某小型無人機測控系統的設計

摘要:測控系統作為無人機電子信息系統的核心，是無人機系統的重要組成部分。本文闡述了無人機測控系統的主要功能，描述了某小型無人機測控系統的組成。

關鍵詞:無人機;遙控遙測;地面站;操縱器

中圖分類號:E926 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)02-0305-02

1 引言

無線電遙控遙測系統是實施對無人機飛行管理的核心，也是保證無人機安全飛行與回收的關鍵，無線電遙控遙測分系統簡稱為測控分系統，按功能可以分為無線電遙控子系統、無線電遙測子系統和地面站顯示終端。無線電遙控子系統主要用于傳輸地面操縱人員的指令，引導無人機按操縱人員的旨意飛行以及對安全區的坐標數據進行傳輸;無線電遙測子系統用于傳送無人機的狀態參數、位置坐標等信息給地面站;地面站顯示終端對無人機的飛行參數、飛行姿態、航向和航跡進行顯示，并對程控航線和安全區域進行規化，將規化好的坐標以無線電方式實時轉送到機載飛控系統，顯示終端還可以對飛行數據進行保存和回放。

作為無人機飛行管理的核心，無線電遙控遙測分系統的主要功能如下:

(1)傳送遙控指令;

(2)顯示無人機的航跡、姿態、位置、機載設備工作狀態、當前遙控指令、測控數據傳輸質量等信息;

(3)設置并裝定無人機的原始參數、原點位置、飛行航路和安全區;

(4)管理無人機飛行數據;

(5)提供遙測信息的串口數據，以接入局域網。

2 測控系統的組成

該小型無人機測控分系統組成框圖如圖1，它包括機載遙控遙測收發一體機、地面遙控遙測收發一體機、地面站、遙控指令操縱器及天線，并在地面站上增加了一個專用接口供數據接入局域網。

2.1 遙控遙測收發一體機

遙控遙測機載及地面收發一體機均由GD無線數傳電臺構成，該電臺具有如下特點:

(1)高性能、高穩定、高可靠，適用于各種惡劣的工作環境;

(2)軟件改變發射功率，不打開電臺即可改變輸出功率;

(3)軟件改變靜噪開啟電平，現場安裝更方便;

(4)數據電臺采用溫補頻率基準源，確保高穩定收發頻率;

(5)空中傳輸速率高達9.6Kbps;

(6)采用前向糾錯，交織/反交織，誤碼率降到最低;

(7)循環冗余校驗(CRC)，數據更可靠;

(8)收發轉換時間更短，數據延時更小;

(9)結構緊湊，體積小巧;

GD無線數傳電臺由發射機、接收機、鎖相環頻率合成器、基帶處理、調制解調器、微處理器、接口電路等部分組成，其原理如圖2所示。

發射機將基帶信號調制到射頻上，進行功率放大和濾波。

接收機對接收到的射頻信號進行濾波、放大、混頻、鑒頻等一系列處理后得到基帶信號。

鎖相環頻率合成器提供發射和接收所需頻率的信號。

基帶處理對基帶信號進行濾波、放大、預加重、去加重等處理。

調制解調器完成數據信號調制為模擬信號以及模擬信號解調為數據信號的變換。

微處理器完成控制、數據處理、參數設置、接口控制等。

接口電路實現與外接設備的電平轉換與接口。

發射工作過程:基帶信號經過基帶處理后送至調制器，然后經過小信號放大、功率放大和多級濾波后輸出至天線口。

接收工作過程:天線口進來的信號經過濾波、低噪聲放大、混頻、中頻濾波與放大、二次混頻、濾波、鑒頻、基帶處理等過程還原信號。

2.2 地面站及操縱器

地面站的組成見圖3，它主要包括綜合管理控制器、副站管理控制器、收發一體數傳電臺、工控機、LCD顯示器、鼠標及兩個RS-232口。綜合管理控制器是地面站的核心，主要數據的發射與接收、副站信息的處理及與工控機之間的數據通信;副站管理控制器負責對遙控指令操縱器送來的信號進行時序排序與編碼并送給綜合管理控制器;遙控發射和遙測接收模塊主要負責把遙控信息給電臺并處理電臺送來的遙測信息;工控機負責對遙測信息進行處理并送LCD顯示器進行顯示;鼠標用于對測顯軟件的操作、無人機參數的設定及飛行數據的存儲等;一個RS-232口用于工控機與綜合管理控制器之間進行通信，另一個RS-232口用于工控機與局域網上計算機之間進行通信。

操縱器分為遙控主控制臺和遙控副操縱器，如圖4和圖5所示。操縱器的面板上有6個板鍵開關，每個開關對應2個指令，故6個板鍵開關共可實現12個指令;21個微動開關各對應1個指令，故可實現21個指令;33個開關指令分別是:遠航、返航、上舵、下舵、俯沖、爬升、左定向、右定向、左舵、右舵、左盤旋、右盤旋、橫平、縱平、靶Ⅰ放、靶Ⅰ切、靶Ⅱ放、靶Ⅱ切、啟動、降高Ⅰ、降高Ⅱ、加GPS、程控Ⅰ、程控Ⅱ、左修、右修、歸航、大車、小車、回收、拋傘、停車、巡航。

2.3 天線

采用高增益天線，地面天線的長度為400cm，架高后總高度為1000cm，增益為10dBi，機上天線長度為25cm，增益為2.15dBi。

3 結語

測控系統作為無人機電子信息系統的核心，并作為空中與地面之間聯系的唯一紐帶，一方面需要研究新體制抗干擾技術，不斷提高自身測控反對抗能力，以適應未來復雜的戰場電磁環境;另一方面，由于無人機系統的應用正在向通用化、智能化、寬帶化和網絡化方向發展，無人機系統將需要在指揮控制系統通用化與互操作、一站多機通用控制站、抗干擾高速寬帶數據鏈、協同組網與演示試驗等方面加大投入，不斷提高無人機測控系統技術水平，適應無人機的可持續發展。

參考文獻

[1]吳益民等.無人機遙控遙側數據實時處理研究[J].計算機側量與控制，2006.

[2]張勁銳等.基于GIS的無人機地面測控系統設計與實現[J].彈箭與制導學報，2008.

[3]馬傳焱. 無人機測控系統抗干擾技術與應用分析[J].飛航導彈，2006.