吳琴峰 孫志全 嚴(yán)小強(qiáng)/ 中航華東光電深圳有限公司，深圳市 羅湖區(qū) 518001

導(dǎo)讀：由于應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性，現(xiàn)階段工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)的種類(lèi)越來(lái)越多，地面站的控制方式也是多種多樣。文章通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)處理方式、操作席位布局以及指揮控制軟件等進(jìn)行分析，提出了一種針對(duì)中大型無(wú)人機(jī)通用化地面站的解決方案，整合地面控制站資源。

無(wú)人機(jī)誕生于20世紀(jì)初的第一次世界大戰(zhàn)期間，其研制目的是為了減少飛機(jī)的失事，降低人員傷亡以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程打擊。隨著21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)技術(shù)以及無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

在軍事應(yīng)用方面，包括光電偵察、雷達(dá)偵察、電子對(duì)抗、察打一體、無(wú)人機(jī)反潛以及戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練等應(yīng)用場(chǎng)景；在工業(yè)應(yīng)用方面，包括城市安防、測(cè)繪、森林防火、VR直播、應(yīng)急救援、海事監(jiān)測(cè)以及農(nóng)林植保等應(yīng)用場(chǎng)景。

隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，無(wú)人機(jī)種類(lèi)也是越來(lái)越多。目前民用市場(chǎng)上，中大型無(wú)人機(jī)以ZT-R100無(wú)人直升機(jī)、“鷂鷹”無(wú)人機(jī)、“翼龍”無(wú)人機(jī)以及“彩虹”無(wú)人機(jī)為典型代表。軍用級(jí)無(wú)人機(jī)種類(lèi)更具多樣性。然而，針對(duì)不同型號(hào)的無(wú)人機(jī)，地面站都是定制的，也就是說(shuō)同一個(gè)無(wú)人機(jī)地面站只能控制一種型號(hào)的無(wú)人機(jī)，通用化很差。為了整合地面站資源，實(shí)現(xiàn)“一站多機(jī)”的控制方式，通用化地面站的需求越來(lái)越迫切。

通用化地面站解決方案

地面站概述

地面站作為無(wú)人機(jī)的指揮中樞，在作用范圍內(nèi)，主要完成對(duì)無(wú)人機(jī)的整個(gè)飛行過(guò)程，包括起飛、航線(xiàn)飛行、著陸等過(guò)程進(jìn)行控制，以及在任務(wù)區(qū)對(duì)載荷設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)操縱；同時(shí)，地面站具有實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)平臺(tái)、載荷設(shè)備的狀態(tài)，以及載荷圖像的顯示及數(shù)據(jù)對(duì)外分發(fā)等功能。

地面站設(shè)備數(shù)據(jù)流程如圖1所示。

地面站由鏈路地面終端以及指揮控制站組成。其中鏈路地面終端由視距鏈路地面終端和超視距鏈路地面終端組成(部分無(wú)人機(jī)無(wú)超視距地面終端)，指揮控制部分由飛控席位、載荷席位、鏈路席位以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等組成。

視距鏈路地面終端和超視距鏈路地面終端分別接收機(jī)載視距鏈路以及超視距鏈路發(fā)送的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)解調(diào)、解碼、解密處理后還原為原始的遙測(cè)及圖像數(shù)據(jù)，發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，指揮控制站飛控席位、載荷席位、鏈路席位通過(guò)TCP/IP協(xié)議接收網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送的遙測(cè)及圖像數(shù)據(jù)并顯示。同時(shí)，可通過(guò)千兆以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)端的指揮中心。

飛控席位、載荷席位、鏈路席位分別生成飛控指令、載荷指令以及鏈路指令，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送至視距鏈路地面終端、超視距鏈路地面終端，經(jīng)過(guò)加密、編碼、擴(kuò)頻以及調(diào)制后發(fā)送至機(jī)載設(shè)備。

鏈路地面終端

數(shù)據(jù)鏈路產(chǎn)品供應(yīng)商很多，導(dǎo)致生產(chǎn)的數(shù)據(jù)鏈路產(chǎn)品各種各樣，信號(hào)處理方式以及對(duì)外接口多種多樣。要解決鏈路地面終端的通用化問(wèn)題，首先就需要解決信號(hào)處理以及電氣接口的通用化問(wèn)題。

圖1 地面站設(shè)備數(shù)據(jù)流程

(1) 信號(hào)處理

信號(hào)處理包括遙控信號(hào)的加密、編碼、擴(kuò)頻與調(diào)制，遙測(cè)及圖像信號(hào)的解調(diào)、解碼與解密等。

要想實(shí)現(xiàn)一套地面站鏈路地面終端與多套不同機(jī)載數(shù)據(jù)鏈路終端的通信，則需要機(jī)載數(shù)據(jù)鏈路終端與地面數(shù)據(jù)鏈路終端的信號(hào)處理方式具有一致性，即具有一致的加解密方式、編解碼方式、擴(kuò)解碼方式與調(diào)制解調(diào)方式。比如調(diào)制解調(diào)可采用QPSK方式，擴(kuò)解碼可采用一致的偽隨機(jī)序列碼序列，編解碼可采用統(tǒng)一的糾錯(cuò)編解碼技術(shù)，加解密可采用統(tǒng)一的AES加解密方式。

