張立博

摘要：無(wú)人機(jī)作為現(xiàn)代航空技術(shù)的代表，其測(cè)控通信系統(tǒng)一直是備受關(guān)注的熱點(diǎn)。智能天線(xiàn)技術(shù)以其高效、精準(zhǔn)的特點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注。文章首先分析了智能天線(xiàn)技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)以及該技術(shù)在提高通信效率和可靠性方面的優(yōu)勢(shì);其次，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了探討;最后，文章提出了一種新型智能天線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方案。該方案可顯著提高系統(tǒng)的通信效率和可靠性，具有創(chuàng)新性和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能天線(xiàn)技術(shù)；無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)；通信效率；可靠性；創(chuàng)新性

中圖分類(lèi)號(hào)：TN927

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

無(wú)人機(jī)作為現(xiàn)代航空技術(shù)的代表，其測(cè)控通信系統(tǒng)一直是備受關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，測(cè)控通信系統(tǒng)對(duì)可靠性、安全性和通信效率等的要求也越來(lái)越高。智能天線(xiàn)技術(shù)作為一種新興的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在提高通信效率和可靠性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，引起了廣泛的關(guān)注^［1］。

隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用范圍的不斷拓展，無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)水平也在不斷提升。其中，無(wú)人機(jī)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)測(cè)控和作業(yè)的重要手段。然而，無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中會(huì)受到復(fù)雜環(huán)境的干擾，導(dǎo)致通信信號(hào)的衰減和失真。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，智能天線(xiàn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。智能天線(xiàn)技術(shù)利用多天線(xiàn)陣列實(shí)現(xiàn)波束形成，可在不改變通信協(xié)議的前提下提高通信質(zhì)量，減少通信干擾。因此，智能天線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有效地提升無(wú)人機(jī)通信質(zhì)量和穩(wěn)定性，保障無(wú)人機(jī)安全和作業(yè)效率。

1 無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀與問(wèn)題

無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)是用于控制和測(cè)量無(wú)人機(jī)狀態(tài)和參數(shù)的通信系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)的控制和測(cè)量需要通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中存在著諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。首先，無(wú)人機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定的飛行姿態(tài)會(huì)引起信號(hào)衰減和多路徑效應(yīng)，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降；其次，無(wú)人機(jī)的小型化和輕量化要求通信系統(tǒng)具有更高的集成度和性能，而傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)往往難以滿(mǎn)足這些需求；最后，無(wú)人機(jī)的飛行范圍和飛行高度也對(duì)通信系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。

2 智能天線(xiàn)技術(shù)及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 智能天線(xiàn)技術(shù)的基本原理

智能天線(xiàn)技術(shù)是通過(guò)改變天線(xiàn)的形狀、位置或者特性以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的控制和調(diào)節(jié)，從而提高無(wú)線(xiàn)通信的效率和可靠性。智能天線(xiàn)技術(shù)主要包括兩種類(lèi)型：一種是基于智能軟件算法的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；另一種是基于天線(xiàn)的物理結(jié)構(gòu)和特性來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)節(jié)和控制。

2.2 智能天線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)

智能天線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：首先，智能天線(xiàn)可以通過(guò)改變天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和特性來(lái)適應(yīng)不同的通信環(huán)境和條件，從而提高通信的效率和可靠性；其次，智能天線(xiàn)具有自適應(yīng)性和智能化的特點(diǎn)，可以自動(dòng)識(shí)別和適應(yīng)不同的信道和噪聲環(huán)境；最后，智能天線(xiàn)可以與其他無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結(jié)合，如MIMO技術(shù)、信道編碼技術(shù)等，進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的性能^［2］。

2.3 智能天線(xiàn)技術(shù)在提高通信效率和可靠性方面的優(yōu)勢(shì)

2.3.1 自適應(yīng)性?xún)?yōu)勢(shì)

智能天線(xiàn)技術(shù)可以自動(dòng)感知和適應(yīng)不同的通信環(huán)境和條件，根據(jù)信道狀態(tài)和噪聲水平調(diào)整天線(xiàn)的工作模式和參數(shù)，從而解決通信中的誤碼率、丟包率等問(wèn)題。

2.3.2 信號(hào)增益優(yōu)勢(shì)

智能天線(xiàn)技術(shù)可以通過(guò)優(yōu)化天線(xiàn)結(jié)構(gòu)和調(diào)整天線(xiàn)工作狀態(tài)，使信號(hào)增益得到有效提升，從而擴(kuò)大通信范圍、延長(zhǎng)通信距離，提高通信的可靠性和穩(wěn)定性^［3］。

