无人机遥控链路（精选三篇）
无人机遥控链路 篇1
通信体制分析
侦察无人机测控的上行遥控链路是由地面向空中无人机传递遥控指令、无人机接收并执行遥控指令的过程, 遥控又称为“上行遥控”。遥控指令包括对无人机飞行控制的飞控指令和对任务设备工作控制的控制指令。完成遥控功能所需的所有无线电设备构成了“上行通道”, 包括地面的发射设备和机载的接收设备。
扩频 (Spread Spectrum) 是将待传送的信息数据用伪随机码调制, 实现频谱扩展后再进行传输, 接收端则采用同样的编码进行解调和相关处理, 恢复原始信息数据。具有以下特点。
1. 显著的抗干扰能力:通过在发送端采用伪随机码进行信号频谱的扩展, 而在接收端采用相同的伪码进行相关解扩, 使得系统可以有效地抑制或者躲避带内的各种窄带或宽带干扰信息, 降低系统对于信噪比 (S/N) 的要求。
2. 可检性低 (LPI, Low Probability of Intercept) :扩谱系统经过频谱扩展以后, 功率谱密度显著降低, 因而具有较好的隐蔽特性, 不容易被侦破, 对各种窄带通信系统的干扰很小。
3. 抗多径衰落:由于扩谱码的良好的相关特性, 可以利用伪码的相位差异分辨出不同的传输路径, 因而可以采用RAKE的方式实现多径信号的能量搜集。应用于相对复杂的无线衰落信道时, 可以有效地提高系统的增益和环境适应性。
4. 具有多址 (SSMA) 能力:扩谱系统允许在同一信道内实现多用户同时工作, 只要采用相同长度的不同伪码就可以实现码分多址 (CDMA) 技术, 特别适用于战场环境下的多用户系统。
另外, 扩谱系统还具有频谱利用率高, 容量大 (可有效利用纠错技术、正交波形编码技术、话音激活技术等) ;能精确地定时、测距与定位;数模兼容, 可开展多种通信业务等显著优点。
在本文的无人机系统中, 无人机工作于打击或侦察目标的上方, 容易被敌方探测、干扰, 影响正常的工作任务。要求上行遥控链路必须具有低的可探测性和检测性, 并且具备一定的抵抗敌方干扰的能力, 保证飞行控制信息的正常接收, 保证无人机依照我方控制正常飞行, 执行作战任务。因此, 采用具有较高扩谱增益的直接序列扩谱系统完成上行遥控链路。
同时, 采用直接序列扩频体系, 可以实现码分多址 (CDMA) 的多用户方式。执行任务时可以方便地动态配置各个用户的用户码, 提升了系统的保密特性。地面站根据不同用户的控制码可以方便地同时控制多架飞机组合完成任务, 扩展了系统的任务范围, 增强了系统的战斗力, 提高了系统的作战功能, 从而更大地发挥系统的作战效益。
工作原理和框图
采用软件无线电思想[3,4], 设计无人机遥控链路的扩频发射机原理框图如图1所示。遥控链路的地面设备从地面飞控系统获取遥控指令或者航迹数据, 采集后经信息组帧、信息交织、信道编码、伪码扩频、差分编码、基带频谱成型、BPSK调制、频率变换、功率放大、射频频谱成型, 最后由射频天线发射。
无人机遥控链路的扩频接收机原理框图如图2所示。机载天线接收到扩频调制射频信号后, 通过低噪放、滤波得到扩频中频信号。然后经过下变频、自动增益控制的扩频信号进行解扩和解调, 进过数据解帧解密得到遥控指令或者飞行航机。通过切换开关, 分别控制无人机飞行动作或者轨迹。
关键参数计算
扩频参数计算
当采用128长度的PN码序列时, 扩频增益如下式所示, 可以达到21的扩频增益, 计算如下:
1 0 lg128=21d B (1)
