yīng)用需求

由于航母/艦艇平臺(tái)的空間有限，不能構(gòu)建多套艦載無人機(jī)控制站來滿足無人機(jī)集群作戰(zhàn)、偵察應(yīng)用需求，因此，研制一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈，通過一個(gè)地面站能夠控制多架無人機(jī)并實(shí)現(xiàn)多架無人機(jī)載荷信息的實(shí)時(shí)傳輸，將大大解決航母平臺(tái)的多無人機(jī)集群應(yīng)用需求。

3.2 降低后勤支持和訓(xùn)練費(fèi)用成本的需求

目前，對(duì)無人飛行器系統(tǒng)來講，設(shè)計(jì)焦點(diǎn)一般大多集中在飛行器平臺(tái)和任務(wù)所需的有效載荷方面。但數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，包含測(cè)控與數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈與指揮控制設(shè)備在內(nèi)的測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)所需成本非常高。一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，通過一次投入，可極大地降低后續(xù)的后勤支持和訓(xùn)練費(fèi)用。

3.3 復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾需求

目前，主要的抗干擾手段是直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和跳頻技術(shù)。但是隨著信號(hào)偵收技術(shù)和對(duì)擴(kuò)頻碼、跳頻圖案的捕獲技術(shù)的發(fā)展，敵方破解擴(kuò)/跳頻通信技術(shù)的難度逐漸降低，軍事通信的安全性和保密性也在降低;另一方面，擴(kuò)/跳頻技術(shù)雖然可以提供一定的抗干擾能力，但它是以降低軍事信息傳輸速率為代價(jià)的。而基于空分多址(SDMA)的抗干擾技術(shù)與信息傳輸速率無關(guān)，它通過在軍事通信雙方之間建立一個(gè)很窄的定向波束完成雙方的通信，通信信號(hào)只在該方向上傳輸，這樣只要敵方的偵聽設(shè)備不在波束內(nèi)，就無法截獲我方的通信信號(hào)，而且敵方的干擾源如果不在主波束內(nèi)，會(huì)被低副瓣和零陷大幅度衰減，從而無法干擾我方的正常通信。

3.4 老裝備協(xié)同應(yīng)用的需求

基于數(shù)字多波束天線的一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈，每個(gè)目標(biāo)使用獨(dú)立的波束，通過算法可使各波束對(duì)應(yīng)的鏈路自適應(yīng)兼容不同傳輸波形和傳輸協(xié)議。將基于數(shù)字多波束天線的一站多機(jī)地面測(cè)控站替代當(dāng)前裝備的各型同頻段無人機(jī)地面測(cè)控站，可使得大量原裝備的、不具備空空組網(wǎng)和空天接入能力的無人機(jī)系統(tǒng)也能納入空天地一體網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)環(huán)境中。

4 一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組成

基于數(shù)字多波束天線的無人機(jī)一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)主要由地面測(cè)控站、相控陣天線、多通道地面測(cè)控終端、多目標(biāo)指揮控制站、飛行器載測(cè)控終端等構(gòu)成，如圖1 所示。

圖1 無人機(jī)一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組成Fig.1 Composition of data link system of one－station controlling multiple UAVs

一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是一套以地面為中心的跨平臺(tái)測(cè)控通信及信息處理體系，是有中心的網(wǎng)絡(luò)，地面站可以作為地基的無線路由器，利用多個(gè)獨(dú)立鏈路配置不同的傳輸協(xié)議，連接運(yùn)行不同傳輸協(xié)議的無人機(jī)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多無人機(jī)互聯(lián)互通，構(gòu)成一個(gè)基于一站多機(jī)地面站的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)。地基無線路由器功能示意圖如2 所示。

圖2 地基無線路由器功能示意圖Fig.2 Functional schematic diagram of ground－based wireless router

一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)群的協(xié)同工作，除數(shù)據(jù)鏈本身的數(shù)字多波束相控陣天線外，還需要研究其他的關(guān)鍵技術(shù)，包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)接入技術(shù)，保證協(xié)作無人機(jī)可以隨時(shí)按需接入系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)協(xié)議動(dòng)態(tài)加載技術(shù)，使得具有不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的無人機(jī)可以通過地面站互聯(lián)互通;多機(jī)協(xié)同實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，保證無人機(jī)安全可靠的執(zhí)行任務(wù);網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系，通過多層網(wǎng)絡(luò)模型，將相控陣天線、調(diào)制解調(diào)、編譯碼、通信協(xié)議、動(dòng)態(tài)接入、任務(wù)規(guī)劃等技術(shù)，在不同的網(wǎng)絡(luò)分層中實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成一個(gè)完整的一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)體系。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 數(shù)字多波束相控陣天線