2.3.4 多信道優(yōu)勢(shì)

智能天線(xiàn)技術(shù)可以通過(guò)設(shè)計(jì)多天線(xiàn)陣列和實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相位調(diào)制、分集和合成等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多信道的并行通信，從而提高通信帶寬和吞吐量，增強(qiáng)通信的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

2.3.5 抗干擾優(yōu)勢(shì)

智能天線(xiàn)技術(shù)可以通過(guò)采用多波束技術(shù)和抗多路徑干擾的算法，降低干擾對(duì)通信系統(tǒng)的影響，提高通信的抗干擾能力和可靠性^［4］。

3 基于智能天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于智能天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

3.1 天線(xiàn)陣列設(shè)計(jì)

在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中，由于天線(xiàn)要同時(shí)進(jìn)行測(cè)量和控制兩個(gè)任務(wù)，需要設(shè)計(jì)一種具有多元化的天線(xiàn)陣列，使其能夠?qū)崿F(xiàn)多信號(hào)的接收和發(fā)射，從而滿(mǎn)足測(cè)量和控制的需求。

3.2 信道分配和調(diào)度

為了實(shí)現(xiàn)多信道的并行通信，需要對(duì)通信信道進(jìn)行分配和調(diào)度。智能天線(xiàn)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分配和調(diào)度，根據(jù)不同的通信需求和信道狀況，動(dòng)態(tài)選擇最優(yōu)的信道，從而實(shí)現(xiàn)高效的通信。

3.3 數(shù)據(jù)處理和傳輸

在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的處理和傳輸也是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。智能天線(xiàn)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化處理和傳輸，通過(guò)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和編碼方式，降低誤碼率和丟包率，從而提高數(shù)據(jù)的傳輸效率和可靠性。

3.4 智能控制和管理

智能天線(xiàn)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線(xiàn)工作狀態(tài)的智能控制和管理，通過(guò)對(duì)通信環(huán)境和條件的感知和適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化，從而提高通信的可靠性和穩(wěn)定性。

總體而言，基于智能天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)可以充分發(fā)揮智能天線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高通信效率和可靠性，同時(shí)還可以滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)對(duì)天線(xiàn)多信號(hào)接收和發(fā)射、信道分配和調(diào)度、數(shù)據(jù)處理和傳輸、智能控制和管理等方面的需求，為無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)的發(fā)展提供更加完備和優(yōu)化的解決方案。

4 基于新型智能天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)應(yīng)用方案

無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)作為無(wú)人機(jī)的重要組成部分，其穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到無(wú)人機(jī)的安全和性能。傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)使用定向天線(xiàn)通信，但由于無(wú)人機(jī)在空中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，通信信道的質(zhì)量會(huì)受到很大影響，從而降低通信的可靠性。因此，研究新型智能天線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方案具有重要的意義。

新型智能天線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用方案設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)方面：（1）天線(xiàn)陣列設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)多波束技術(shù)，設(shè)計(jì)人員需要設(shè)計(jì)一種具有多元化的天線(xiàn)陣列，使其能夠?qū)崿F(xiàn)多信號(hào)的接收和發(fā)射，從而提高通信的可靠性和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)天線(xiàn)陣列時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要考慮天線(xiàn)的數(shù)量、天線(xiàn)的排列方式和天線(xiàn)之間的距離等因素。（2）天線(xiàn)信號(hào)處理。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多波束技術(shù)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)天線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行處理?；谥悄芴炀€(xiàn)技術(shù)，可以采用波束形成算法和最小方差無(wú)失真響應(yīng)算法等方法，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行處理，從而提高通信信道的質(zhì)量和可靠性。（3）信道預(yù)測(cè)。在無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程中，通信信道的質(zhì)量會(huì)受到很大影響。為了提高通信的可靠性，設(shè)計(jì)人員可以使用信道預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)信道的質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而采取相應(yīng)的措施來(lái)保證通信的穩(wěn)定性。（4）碼型設(shè)計(jì)。在新型智能天線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用方案中，設(shè)計(jì)人員也需要對(duì)碼型進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代編碼技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低誤碼率和高編碼效率，從而提高通信的可靠性和效率。