当码速率为19.2 kbps时, 扩频码率计算如下:
19.2kbit/s×128=2.4576 Mchips (2)
扩频信号初捕时间计算
当采用序贯检测法时, 对128的扩频码至少需要256次的搜索, 占用的时间为256/19.2kbit/s=13ms, 设计中采用匹配滤波捕获的办法, 可使初捕时间减少到4个伪码周期, 则初捕时间缩短为200ms, 为可靠接收, 取该时间的5～20倍, 最大捕获时间为1～4ms。
信道参数计算
已知信道带宽为B=4MHz, 发射频率为1600MHz, 最大通信距离为40km, 扩频增益G=21d B, 编码增益GB=0d B;考虑到增加一级声表滤波器以消除带外干扰的插损, 设收发天线的增益L1=-6d B;电路其它损耗L2=-10dB, 抗干扰容限取M=10dB, 在10-7误码率时的解调门限取K=13dB, 则接收中频载噪比:
相当于信噪比为:
S/N=-7d B (4)
宽带基底白噪声为-114d Bm, 考虑带宽为4MHz, 总噪声功率应该为-108dBm。
接收端的灵敏度为:
自由空间的损耗为:
由以上计算得出, 发射功率为:
Pt=128.6-99=29.6dBm (7)
约相当于1000mW, 考虑功放的效率最大30%, 实际选取功放为2W。
拉距测试
系统选用的射频为微波频段, 是直线传播方式, 绕射能力较差, 不能够在视距之外通信。因此受地球曲率的影响, 无线电作用距离越远, 要求无人机的飞行高度越高。无人机地空数据链的作用距离受到无线电视距的限制, 考虑到各种地形、地貌、气候对电波传播的影响, 无线电视距按几何视距公式计算是合理的, 而且其结果与经验数据吻合。
无线电视距按如下公式计算[5]:
式中:
d0——直视距离, 单位km
1h——地面站天线工作时距地面高度, 单位m
h2——无人机天线工作时距地面高度, 单位m
假设地面天线高度为1.5m, 无人机飞行高度100m。通过试验, 可得出如下结论:测控通信链路试验距离为40km的话, 已经接近理论公式中的最大视距传输距离, 可以认为测控链路能在视距范围内正常工作。
结语
在本文中设计了一种侦察无人机遥控链路, 通过分析得出采用直接序列扩频通信体制, 具有显著的抗干扰能力、可检性低、抗多径衰落、具有多址 (SSMA) 能力。以软件无线电思想设计实现遥控链路发射机和接收机。由关键参数运算给出理论支持, 通过试验证实设计切实可行。
摘要：根据侦察无人机的特殊使用环境, 侧重系统高的防探测性、防检测性、高保密性和方便可扩充性特点, 分析了直接序列扩频通信体制的特点。在此基础上, 设计了侦察无人机遥控链路, 给出了扩频发射机和接收机的原理框图。对相关扩频参数、信道参数进行了计算和分析。最后通过拉距试验, 证实该遥控链路在视距范围内切实可行。
关键词：侦察,无人机,遥控链路,无线电视距
参考文献
[1]赵海峰, 王君瑞, 袁建东等.靶场测控系统需求工程的分析与设计[J].导弹试验技术, 2010 (2) :31-34.
[2]熊珍凯, 陈汀峰.舰炮自动测控系统设计[J].舰船科学技术, 2010 (5) :45-47.
[3]Mitola J.Software Radio Architecture[J].IEEE Communications Magazine, 1995 (33) :56-61.
[4]张键.软件无线电体系结构框架[D].成都:电子科技大学博士后研究报告, 2000.
