无人机数据链技术及发展

无人机数据链技术及发展

张珺

中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西省西安市 710068

摘要：随着无人机的使用范围日益扩大，数据链系统作为无人机通信系统的核心部件，其作用是实现无人机与地面之间的数据信息传递。因此，本文对无人机数据链技术的特点、关键技术以及发展趋势展开了研究和探讨，以期为有关人员提供参考和借鉴。

关键词：无人机；数据链技术；发展

引言：

随着科学技术的快速发展，武器装备在战场上已经呈现出明显的无人化倾向。作为C4ISR体系结构的一个重要组成部分，无人机数据链对于实现飞机与地面基地之间的信息通信至关重要。该系统能够在传感器、指挥控制单元、武器平台等多个单元间进行实时的战术信息交换，成为建立信息链路的桥梁以及获得信息的优势，以此提高各单元间的快速响应与协作能力。

一．概述

1.1无人机数据链技术定义

无人机数据链是一种多模智能通信系统，它可以感知工作区域内的电磁环境，并根据环境特点和通信需求，对通信系统的运行参数进行实时、动态地调节，以实现可靠的通信或者节约通信资源[1]。

根据无人机数据链的传输方向，无人机数据链可以分为上行链路和下行链路。其中，上行链路的作用是向地面发送和接收遥控指令，下行链路的作用是向地面发送和接收远程测量、红外线和电视等图像。同时，相关工作人员根据上、下行链路实现对目标位置的精确测量，从而实现对目标位置的精确测量。

1.2无人机数据链系统的构成

（1）传输通道

不同的传输通道具有不同的特点，如：传输带宽、传输功率、接收灵敏度等。在传输通道内的各设备间，均有一个标准的数据接口，可通过选择合适的信道、功率、调制解调器、编解码及加密算法，实现通信距离、数据带宽传输速率、时延、通信方式、抗干扰及可靠性等数据链信息的传输[2]。

（2）消息标准

消息准则是指在一条链路上传送的资料资讯，包括资料格式、资料容量、资料种类、资料收发规则等。为了方便处理器的产生、分析与处理，相关人员必须建立一套规范的格式处理与数字变换方案。

（3）通信协议

通信协议是指在数据链系统进行通信的过程中，有关数据信息的传输时序、传输条件、传输流程及传输控制方式等方面的规范，主要解决各种应用系统的格式化消息如何通过信息网络来建立起可靠、高效的数据链路，以达到数据交换的目标。

二．无人机数据链系统的主要特征

无人机数据链是在一个指定的周期内，按照指定的消息格式和通信协议，将所需的数据信息传送给指定的链接对象。无人机数据链的主要特点有：

2.1实时性和高精度

无人机的飞行状态是由地面控制指令直接决定的，因此，无人机的控制命令不允许有较长时间的延迟。同时，无人机对指令的生成、发送、收发等方面的可靠性和精确性提出了极高的要求[3]。

2.2通用性和标准化

在数据链路的通信中采用标准的信息格式，其中包含了数据链路的帧格式、接口标准、传输率等方面的内容。同时，相关人员对无人机通信系统中的各种数据进行规范化处理，并在统一的信道上传输，从而在保证数据通信效率的前提下，提升数据链路之间的可互用性。

2.3抗干扰和安全性

数据链路的性能与无人机系统之间的信息交互密切相关：无人机在真实飞行过程中，飞行器经常处于异常复杂的电磁环境，当受到等同频或类似频段的无线射频设备对其系统进行干扰时，要求整个系统仍能够正常运行。

三．无人机数据链关键技术分析

3.1抗干扰技术

良好的抗干扰性是实现复杂战场条件下无人化作业的前提与保障，也是保障无人机安全飞行的重要保障。当前，无人驾驶飞机普遍使用卷积、交织、 RS等抗干扰编码，并利用直接序列扩展频谱技术抵抗多种外部干扰。直接序列扩频技术是一种比较简单的技术，它在通过收发机段时利用同样的扩频码对信息进行扩展和解扩，从而消除了干扰，同时还具备一定的隐蔽性和抗干扰性能。

3.2干扰谱估计技术

敌方的故意干扰、复杂的战斗环境等因素均可能导致无人机数据链路性能下降。因此，干扰谱估计技术是通过对环境电磁信号进行采样分析，把握到了干扰频带的位置，从而选择空穴频谱（即不存在干扰的频段）进行信息传递。

3.3视频图像压缩编码技术

无人机的重要功能之一就是在战场上进行情报的侦查和传递，因此，无人机的成像设备所采集到的侦查图像需要被实时地传送到地面的控制终端，以便指挥人员在战场上作出正确的决定。当前，无人机采集到的视频图像多采用 VHS模拟格式进行传输，但由于无人机作战需求日益迫切，需要大量的侦察储存信息，从而使得模拟视频信息的传输和分发适应不用通信带宽的要求[4]。

四．无人机数据链技术发展趋势

当前，无人机的应用范围越来越广，其所处的电磁环境也越来越复杂，从而改变了无人机单独执行任务的方式，无人机对其集群、编队、网络化的应用需求越来越高。因此，多架无人侦察机的联合作战将会是未来战场上的一种主要作战方式，这就给无人机数据链技术的发展提出了新的要求。

4.1建立专用协同链路

当无人机与其他战斗单位协同完成任务时，无人机可以通过特殊的系统链路，来实现对系统内部单元的实时协同作战，主要包括：各单元的网络连接、多信息融合处理、多方位协同探测和高精度定位、实时高速信息传输、装备间协同分配以及综合控制。在此基础上，无人机通过信息共享、战斗行为融合、检测打击评估等手段，实现作战效能的优化。

4.2加强信息传输的安全性

无人机编队飞行时，不仅会被敌方的干扰信号所影响，从而影响其信息传递，而且还会遭受敌人窃取指令权、远程探测信息等情报的威胁。因此，相关人员对无人机远程遥测数据进行加密显得十分必要。同时，相关人员需要考虑到无人机的战斗环境，其系统对图像和数据的保密性具有很高的要求。此外，无人机信息传输在加密的过程中会增加系统的处理时间，从而造成处理时间的延迟和画面的延迟，进而影响到无人机作战的时间。因此，相关研究人员需要研究一种能够保障信息安全性的高安全性加密方法，其是未来无人机数据链路的发展方向。

4.3增强对环境适应的智能化

无人机在执行战斗任务时，将面对多种场景的变化，其数据链路必须具备智能化的特征，才能更好地应对高强度的电子对抗。因此，无人机应具有链路重构、网络拓扑结构等功能，并且通讯终端要达到某种程度上的智能化，以适应该平台的操作需求。此外，无人机在具备电磁感应功能的前提下，必须具备一定程度的自适应能力，从而随时应对复杂、未知的电磁环境。

结语：

综上所述，通过对无人机数据链关键技术进行分析和总结，结合当前无人机数据链技术的发展现状，对无人机数据链技术的发展趋势进行了展望，在此基础上，相关研究人员需要致力于对上述关键技术进行突破，使无人机数据链技术满足无人机快速发展的要求，从而更好更快地促进无人机的发展和应用。

参考文献：

[1]王耀. 低空无人机数据链电磁环境实时感知及预警技术研究[D].中国民用航空飞行学院,2022.

[2]褚轩. 无人机数据链关键技术设计与验证[D].重庆邮电大学,2022.

[3]刘博. 无人机数据链抗干扰技术研究[D].沈阳理工大学,2022.

[4]何源洁,张华鹏.无人机数据链技术及发展[J].电子技术与软件工程,2021(16):184-185.