汪　熙，朱　剛

（裝甲兵工程學院， 北京 100072）

（Armoured Forces Engineering Academy， Beijing 100072， China）

無人機激光通信技術(shù)的應(yīng)用需求分析

汪熙，朱剛

（裝甲兵工程學院， 北京 100072）

隨著社會發(fā)展步伐的不斷加快，新技術(shù)、新理念層出不窮，無人機技術(shù)也得到了空前地發(fā)展，不管是在發(fā)展規(guī)模方面或是技術(shù)方面都取得了一定的成績，其已從傳統(tǒng)的單一偵查模式逐漸向多元化與自動化方向發(fā)展?；诖?，文章對無人機激光通信技術(shù)進行了探討與研究，分析無人機激光通信荷載中的關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用分析以及所面臨的難題，為自主研制無人機激光通信荷載提供一定的借鑒。

無人機；激光通信技術(shù)；應(yīng)用分析

近些年來，隨著我國科技發(fā)展浪潮地不斷推進，無人機（Unmanned Aerial Vehicle， UAV）激光通信技術(shù)也得到了突飛猛進的發(fā)展，不管是在發(fā)展規(guī)模方面還是技術(shù)層面上都取得了顯著的成績。無人機激光偵察模式已從先前的單一偵查方式逐漸向多元化模式轉(zhuǎn)變。本文通過對無人機激光通信技術(shù)應(yīng)用需求的探討與分析，旨在說明無人機激光通信技術(shù)的重要性，并對存在的問題采取行之有效的解決策略加以應(yīng)對。在文章的最后論述了無人機激光通信荷載未來的發(fā)展方向以及所面臨的挑戰(zhàn)，為自主研制無人機激光通信荷載技術(shù)提供一定的指引。

1　應(yīng)用需求

1.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮Ａ啃枨?/p>

當前我國航空、航天偵察平臺正在向多元化方向發(fā)展，這使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模式已遠遠不能滿足實際所需，因此需對海量原始數(shù)據(jù)采取無損壓縮方式借助偵察平臺進行傳輸，從而迎合現(xiàn)代軍事發(fā)展之所需?，F(xiàn)以機載停損點轉(zhuǎn)向指標（Stop and Reverse，SAR）為例加以說明，機載SAR的數(shù)據(jù)傳輸速率可達到3Gbps以上，但由于機載SAR受微波傳輸速率的制約，系統(tǒng)所獲取的圖像以及數(shù)據(jù)很難借助微波系統(tǒng)在第一時間進行傳輸，阻礙了無人機偵探技術(shù)的精準性，所以新型系統(tǒng)的應(yīng)運而生可彌補這一缺陷，實現(xiàn)信息的高速運轉(zhuǎn)。

1.2 定向隱秘傳輸需求

縱觀當前站場上的通信方式大都采取的是無線電通信模式，這種通信模式容易受到外來信號的干擾而且保密性能差，易泄露重要信息。而采取激光通信技術(shù)則可大大彌補上述缺點，其具有較高的保密性能而且信息不容易被攔截。激光通信技術(shù)的優(yōu)越性主要表現(xiàn)為：首先激光是沿直線方向傳播的，束散角度很小，被攔截的可能性微乎其微；其次，所選擇的通信激光一般是紅外光，此種激光屬于不可見光，因此不容易被外敵發(fā)現(xiàn)與捕獲，隱蔽性較高。所以，激光通信滿足定向隱秘傳輸?shù)南嚓P(guān)要求，而且具有高效、安全的特征，值得大力應(yīng)用。

1.3 空間高速組網(wǎng)需求

由于無人機成本的不斷降低再加之其處理模式的多樣化，其將引領(lǐng)未來站場，為我國航空作戰(zhàn)提供可靠的支撐。隨著各類飛機之間數(shù)據(jù)信息交流地日益頻繁性，機群內(nèi)各飛機之間的組網(wǎng)運行也變得日益普及，為了更好地實現(xiàn)這一有效運轉(zhuǎn)，無人機激光通信技術(shù)的應(yīng)用則顯得尤為關(guān)鍵。