遥控无人机航拍合同 篇2
合同编号：
甲方:(委托方)签订地点：_________________ 乙方:(承拍方)签订时间：_____年 月 日
一、航拍的内容与要求
1、内容和要求: 甲方委托乙方对_______________ 进行遥控无人机航空摄影。
拍摄要求: __________________________________________________________________
2、拍摄时间: 乙方确定于 年 月 日____时前往现场勘察路况及场景,并与甲方负责人现场确认拍摄计划及细节。
乙方确定于 _ 年 月 _ 日____时前往现场进行正式拍摄，甲方负责人同期到达协助拍摄。
3、视频（图片）验审： 由于遥控无人机对天气条件敏感，所拍摄视频（图片）质量以实际拍摄结果为准。现场由甲方确认合格并签字。并按合同约定向乙方支付余款，乙方向甲方提供此次拍摄视频（图片）文件数据。一旦甲方接受文件数据即表示乙方履行合同完毕。
二、拍摄方案与条件 航拍实施方案：
拍摄现场由乙方共_____人组成拍摄团队，预计现场作业时间为____小时。航拍设备由乙方提供，____________________________________由甲方提供。航拍气象条件: 白天,晴或少云天气,拍摄时的风力要求在3—4级以下,能见度要求在8—9公里以上,否则视频（图片）质量将受影响。
作业环境安全风险声明： 当航拍作业区域有如下环境必须由甲方事先声明并签名确认，未声明乙方有权拒绝拍摄并不退还预付款。
1.5Km之内有军事目标或敏感单位 _________（签名）2.30Km之内有机场 _________（签名）
3.航拍区域有高压线或其它架空线路 _________（签名）4.高速公路、铁路、港口上方 _________（签名）5.闹市区或密集建筑群上方 _________（签名）6.较多演员或人群上方 _________（签名）
7.名胜建筑,文物,地方或国家重点保护区上方 _________（签名）8.海洋，水库,河流,湖泊,江域等水面上方 _________（签名）
9.气流紊乱环境如：隧道,涵洞,峡谷,山涧,河床,林带,楼群等 _________（签名）10.电磁环境复杂如：水电站,发电厂,微波塔,集群通讯中枢等 _________（签名）11.恶劣气象条件如：高温(35摄氏度以上)，寒冷(0摄氏度以下)，大风（4级以上），浓雾（视 距1公里以内），雨雪霜冻等 _________（签名）
12.恶劣地形如：高山、森林,茂密草丛,农田作物种植区等有碍航拍安全的环境 _________（签名）
甲方声明此次航拍任务有上述签名项目的安全风险，实际拍摄时乙方会避开在上述危险环境下拍摄，如无法避免时乙方向甲方加收安全风险金 %,即为: 元。乙方已到达现场,但因上述安全风险无法完成拍摄时,乙方可以不加费用等待2天，若第3天依然无法拍摄由乙方向甲加收食宿费用每天______元。若因为上述情况取消拍摄计划的，乙方将在预付款中扣除差旅费 元，其余预付款返还，合同终止。
三、合同价款和付款方式
1、合同价款为：人民币（大写）：_______________________（1）合同价款已包括航拍遥控无人机____个起落（每起落滞空时间约10分钟）费用。每增1个起落加价_______元。以上合同价款包括__ 个位置拍摄费用，每增加1个位置加价______元。因拍摄环境属危险作业环境加收风险金 元。器材运输,人员交通食宿费由_____方承担。以上加收费用未包含在合同价款内，加收费用待合同终止时由甲方一并付清。（2）以上合同价款_____（填含/不含）发票。
2、付款方式： 合同签字盖章后,甲方预付合同额的________ 元（大写）,作为预付款，余款在乙方拍摄完成交付甲方文件数据后，由甲方当即支付给乙方。
3、因复制风险，甲方在付清余款前不得扣留数据文件。同时甲方有权在支付余款后要求乙方提供原始数据媒介（SD卡）。
4、乙方接受汇款帐户为 单位名称: 开户银行: 帐 号:
无人机遥控链路 篇3
近年来,无人机在军事和民用领域得到了非常广泛的应用。无人机遥控链路是整个无人机系统的神经中枢,可靠性方面要求严格[1]。无人机飞行时复杂多变的环境,特别是远距离巡航时,其低仰角带来的严重多径衰落与高速移动产生的多普勒效应严重影响其遥控链路的可靠性,为了提高其抗干扰能力,保证可靠性,通常采用直接序列扩频技术,并且要求较长的伪码长度[2,3]。该技术的收发两端要求用完全相同的伪随机码进行扩频和解扩,因此接收机本地参考伪码序列与接收序列之间的精确同步是对接收信号实现解扩的关键,而伪码同步的关键是伪码捕获[4,5]。
