中國人民解放軍92515部隊 侯素娟

中國人民解放軍92419部隊 曹 勇

某型飛行器測控通道的研究

中國人民解放軍92515部隊 侯素娟

中國人民解放軍92419部隊 曹 勇

測控通道是連接飛行器與地面站的重要途徑，軍用領(lǐng)域多采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文以幾種典型數(shù)據(jù)鏈和通信協(xié)議為例，對測控通道進(jìn)行了分析和研究，介紹了數(shù)據(jù)鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計方案。

飛行器；測控通道；數(shù)據(jù)鏈

1.引言

隨著計算機硬件的發(fā)展，通信技術(shù)也隨之取得巨大進(jìn)步[1]，但是對數(shù)據(jù)鏈的研究仍然收到限制[2]。測控通道是按照一定的規(guī)則和協(xié)議，傳遞信息的途徑。測控通道的暢通，是飛行器飛行安全的重要保證[3]。這就對測控通道的實時性、保密性、穩(wěn)定性提出了更高的要求[4]，同時也對測控設(shè)備及傳輸協(xié)議提出了新的要求。當(dāng)飛行器處于飛行狀態(tài)時，信道要將飛行器的各種參數(shù)通過機載遙測設(shè)備傳輸回地面，其中包括飛行器位置、姿態(tài)、圖像等大量信息。如今電磁環(huán)境復(fù)雜，測控通道容易受到各種干擾，需要不斷的進(jìn)行調(diào)整和完善，以適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境。

世界先進(jìn)的測控通道較早的有美國的Link-4、以色列的“星鏈”等。隨著其不斷發(fā)展，對體積、重要、雙向傳遞、抗干擾性、保密性等方面要求的提高，陸續(xù)有Link-11、Link16、Link-22的問世。它們應(yīng)用于的武器種類更多，距離更遠(yuǎn)，不易被截獲。對測控通道的優(yōu)化，可以通過改良其結(jié)構(gòu)，進(jìn)行層次化設(shè)計，彌補一對一的模式，將大量信息共用一個大的通道，提高效率，共享資源，節(jié)約了成本。

2.通道類型

如今接口協(xié)議種類很多，高頻率、寬帶寬、大容量是當(dāng)前測控通道的特點，不斷滿足軍事和民用需求。不同系列的鏈路都由各自的優(yōu)缺點，都需要通過相應(yīng)的解碼和轉(zhuǎn)換，兼容性也在發(fā)展中不斷改善。

Link-4采用的是V系列和R系列，集中式星狀網(wǎng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。其包括control message和answer message兩部分。V系列對應(yīng)control message，指上行鏈路，即地-空鏈路；R系列對應(yīng)answer message，指下行鏈路，即空-地鏈路。Link-11采用的是M系列，集中式網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。它將信息傳遞的模式擴展到了艦-岸鏈路。工作能力提高的同時，也使得工作方式變得復(fù)雜。Link16才用的是J系列，分布式網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。J系列更為智能化，可區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的重要程度。

CDL是新型的寬帶測控通道，可同時面向多個測控站，任務(wù)接口包括同步數(shù)據(jù)接口、ATM接口、以太網(wǎng)接口和串口。工作時它首先記錄下采集到的信息，然后對風(fēng)險進(jìn)行判定，對信息重新解碼，轉(zhuǎn)換為新的信息。再根據(jù)地面站的要求，形成新的測控通道，選擇安全的途徑，最后再傳遞信息。

3.地面控制系統(tǒng)

地面控制系統(tǒng)簡稱為GCS（Ground Control System）。地面控制系統(tǒng)可以對飛行器發(fā)送指令以控制飛行，多用于無人機。GCS不斷向飛行器發(fā)送信號，也在不斷接收信號，當(dāng)超過一定時間未收到飛行器回傳的信號，即認(rèn)為飛行器失控，飛行器將轉(zhuǎn)入程控模式或其他應(yīng)急模式，例如返回起飛點或者回收點、原地盤旋等。信號多采用二進(jìn)制格式。民用測控通道協(xié)議一般情況下不涉及保密等要求，往往設(shè)計的比較容易理解，通用性較強。

4.結(jié)構(gòu)特點

拓?fù)淠Ｐ椭饕ㄒ粚σ?、星狀、樹狀[5]、網(wǎng)狀等模型。星狀模型又可以分別以地面、主機、飛行器為中心；網(wǎng)狀又分為完全連接網(wǎng)絡(luò)和不完全連接網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)采用星狀中心模型時，上行數(shù)據(jù)首先要到達(dá)主機，必須嚴(yán)格遵守協(xié)議約定的時效，才能正常傳遞信息。下行數(shù)據(jù)首先要到到從機，具有一對多功能，也可以設(shè)置中繼點進(jìn)行交接。為了信息傳遞順利，測控通道必須采用無縫對接，具有一定的通用性。這是為了防止傳感器信息格式不同，導(dǎo)致不能被正確識別。這就要求各項數(shù)據(jù)均采用質(zhì)量管理體系要求，有相同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實現(xiàn)多平臺的通用性。測控通道要具有一定的抗干擾能力?，F(xiàn)如今電磁環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，鏈路之間相互干擾，要想保證飛行器安全飛行以及數(shù)據(jù)的保密，就必要保證通道不受影響。測控通道也應(yīng)該具有較好的實時性。飛行器飛行速度快，遙測信息較小的滯后，都可能帶來不可挽回的后果。最后，測控設(shè)備應(yīng)當(dāng)輕巧。飛行器負(fù)載能力有限，過多的重量都會增大功率，縮短巡航時間和距離。測控通道應(yīng)當(dāng)遵循相應(yīng)的通信協(xié)議，上行和下行數(shù)據(jù)才能正確的執(zhí)行。精度不同，所需的空間就不同。我們熟悉的TCP/IP協(xié)議是四層協(xié)議，應(yīng)用廣泛。

5.結(jié)論

本文簡要介紹了測控通道的工作原理和研究背景，對幾種典型的測控通道類型進(jìn)行了對比，分析了各自的優(yōu)缺點，并進(jìn)一步對GCS協(xié)議進(jìn)行了闡述。最后研究了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了其分類和功能特點，為該領(lǐng)域的研究指明了方向，具有較強的指導(dǎo)意義。

[1]謝天立.小型無人機數(shù)據(jù)鏈的研究[D].華南理工大學(xué),2012.

[2]李忠英.具有二階環(huán)節(jié)的最優(yōu)導(dǎo)引率[J].航空學(xué)報,Vol.3,No.1,1982.

[3]朱曉娟.飛行控制系統(tǒng)多傳感器信息融合技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué),2008.

[4]王劍.Link-11系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與改進(jìn)-組網(wǎng)技術(shù)與抗干擾技術(shù)[D].南京:東南大學(xué),2007.

[5]Hu L.Topology Control for Multihop Packet Radio Networks. IEEE Trans Commun.1993,41(10):1474-1481.

侯素娟，女，92515部隊助理講師，研究方向：測控與導(dǎo)航。

曹勇，現(xiàn)供職于中國人民解放軍92419部隊。

Research on the Measurement and Control Channel of an Aircraft

Hou SuJuan Cao Yong

(Unit 92515 of PLA,liao ning, HuLuDao 125000)
(Unit 92419 of PLA,liao ning, Xing Cheng 125106)

The measurement and control channel is an important way to connect aircraft and ground stations, and network topology is always used in military fi eld. In this paper, several typical data link and communication protocol are taken as examples to analyze and study the measurement and control channel, and introduced the topological structure and design scheme of data link.

Aircraft; Measurement and control channel; Data link