5.1.1 降維自適應(yīng)陣列結(jié)構(gòu)技術(shù)

當(dāng)一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)要求傳輸速率高、作用距離遠(yuǎn)時(shí)，就要求相控陣天線的增益比較高，陣列規(guī)模比較大。

在大型陣列的信號(hào)處理中，受限于目前的硬件處理平臺(tái)的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)吞吐率，不可能實(shí)現(xiàn)波束形成算法全自適應(yīng)處理，需要采用降維自適應(yīng)陣列，即先將全陣列的接收信號(hào)變換到低維度，再進(jìn)行自適應(yīng)的信號(hào)處理。這樣處理的優(yōu)點(diǎn)是一方面能夠降低計(jì)算量，另一方面加快自適應(yīng)算法的收斂速度。降維自適應(yīng)陣列有子陣方式和子波束方式兩種類型，其中子陣處理方式是把一個(gè)大型陣列分成若干子陣列，再在子陣列之間進(jìn)行自適應(yīng)處理。子陣方式的方法比較常用，其中常用的是基于樹型結(jié)構(gòu)的Systolic 陣列處理結(jié)構(gòu)。

5.1.2 無軌道預(yù)報(bào)的波束形成技術(shù)

與航天測(cè)控系統(tǒng)不同，無人機(jī)目標(biāo)無軌道預(yù)報(bào)，因此，如何實(shí)現(xiàn)無軌道預(yù)報(bào)的具有空間濾波能力的接收多波束形成技術(shù)是無人機(jī)一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈的一個(gè)關(guān)鍵。

可以采用傳統(tǒng)測(cè)角技術(shù)引導(dǎo)波束形成，有天線最大值跟蹤法、單脈沖測(cè)角方法、干涉儀測(cè)角方法等，也有來波方向(Direction of Arrival，DOA)估計(jì)等現(xiàn)代譜估計(jì)方法，對(duì)來波方向進(jìn)行估計(jì)從而得到目標(biāo)角度。下面簡(jiǎn)要介紹各種方法:

(1)利用波束掃描的最大值角度測(cè)量方法，分辨率太低，不可能獲得較高的測(cè)量精度;

(2)利用現(xiàn)代譜估計(jì)技術(shù)，對(duì)空間信號(hào)進(jìn)行譜估計(jì)，得到來波方向，但采用子陣的方法進(jìn)行波束合成，子陣無法滿足DOA 對(duì)信噪比的要求;

(3)類比傳統(tǒng)干涉儀測(cè)角方法，陣列天線也可以采用干涉儀，具體可以把陣列天線劃分成若干子陣，然后通過對(duì)各子陣接收信號(hào)的相位進(jìn)行類似干涉儀測(cè)角方法處理，完成測(cè)角;

(4)陣列天線利用單脈沖測(cè)角，方法是將陣列天線4個(gè)對(duì)稱的子陣，在電掃描的角范圍內(nèi)進(jìn)行形成多個(gè)目標(biāo)的和差波束，跟蹤網(wǎng)絡(luò)相對(duì)簡(jiǎn)單，是一種現(xiàn)實(shí)可行的方法。

5.1.3 波束形成算法

多波束形成的工作方式包括開環(huán)的工作方式和閉環(huán)的工作方式兩種，開環(huán)的工作方式有主波束控制及掃描方式、空間譜分析等，閉環(huán)的工作方式有相位調(diào)整最大信噪比方式、最小均方(Least Mean Square，LMS)、恒模算法(Constant Modulus Algorithm，CMA)、線性約束最小方差(Linearly Constrained Minimum Variance，LCMV)等。從算法的角度可分為非盲算法和盲算法兩大類，非盲算法需要借助參考信號(hào)，利用這些輔助的參考信號(hào)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的算法，典型的非盲算法有LMS 算法、遞歸最小二乘(Recursive Least Squares，RLS)算法、直接矩陣求逆(Direct Matrix Inversion，DMI)算法等(一般來說它們是閉環(huán)的工作方式);盲自適應(yīng)算法無需發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)或訓(xùn)練序列，收端估計(jì)發(fā)送的信號(hào)并以此作為參考信號(hào)進(jìn)行處理(一般來說它們是開環(huán)的工作方式)，典型的盲算法包括基于信號(hào)特征的盲算法(如恒模算法)、基于DOA 的盲算法、引導(dǎo)判決、航位推算(Dead Reckoning，DR)算法等。具體選用哪種波束形成算法，需要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行考慮。