对于1 024位以上的长码扩频系统,传统的伪码捕获方法[6],捕获时间长,硬件资源消耗大,且动态性能低,不适应于无人机遥控链路。本文采用一种基于FFT算法的快速伪码捕获方法,设计了基于长码直接序列扩频技术的无人机遥控链路FPGA实现方案,经过硬件实现与测试,减少硬件资源消耗的同时缩短捕获时间。
1 遥控链路实现方案
该无人机遥控链路总体技术要求包括:信息速率为14.4 Kb/s;处理增益30 dB;扩频位数1 024位;码片速率22.5 Mb/s;纠错编码采用RS编码;多普勒频移不大于±20 kHz;同步时间小于10 ms;调制方式为QPSK。
总体硬件实现方案如图1所示。采用收发一体的数字基带处理结构,收发通道在单片FPGA内完成。FPGA选用Altera公司的EP3C120F484,主要的功能都在片内完成,正交下变频解调器选用AD8348,它将中频140 MHz信号正交下变频到基带,形成I/Q两路正交信号,由ADC(AD9216)完成基带信号的模-数转换,将形成的数字信号传输给FPGA。Si-4133产生中频本振,其工作频率为280 MHz,参考本振为10 MHz。主机接口芯片选用MAX3485,RS 422接口芯片,把解调后的信息传输给主机。其工作时钟频率为波特率的16倍。
1.1 发射通道实现方案
发射通道实现方案如图2所示。遥控指令数据经过RS编码,插入帧同步头,帧同步头采用13位巴克码,然后进行差分编码器,以消除相位模糊问题。随后,对产生的码元序列进行基带扩频,扩频码采用读PN码存储ROM方式产生。FPGA片内集成一个可调NCO,可对扩频后基带数据进行I,Q两路的平衡QPSK调制。调制器输出通过D/A变换送往射频单元。
1.2 接收通道实现方案
接收通道实现方案如图3所示,对经A/D变换后的I,Q两路数字信号进行解扩解调。解扩采用频域数字相关接收,接收端通过载波同步、PN码同步、帧同步和位同步,严格保证信息正确解扩解调,完成整个扩频通信系统的信息传输。接收通道的关键技术是长伪码的快速捕获。
2 长伪码快速捕获方法
传统的匹配滤波器是在整个码相位和频率域上进行二维搜索[7,8],致使需要检测的不确定空间和捕获时间成倍增加。把时域的循环卷积转化到频域,利用快速傅里叶变换来计算,将会大幅度缩小运算量,但将时域、频域二维串行扫描变成并行扫描的方法虽减少了捕获时间,但是以提高硬件的复杂度为代价。
为了处理捕获时间和实现复杂度之间的矛盾,本文采用了一种结合频率捕获和伪码捕获相结合的基于FFT算法快速捕获方法[9,10]。基于FFT的捕获方法在搜索伪码相位的同时,得到载波频率偏移值,将原来的伪码相位、载波频偏的二维搜索过程变成只搜索伪码相位的一维搜索过程,大大减少了高动态环境中伪码的搜索时间。该方法的FPGA实现方案如图4所示。
FFT的并行捕获搜索过程如下:首先经过正交解调,本地载波NCO对准初始频率估计值,将中频信号解调为基带信息,使产生的信号对准一个频率点搜索,启动FFT捕获环路,做1024点FFT变换,将变换结果和存在ROM内的本地伪码的FFT共轭相乘,再做IFFT,通过比较所有的相关峰值,找出其最大值,若最大值大于设定的检测门限,则表明信号捕获,给出信号所在位置的码相位和载频,进入信号跟踪阶段。如果最大值小于门限,则表明信号未捕获,通过控制逻辑改变载频频差,重复上述过程。采用该方法要注意如下几点:
(1) 伪码并行搜索的过程是对时域和频域同时进行搜索,载频频差搜索步进单元的选取很重要。步进单元选的较小,对弱信号的捕获性能较好,但会增加捕获时间;步进单元选的过大,会使相关峰值降低,特别对于低信噪比的信号,不易捕获到,所以载频频差搜索步进单元的选取需要折衷考虑。
(2) 在FFT频域并行捕获的同时,可完成对信号载频的提取,因而它可以取代载波频率捕获电路。
(3) 在采用FFT频域并行捕获法时,考虑到FPGA的特点,本地伪码FFT值预先存储于FPGA内的存储单元中,这样做的优点在于,省去了一个FFT模块,从而节省了整个系统资源,提高了系统捕获时间。
(4) 扫频控制模块受延时锁相控制,在捕获载频频差搜索和伪码捕获后,在延时锁相环路中将对捕获的伪码进行验证,以防止误捕获。
