無人機技術應用分析

趙暑輝 71352部隊

引言：無人駕駛飛機簡稱為無人機，它體積小、造價低，使用方便、對作戰環境要求低，戰場生存能力有了突破性的提高，在最近的幾場局部戰爭中，無人機以其準確、高效和靈活的偵查、干擾、欺騙、搜索、校射等多種作戰能力，發揮著顯著的作用，對戰爭產生了深遠的影響。從美國軍隊的應用情況來看，在阿富汗和伊拉克戰場大量使用無人機來完成ISR（情報、監視和偵查）任務。由于這類無人機的主要途徑是獲取高質量的ISR數據，為了將偵查到的情報數據技術傳送到指揮官手中，因此，通信鏈路就成了ISR無人機新天地 關鍵環節。

1.無人機通信面臨的問題

隨著用頻裝備的不斷增加，世界各國軍隊都普遍面臨著頻譜資源日漸緊缺的局面。比如，美軍早在“沙漠風暴”行動中，在通信高峰期，國防部的衛星智能提供75%的帶寬，其余帶寬依靠北約的系統和租用商業衛星來解決。但目前僅僅美軍“全球鷹”無人機消耗的帶寬就是海灣戰爭中美軍總帶寬的五倍。據美軍估計，到2015年以后，“全球鷹”無人機將需要548Mbps的帶寬，“捕食者”需要44.7Mbps的帶寬。與此同時，美軍各軍中都計劃大量裝備M無人機，這將使目前已經緊張的頻譜資源更加緊張。

在信息化戰爭條件下，各種軍事技術對抗愈演愈烈，而通信對抗也越來越廣泛地得到應用，由于無人機在執行任務過程中，必然涉及到無線電通信，因此，無人機的通信也面臨這通信對抗的威脅。為了減小通信對抗對無人機通信的影響，這就要求改進無人機通信方式和通信技術。

2.無人機通信的關鍵技術

美軍2005-2030年無人機飛行其系統線路圖包含了對未來無人機通信技術的闡述，無人機通信系統的設計基本上是按照“給定頻帶和平臺所允許的尺寸，質量和消耗電力，實現通信距離×數據速率最大化”。美軍無人機通信技術的主要內容是關于帶寬、頻率及信息/數據流的靈活性、適應性以及基于認識的適應控制能力。而系統是以網絡為中心，所謂指揮控制、數據管理、流程控制的網絡服務于使用構想一致，必須安裝在系統上。

2.1 數據鏈技術

戰場信息主要采用數據鏈作為傳輸方式。數據鏈在傳感器、指控系統和武器平臺之間實時傳輸戰術信息，是滿足作戰信息交換需求的有效手段。數據鏈是現代信息技術以戰術理念相結合的產物，是為了適應機動條件下作戰單元共享戰場態勢和實時控制的需要，采取標準化的消息格式、高效的組網協議、保密抗干擾的數字信道而構成的一種戰術信息系統。

飛機數據鏈的傳授速率和處理能力可以擴大未來無人機的能力。目前的情況是，機上數據中繼到地面，由地面設施對傳回的數據按需要進行處理。而隨著技術的發展，機載處理能力將超過數據鏈能力，無人機有可能將這些數據的處理結果中繼到地面以供地面做出決定。這樣無人機通信對于數據速率的要求，尤其是圖像采集等特定應用將會減少。

為了提高現有頻譜的利用效率，美軍無人機通信中采用了功率控制、數據壓縮、頻帶選擇技術。對于無人機通信，系統要盡可能少地發送數據量。比如，可以盡可能使用數據率與任務要求的通信量和匹配的調制解調器。同時，為了減少數據量，還可以使用高效的壓縮技術。例如，使用H.264壓縮和高性能FEC編碼，用3Mbps標準分辨率視頻。美軍在無人機路線圖中，著重闡述了通信擁堵問題及其解決方法，并明確指出數據壓縮至是解決帶寬不足的權宜之計，并認為光學數據鏈，也稱激光通信技術，所提供的數據速率比最好射頻系統的數據速率要高2~5個數量級。確保激光鏈路能夠被捕獲和維持的關鍵技術還有待進一步突破。與傳統的射頻數據鏈相比，光學數據鏈在帶寬、重量和抗干擾方面更具優勢。光學數據鏈具有重量輕，對功率要求低的特點，使它非常適合應用于無人機通信，但目前技術還不十分成熟，離實際應用還有一定的差距。

2.2 網絡中心通信技術

從近幾次局部戰爭中對無人機的應用情況來看，已經充分顯示出無人機作為戰場通信中繼的重要作用。然而僅將無人機作為戰場通信中繼還不能夠完全發揮其作戰潛能。隨著無人機小型化使單機成本的降低，以及單機處理與應變能力的提高，如果以機群為基礎的作戰單元內單機間具有可替補性，那么作戰單元的可靠性將會大大提高；另外機群與指揮中心具有多條通信鏈路，也可以大大提高以機群為基礎單元的執行任務能力。無人機平臺加入戰斗信息網絡，提供收發數據的網絡服務的技術包括多個領域。網絡化的通信能力，具有充足的容量、穩定性和可靠性，豐富的連接性和提供通用性的能力。

（1）MANET網絡技術

移動自組網簡稱MANET網絡技術, 是由具有無線通信能力移動節點組成的，具有任意和臨時性網絡拓撲的動態自組織網絡系統。MANET的節點可以快速地移動，必須既可作為主機又可作為路由器。作為主機，終端需要運行各種面向用戶的應用程序；作為路由器，終端需要運行相應的路由協議，根據路由策略和路由表完成數據的分組轉發和路由維護工作。在MANET網絡中，節點間的理由通常由多個網段（跳）組成，由于終端的無線傳輸范圍有限，兩個無法直接通信的終端節點往往要通過多個中間節點的轉發來實現通信。所以，MANET又被稱為多跳無線網、自組織網絡，無固定設施的網絡或對等網絡。在部分通信網絡遭到破壞后，這種分布式控制和無中心的網絡結構能維持剩余的通信能力，確保重要的通信指揮暢通，因而，具有很強的魯棒性和抗毀性。美軍全球鷹和捕食者無人機，其自身就具備支持MANET網絡的能力。對于MANET網絡技術中，最主要的技術難點就是路由協議，服務質量和安全問題。

（2）自適應天線陣技術

無人機上行信道傳輸遙控信號，而遙測、定位和圖像信號合用下行信道傳輸。這種信息傳輸模式對信息傳輸的實時性、保密性和抗干擾性提出了更高的要求。在復雜電磁環境下，無人機通信鏈路可能會受到通信干擾的影響，而如果無人機信息傳輸系統的抗干擾能力非常弱，就會導致無人機在偵查區域無法精確控制飛行航線，或者偵查到的情報信息不能實時可靠傳輸，這將大大降低無人機的作戰價值。

隨著無人機技術的發展和無人機在戰場的廣泛應用，無人機影響并改變著未來戰爭的形態。而無人機通信技術的發展，能夠為作戰部隊提供重要的ISR數據，增強部隊戰場態勢的感知能力，縮短了從傳感器到火力打擊之間的時間，從而提高了部隊的作戰效能?？梢灶A見，隨著高科技技術，特別是先進的通信技術在無人機方面的不斷運用，它的性能將會越來越先進，在未來的戰爭中的地位將會越來越重要。