5.2 動(dòng)態(tài)隨機(jī)接入

基于一站多機(jī)地面站的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中，無人機(jī)可能隨時(shí)需要進(jìn)入或退出網(wǎng)絡(luò)，需要無人機(jī)具有隨機(jī)接入和退出的能力，每條獨(dú)立的無線鏈路物理層自適應(yīng)聯(lián)通是目標(biāo)動(dòng)態(tài)隨機(jī)接入的基礎(chǔ)。

一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)鏈路通過擴(kuò)展通信偵察識(shí)別功能，對(duì)空間電磁信號(hào)偵收識(shí)別，使得每個(gè)波束映射的鏈路具備在工作頻段范圍內(nèi)自動(dòng)完成多個(gè)信號(hào)的載頻測(cè)量、調(diào)制符號(hào)速率、調(diào)制種類識(shí)別等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)同信號(hào)或干擾信號(hào)的識(shí)別。

而無人機(jī)都是合作目標(biāo)，通過建立期望目標(biāo)鏈路參數(shù)特征數(shù)據(jù)庫，將完成調(diào)查的信號(hào)特征與特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，并通過統(tǒng)一資源管控機(jī)制動(dòng)態(tài)配置對(duì)應(yīng)鏈路的波形和鏈路協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無線鏈路物理層自適應(yīng)聯(lián)通。物理層自適應(yīng)聯(lián)通在地面站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持下，即可實(shí)現(xiàn)期望的無人機(jī)目標(biāo)動(dòng)態(tài)隨機(jī)登錄加入及退出一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)。空間電磁信號(hào)的偵收與識(shí)別流程如圖3 所示。

圖3 空間電磁信號(hào)的偵收與識(shí)別流程圖Fig.3 Interception and identification flow chart of space electromagnetic signal

5.3 動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)

一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中，每個(gè)波束映射的鏈路功能獨(dú)立，每條鏈路在系統(tǒng)運(yùn)行中可加載相同或不同的傳輸波形及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用以連接運(yùn)行不同波形及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的無人機(jī)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)不同組網(wǎng)協(xié)議的互聯(lián)互通。

系統(tǒng)采用軟件通信體系結(jié)構(gòu)(Software Communications Architecture，SCA)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多層抽象，并將系統(tǒng)應(yīng)用分解成若干組件，通過描述構(gòu)成系統(tǒng)應(yīng)用的組件以及組件之間的連接關(guān)系來定義功能和應(yīng)用，使SCA 核心框架(Core Framework)、波形應(yīng)用組件與底層硬件隔離，在統(tǒng)一的資源調(diào)度管理策略控制下，提供波形應(yīng)用的安裝、卸載、配置和管理功能，使得每個(gè)波束映射的鏈路在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下可以通過加載不同的軟件組件實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)功能［10］。一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)基本體系結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 符合SCA 規(guī)范的一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈基本架構(gòu)Fig.4 Architecture of one－station controlling multiple－UAVs datalink comforming to SCA criterion

一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)加載采用組件熱備份的重構(gòu)機(jī)制，所有應(yīng)用組件及組件加入應(yīng)用處理所需的處理連接在應(yīng)用裝配描述文件(Software Assembly Descriptor，SAD)中進(jìn)行描述，所需組件在應(yīng)用創(chuàng)建時(shí)均創(chuàng)建并運(yùn)行，但當(dāng)前未選用的功能組件不建立處理連接和控制連接，即不參與正常應(yīng)用處理。在鏈路功能發(fā)生改變時(shí)，應(yīng)用控制器根據(jù)SAD 中定義好的對(duì)應(yīng)應(yīng)用組件及其處理連接，為該組件動(dòng)態(tài)建立處理連接并刪除掉當(dāng)前運(yùn)行功能組件及其處理連接即可實(shí)現(xiàn)鏈路功能動(dòng)態(tài)重構(gòu)。