3 实现与测试结果
FPGA的编程实现采用QuartusⅡ9.0集成软件,调试和仿真工具采用该软件自带的在线逻辑分析仪(SignalTap Ⅱ Logic Analyzer),可提供适时、高速的指定信号波形。
3.1 伪码捕获与同步解调
伪码捕获和同步解调过程的SignalTap Ⅱ测试结果如图5所示,实验条件为两块实验板之间通过屏蔽线将中频发射和接收端直连,无噪声干扰。
图5(a)为伪码捕获完成,延迟锁定环路还未开始调整伪码时,信号squrtout、imagout波形在相关输出时刻输出了超过门限的相关峰值,PNSet信号表明本地产生伪码和输入信号伪码相位相差3 551个伪码时钟,本地输出的同步伪码序列syPN与输入信号的伪码序列simrealdata的相位相差在一个chip相位内,完成了伪码捕获。
图5(b)中mI、mQ为两路解调输出,syb_clk为同步码元时钟,LRX4,LTX3分别为发射和接收的信息码元,ph为本地NCO的同步跟踪相位,PNSet为本地伪码与发射信号伪码相位差。由图中可以看出mI,mQ已实现同步的解扩解调。ph为一个锯齿波,其斜率是载波的跟踪频偏,它始终跟踪接收信号和本地载波频率的相位偏差,保证本地载波频率和接收信号载波频率及相位保持一致。
3.2 低信噪比条件性能分析
图6为系统高低信噪比条件对比下的SignalTap Ⅱ仿真图,实验条件为两块实验板之间通过屏蔽线将射频发射和射频接收端连接,射频发射端功率为0 dBm。其中图6(a)信号无衰减,图6(b)加110 dB衰减器。
由图6可以看出,在信号衰减110 dB后,接收到的中频信号ADC_P2B由于信噪比很小(0 dB以下),无法看出发送信号波形,在滤波器输出端F_firoutI信号被噪声淹没。然而,在该扩频系统中,采用1023扩频码,系统理论增益为30 dB,使得信号能正常捕获、跟踪、解调。当然,噪声对系统依然存在很大影响,从图6(b)可以看出,由于噪声影响,载波跟踪环输出的ph信号在锯齿波的基础上,存在不规则抖动,由于系统选取了适合的环路增益,使得这种抖动在系统可接收范围内,从而保证了系统正常工作。
4 结 语
本文设计了基于长码直接序列扩频技术的FPGA实现方案,重点阐述了长伪码快速捕获方法的实现,该方法将传统的伪码相位与多普勒频移二维搜索过程简化为两者同时捕获的一维搜索过程。经过硬件实现与测试,系统达到了设计要求,已应用于某型无人机,使用效果良好。
摘要：为了满足无人机遥控链路远距离、高动态、强抗干扰能力的军事通信需求,设计了基于长码直接序列扩频技术的FPGA实现方案。该方案采用了一种基于FFT算法的快速伪码捕获方法,将传统的伪码相位与多普勒频移二维搜索过程简化为两者同时捕获的一维搜索过程。经过硬件实现与测试,该方案可有效减少硬件资源消耗,同时缩短捕获时间。
关键词：无人机遥控链路,直接序列扩频,长码捕获,FPGA
参考文献
[1]吴潜.无人机测控系统的现状与发展趋势[J].电讯技术,2009(9):90-94.
[2]白洋,梁俊,张强,等.基于二维扩频技术的无人机控制链路抗衰落技术研究[J].空间电子技术,2010(1):42-45.
[3]郑金秀.无人机测控信道衰落特性及其抑制方式[J].电讯技术,2011(3):56-58.
[4]王鹏宇,柳震,张野.直接扩频通信同步系统的FPGA设计与实现[J].山西电子技术,2011(6):53-54.
[5]陈荣,周旭,张士强.扩频信号的捕获与追踪[J].测控遥感与导航定位,2010(5):33-35.
[6]张波涛,李剑,胡冠华,等.直序扩频系统中扩频码同步技术的研究[J].电子测试,2011(6):39-42.
[7]SPANGENBERG S M,SCOTT Iain,MCLAUGHLIN Ste-phen,et al.An FFT-based approach for fast acquisition inspread spectrum communication systems[J].Wireless Per-sonal Communications,2000,13(1/2):27-55.
[8]赖玉强,付民仓,王法能.DSSS数字匹配滤波器原理及其实现方法[J].通信技术,2003(1):92-93.
[9]郭肃丽,刘云飞.一种基于FFT的伪码快捕方法[J].无线电通信技术,2003,29(1):11-13.