鏈路地面終端可采用軟件無(wú)線(xiàn)電的方式，軟件無(wú)線(xiàn)電的硬件平臺(tái)是一種通用的平臺(tái)，它可能對(duì)某種特定的通信系統(tǒng)不是最高效的，但是它的開(kāi)放性和可伸縮性使其可以適用于多種無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，并可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行靈活的修改。軟件無(wú)線(xiàn)電的軟件用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信的功能，包括上下變頻、調(diào)制解調(diào)、編解碼、加解密等。

由于中大型無(wú)人機(jī)通信鏈路頻譜范圍較寬，覆蓋范圍涵蓋400MHz至30GHz，而不同的頻率段數(shù)據(jù)鏈路設(shè)備的制造成本相差很大，因此可將數(shù)據(jù)鏈路頻譜劃分為UHF波段、L波段、S波段、L波段、C波段、Ku波段等，對(duì)不同的波段采用軟件無(wú)線(xiàn)電的方式實(shí)現(xiàn)波段內(nèi)信號(hào)的通用化處理。

(2) 電氣接口

鏈路地面終端接收指揮控制站的遙控?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后發(fā)送給機(jī)載設(shè)備；同時(shí)，接收機(jī)載設(shè)備的遙測(cè)及圖像信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)變換后還原為原始的遙測(cè)及圖像數(shù)據(jù)，并發(fā)送給指揮控制站。

表1 通信協(xié)議框架結(jié)構(gòu)

鏈路地面終端與指揮控制站的接口可選用以太網(wǎng)接口，采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)鏈路地面終端與指揮控制站之間的數(shù)據(jù)交互。

指揮控制站

指揮控制站采用方艙布局，由指揮控制站設(shè)備和指揮控制站軟件組成。

(1) 指揮控制站設(shè)備

指揮控制站設(shè)備由飛行控制席位、載荷控制席位以及鏈路控制席位組成。指揮控制站設(shè)備采用三席位布局，飛行控制席位主要承載飛行控制計(jì)算機(jī)以及飛行控制軟件，載荷控制席位主要承載載荷控制計(jì)算機(jī)以及載荷控制軟件，鏈路控制席位主要承載鏈路控制計(jì)算機(jī)以及鏈路控制軟件等。載荷控制席位可作為飛行控制席位的備份，當(dāng)飛行控制席位出現(xiàn)故障時(shí)，載荷控制席位可控制無(wú)人機(jī)安全返航。

(2) 指揮控制站軟件

指揮控制站軟件包括飛行控制軟件、載荷控制軟件以及鏈路控制軟件。飛行控制軟件生成飛控指令，用于控制無(wú)人機(jī)平臺(tái)，同時(shí)接收無(wú)人機(jī)平臺(tái)數(shù)據(jù)并顯示；載荷控制軟件生成載荷指令，用于控制機(jī)載任務(wù)設(shè)備，同時(shí)接收載荷工作狀態(tài)及載荷圖像數(shù)據(jù)并顯示；鏈路控制軟件生成鏈路指令，用于對(duì)鏈路工作模式的切換，同時(shí)接收鏈路工作狀態(tài)并顯示。

由于不同型號(hào)的無(wú)人機(jī)，其工作狀態(tài)、工作參數(shù)以及搭載任務(wù)載荷具有多樣性，因此對(duì)于每一型無(wú)人機(jī)均具有其獨(dú)特的通信協(xié)議，同樣指揮控制站軟件須與其通信協(xié)議相對(duì)應(yīng)。

圖2 席位布局圖

要實(shí)現(xiàn)指揮控制軟件的通用化首先要實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的通用化。

1)通信協(xié)議的通用化

通信協(xié)議可采用框架式結(jié)構(gòu)，對(duì)無(wú)人機(jī)平臺(tái)及任務(wù)設(shè)備進(jìn)行功能細(xì)分，每一項(xiàng)功能均對(duì)應(yīng)唯一的信息ID號(hào)。通信協(xié)議框架結(jié)構(gòu)如表1所示。

2)指揮控制軟件的通用化

要求指揮控制站軟件應(yīng)具有跨平臺(tái)性，能適用于各種不同的運(yùn)行環(huán)境。

指揮控制軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)選擇無(wú)人機(jī)的機(jī)型結(jié)構(gòu)，加載基本的軟件功能模塊，同時(shí)可根據(jù)其獨(dú)有的特點(diǎn)手動(dòng)添加相應(yīng)軟件模塊。

結(jié)論

綜上所訴，由于數(shù)據(jù)鏈設(shè)備信號(hào)處理的多樣性、通信協(xié)議的多樣性以及指揮控制軟件的多樣性，無(wú)人機(jī)通用化地面站的道路仍然很長(zhǎng)遠(yuǎn)。未來(lái)，隨著軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)、多機(jī)種編隊(duì)作戰(zhàn)的迫切需求，相關(guān)部門(mén)對(duì)通用化地面站的相關(guān)功能進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，并形成標(biāo)準(zhǔn)。那么通用化地面站的腳步將越來(lái)越快，一站多型飛機(jī)的控制方式將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 ■