5.4 多無人機(jī)協(xié)同實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃技術(shù)

以通信和信息資源共享為基礎(chǔ)，根據(jù)任務(wù)目標(biāo)為多架無人機(jī)規(guī)劃出滿足約束條件的飛行路徑以及有效載荷使用計(jì)劃(跟航路點(diǎn)密切相關(guān)，通常包含在航路規(guī)劃中)，具備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)多架無人機(jī)于同一時(shí)間到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的任務(wù)規(guī)劃方法。其中，航路規(guī)劃是任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的核心，其目的是最大限度地利用地形信息和敵情信息，綜合考慮無人機(jī)導(dǎo)航精度和機(jī)動(dòng)能力的限制，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)計(jì)算出從現(xiàn)在位置到指定位置的最優(yōu)或次優(yōu)的飛行軌跡，能使無人機(jī)回避敵方威脅環(huán)境安全地完成預(yù)定任務(wù)。當(dāng)多架無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，除要能自動(dòng)規(guī)避威脅和障礙物外，還要避開機(jī)群中其他無人機(jī)以免發(fā)生碰撞。

5.5 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系

綜合考慮無人機(jī)一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)機(jī)地一體化協(xié)議設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)間廣泛互連等要求，并參考OSI 7 層模型，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的模型可以分為5 層，分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，如圖5 所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層模型Fig.5 Network protocol hierarchical model

物理層是指RF 鏈路，包括天線、信道和調(diào)制解調(diào)等，數(shù)字多波束相控陣天線、自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)就是在該層實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)鏈路層是指具有指編譯碼、接入功能的信號(hào)處理模塊，從物理層獲取信號(hào)，進(jìn)行同步、譯碼、幀處理等，上報(bào)給網(wǎng)絡(luò)層;或者，接收網(wǎng)絡(luò)層來的數(shù)據(jù)包，進(jìn)行組幀、編碼等處理后發(fā)送給物理層。網(wǎng)絡(luò)層主要用來實(shí)現(xiàn)不同無人機(jī)之間互聯(lián)互通的問題，接收傳輸層的請(qǐng)求，傳輸某個(gè)具有目的地址信息的分組，同時(shí)將分組進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議封裝(可以是專用協(xié)議、也可以是IP 等通用協(xié)議)，將數(shù)據(jù)送給對(duì)應(yīng)的鏈路層。如果一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)需要接入其他網(wǎng)絡(luò)，比如空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，則需要在網(wǎng)絡(luò)層加入路由算法，通過地面站，也就是地基無線路由器，將數(shù)據(jù)送到目的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。傳輸層的基本任務(wù)是提供應(yīng)用程序之間的通信服務(wù)，又稱端到端傳輸。傳輸層從應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)，添加附加協(xié)議，比如專用協(xié)議或UDP、TCP 協(xié)議，并把它們送給下一層;傳輸層接收到分組，通過附加協(xié)議進(jìn)行識(shí)別解析，然后送給對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序。應(yīng)用層的應(yīng)用程序與各傳輸層協(xié)議協(xié)調(diào)工作進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，任務(wù)規(guī)劃技術(shù)就是在該層實(shí)現(xiàn)的。

6 結(jié)束語

無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)能力是各國(guó)軍方重點(diǎn)發(fā)展的方向，基于數(shù)字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)技術(shù)的無人機(jī)一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，每個(gè)波束可兼容不同傳輸波形和傳輸協(xié)議能力，一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈能夠作為地基的網(wǎng)絡(luò)“中樞”，是實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的一種最簡(jiǎn)單有效的方式，可以作為以網(wǎng)絡(luò)為中心的通信體系建設(shè)的重要節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)國(guó)內(nèi)都具有研究基礎(chǔ)，具有可行性。所提無人機(jī)一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，可以使得當(dāng)前國(guó)際上大量裝備的、不具備組網(wǎng)協(xié)同能力的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無人機(jī)系統(tǒng)也能納入空天地一體網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)環(huán)境中，特別對(duì)采用不同波形和協(xié)議的不同類型中小型無人機(jī)間協(xié)同具有重大的應(yīng)用價(jià)值。

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