新型智能天線(xiàn)技術(shù)可以通過(guò)信道預(yù)測(cè)和多波束技術(shù)等手段來(lái)提高通信的可靠性。同時(shí)，天線(xiàn)陣列的設(shè)計(jì)、信號(hào)處理和碼型設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)智能天線(xiàn)技術(shù)的重要方面。這些技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)的效率和可靠性，從而滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)在航空、軍事、民用等領(lǐng)域中對(duì)通信系統(tǒng)的高要求。因此，在未來(lái)的研究中，研究人員首先需要進(jìn)一步完善智能天線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方案，提高可靠性和穩(wěn)定性，為無(wú)人機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用提供更強(qiáng)的技術(shù)支持^［5］。其次，研究人員還需要加強(qiáng)與其他技術(shù)的結(jié)合，如機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等，以進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的性能。再次，研究人員還需要對(duì)新型智能天線(xiàn)技術(shù)的成本、功耗等方面進(jìn)行優(yōu)化，以滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求。最后，智能天線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用還需要充分考慮通信系統(tǒng)的安全性和可靠性，避免不必要的風(fēng)險(xiǎn)和損失。

5 基于新型智能天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)應(yīng)用方案的實(shí)現(xiàn)及測(cè)試結(jié)果分析

為實(shí)現(xiàn)智能天線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，筆者采用一種基于多波束技術(shù)的天線(xiàn)陣列?；诙嗖ㄊ夹g(shù)的天線(xiàn)陣列使用4個(gè)天線(xiàn)，并采用線(xiàn)性排列方式。在天線(xiàn)之間的距離方面，該天線(xiàn)陣列采用半波長(zhǎng)的距離，以便能夠?qū)崿F(xiàn)多波束技術(shù)。在信號(hào)處理方面，該天線(xiàn)陣列使用最小方差無(wú)失真響應(yīng)算法進(jìn)行信號(hào)處理，以提高通信信道的質(zhì)量和可靠性。此外，該天線(xiàn)陣列還采用一種基于卷積碼的編碼技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)低誤碼率和高編碼效率。

為驗(yàn)證新型智能天線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，筆者進(jìn)行了一系列測(cè)試，將傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)和基于智能天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)進(jìn)行了比較。測(cè)試結(jié)果表明，基于智能天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)能夠在無(wú)人機(jī)高速飛行的情況下，仍保持良好的通信質(zhì)量和可靠性。與傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)相比，基于智能天線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)具有更高的信號(hào)傳輸速率和更低的誤碼率。

此外，筆者還進(jìn)行了信道預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用了一種基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道預(yù)測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道預(yù)測(cè)方法能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)無(wú)人機(jī)飛行中的通信信道質(zhì)量變化，從而提高通信的穩(wěn)定性和可靠性。

6 結(jié)語(yǔ)

本文研究了新型智能天線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方案，通過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)新型智能天線(xiàn)技術(shù)可以顯著提高無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)的可靠性和效率，在無(wú)人機(jī)測(cè)控通信系統(tǒng)中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。在未來(lái)的研究中，還需要進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高通信的可靠性和效率，以適應(yīng)更加復(fù)雜的無(wú)人機(jī)測(cè)控應(yīng)用場(chǎng)景。

參考文獻(xiàn)

［1］崔維新，梁光勝.智能信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006（5）：27-29.

［2］齊楠，韓波，李平.智能交通系統(tǒng)中無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用［J］.機(jī)電工程，2007（6）：88-90.

［3］曹元軍，周志成，徐偉，等.基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的交通信號(hào)燈控制［J］.計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2007（3）：109-110，114.

［4］陳宇峰，向鄭濤，陳利，等.智能交通系統(tǒng)中的交通信息采集技術(shù)研究進(jìn)展［J］.湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（7）：34-40.

［5］李野，王晶波，董利波，等.物聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的應(yīng)用研究［J］.移動(dòng)通信，2010（9）：29-33.

（編輯 王雪芬）

Application of intelligent antenna technology in UAV measurement and control communication system

Zhang Libo

（The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China）

Abstract： UAV is a representative of modern aviation technology， and its measurement and control communication system has always been a hot issue. Smart antenna technology has attracted wide attention for its high efficiency and precision. In this paper， the basic principle， characteristics and advantages of smart antenna technology in improving communication efficiency and reliability are analyzed， and the practical application is discussed. Finally， this paper presents an application scheme of a new smart antenna technology in UAV measurement and control communication system， which can significantly improve the communication efficiency and reliability of the system， and is of innovative and practical value.

Key words： smart antenna technology; UAV measurement and control communication system; communication efficiency; reliability; innovative