1.4 輕小型、低功耗需求

無人機平臺對荷載重量以及功耗有著非常嚴格的要求，通常情況下，激光通信荷載材料選擇的是重量較輕而且能耗低的半導體激光器件。所以激光通信荷載完全滿足無人機平臺的相關(guān)要求。

1.5 技術(shù)發(fā)展推動需求

與傳統(tǒng)作戰(zhàn)存在一定的差異，現(xiàn)代作戰(zhàn)由于環(huán)境條件等因素的影響，對無人機的需求度較之前出現(xiàn)了明顯的增長趨勢，無人機在很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。迄今為止，有很多國家都配備有一定數(shù)量的無人機裝備，有的發(fā)達國家還專門從事軍用無人機的研發(fā)與生產(chǎn)工作。如對美國通用原子航空公司進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計后知，此過往20年中，此公司相繼研發(fā)出無人機近20種，平均每天每秒會有無人機GA-ASI大約67架在全球飛行，如圖1所示。所以，對無人機激光通信荷載關(guān)鍵技術(shù)的深入探討，打造空天一體化聯(lián)合作戰(zhàn)通信網(wǎng)絡(luò)平臺，可為軍事行業(yè)的發(fā)展起到一定的促進作用。

圖1 無人機統(tǒng)計數(shù)據(jù)示意

2　關(guān)鍵技術(shù)及有效解決策略

2.1 輕小型化設(shè)計技術(shù)

由于無人機的承載能力有限，怎樣才能在確保荷載重量滿足相關(guān)要求的基礎(chǔ)上確保激光通信荷載性能穩(wěn)定運行時當前亟待解決的難題。通過研究得知國外一些發(fā)達國家所生產(chǎn)的無人機激光通信荷載重量可控制在l0kg以下，而國內(nèi)的機載激光通信載荷只能做到70kg左右，很難滿足其相關(guān)要求。所以，研制輕小型激光通信荷載設(shè)計技術(shù)很重要。

主要解決方式：為了有效解決上述難題，設(shè)計師們經(jīng)過綜合權(quán)衡后對原有設(shè)計體系進行不斷優(yōu)化，盡可能地選擇重量輕而且材料性能好的部件。此外在滿足性能的基礎(chǔ)上將光學、通信等系統(tǒng)進行集成設(shè)計。

2.2 大氣信道補償技術(shù)

在機載激光通信荷載技術(shù)的運行中，大氣信道對其的影響力也是不容忽視的內(nèi)容。大氣對激光信號的吸收與散射會使得所接收到的信號逐漸衰減，若遇上強氣流天氣，會使得激光所發(fā)射出的頻率波穩(wěn)定性極差，最終影響激光通信跟蹤的精確性。

主要解決策略：為了最大限度地消除大氣信道所造成的不良影響，設(shè)計師們需要重視機載大氣信道特性的研究工作，消除其不利因素。在設(shè)計中可根據(jù)需要擴大光學天線接收口徑，利用孔徑平滑效應(yīng)盡可能地消除大氣流對設(shè)備所造成的影響，減少誤碼率現(xiàn)象的發(fā)生，為作戰(zhàn)人員提供準確的情報信息。

2.3 空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

外界環(huán)境也會對無人機激光通信荷載系統(tǒng)造成一定的影響。氣壓差的變化、惡劣天氣的干擾等都給機載激光通信設(shè)計帶來了許多挑戰(zhàn)。再加之戰(zhàn)場形態(tài)的瞬息萬變，處在這種環(huán)境下，無人機載激光通信系統(tǒng)的實際性能會受到不同程度的影響，給作戰(zhàn)人員在實際使用中帶來了些許不便。

主要解決途徑：為了確保光學系統(tǒng)的精確度滿足相關(guān)要求，在材料的選擇上應(yīng)挑選性能優(yōu)良而且剛度強的材料。機載激光通信系統(tǒng)必須安裝一定的防震減震系統(tǒng)，以確保其在高空運行中的穩(wěn)定性。設(shè)計人員在安裝中應(yīng)嚴格按照標準進行科學安裝，提高設(shè)備的使用性能。

3　應(yīng)用方向與面臨挑戰(zhàn)

3.1 無人機情報偵察和戰(zhàn)場監(jiān)視

高空長航時偵查無人機不僅飛行高度高、續(xù)航時間較長，而且能夠進行自主攻擊，不易被敵人發(fā)現(xiàn)等特征。無人機上可搭載多種傳感器裝置，可在局部戰(zhàn)爭或者武裝沖突中實現(xiàn)遠程監(jiān)控的目的。倘若有戰(zhàn)爭或者其他沖突現(xiàn)象發(fā)生時可以進行全方位立體偵查，為我方搜集敵方作戰(zhàn)相關(guān)信息，打擊敵方部隊。無人機還可借助激光通訊模式將所獲取的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星等系統(tǒng)向指揮中心傳輸，保證情報的實時準確傳輸，為獲取到精準的作戰(zhàn)情報提供可靠的保障。

3.2 無人機激光中繼通信、隱蔽通信、保密通信

激光通信荷載技術(shù)可應(yīng)用到多個領(lǐng)域內(nèi)，包括無人機中繼通訊、保密通信等。該系統(tǒng)必須通過艦載無人機激光通信鏈路對掌握的情報或者其他作戰(zhàn)信息進行傳遞與發(fā)送，保證了現(xiàn)代作戰(zhàn)距離遠、作戰(zhàn)范圍廣的環(huán)境下能夠?qū)⒆鲬?zhàn)指揮指令的發(fā)布以及下達等進行準確傳達，提高了現(xiàn)代信息化作戰(zhàn)水平。

3.3 空中骨干網(wǎng)節(jié)點之間的高速數(shù)據(jù)傳輸

高指揮數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)被應(yīng)用于預(yù)警機與地面或者其他指揮節(jié)點大數(shù)據(jù)傳輸交互面上，其傳輸速度可達到l0Gbps以上，確保了大型骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間數(shù)據(jù)的高速傳輸效率。

3.4 海上聯(lián)合執(zhí)法及海上執(zhí)法指揮通信系統(tǒng)

海上聯(lián)合執(zhí)法與海上執(zhí)法指揮通信系統(tǒng)可以借助無人機激光通信荷載將無人機與軍艦之間進行有效連接，強化執(zhí)法力度。近些年來無人機激光通信荷載技術(shù)也在其他方面得到廣泛的應(yīng)用，比如民用應(yīng)急信息傳輸?shù)阮I(lǐng)域。然而由于我國技術(shù)條件的制約，在無人機激光通信荷載方面的發(fā)展還較發(fā)達國家相比處于劣勢地位，特別是在解決海面濕汽、海浪雜光等方面還存在很多不足之處，仍需開展深入研究，為我國航海事業(yè)的發(fā)展做出一定的貢獻。

4　結(jié)語

綜上所述，隨著我國科技發(fā)展步伐的不斷推進，激光通信技術(shù)也在搶占先機，取得了大力發(fā)展。當前，激光通信荷載技術(shù)在無人機作戰(zhàn)中得到了廣泛的應(yīng)用，可為我國軍事行業(yè)的發(fā)展提供一定的幫助。

［1］王紅星，宋博，吳曉軍.指向誤差對海上無線光通信誤碼率性能的影響分析［J］.光學學報，2016（9）：33-35.

［2］柯熙政，張雅.FSO系統(tǒng)中部分相干陣列光束的傳輸特性研究［J］.激光與光電子學進展，2016（10）：61-62.

Analysis of application requirement laser communication technology of UAV

Wang Xi， Zhu Gang

With the accelerating pace of social development， new technology， new ideas have been emerging in an endless stream， and UAV technology has also been an unprecedented development in the development of the scale and technology， which has made certain achievements， its development has transformd gradually from the traditional single mode of investigation to diversifcation and automation direction. Based on this， UAV laser communication technology is researched and discussed in this paper， and analysis of whose key technology of laser communication load and problems faced are analyzed to provide certain reference for the independent research of UAV laser communication load.

UAV（unmanned aerial vehicle）； laser communication technology； application analysis

（Armoured Forces Engineering Academy， Beijing 100072， China）

汪熙（1979— ），男，北京，碩士，講師；研究方向：光電。