3.6數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)3.6.1概述本節(jié)將對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的功能及特性進(jìn)行綜述，闡述數(shù)據(jù)鏈路特性是如何與無(wú)人機(jī)的任務(wù)和設(shè)計(jì)相互作用的。數(shù)據(jù)鏈路提供了無(wú)人機(jī)與地面控制站之間的通信鏈路，是完整無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中必須考慮數(shù)據(jù)鏈路特性，在任務(wù)、控制、無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計(jì)之間要處理大量的權(quán)衡，對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言,認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)十分重要。3.6.2背景知識(shí)和數(shù)據(jù)鏈路相關(guān)的最困難和最復(fù)雜的問(wèn)題，主要集中在軍用無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路的特殊需求方面,如屏蔽惡意干擾和信息欺詐。但即使是最基本的民用數(shù)據(jù)鏈路，也需要避免由各種射頻系統(tǒng)產(chǎn)生的無(wú)意干擾，這類(lèi)干擾在發(fā)達(dá)的居民區(qū)是持續(xù)發(fā)射的。所以軍用和民用系統(tǒng)在需求上的區(qū)別并不是問(wèn)題的根本。3.6.3數(shù)據(jù)鏈功能無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路的基本功能如圖所示，主要分為以下幾部分：（1）一條帶寬頻率為幾千赫茲的上行鏈路（或稱(chēng)指揮鏈路），使得地面站能對(duì)飛行器及其載荷進(jìn)行有效控制。無(wú)論地面站何時(shí)需要發(fā)送指令，必須保證上行鏈路能夠隨時(shí)啟用。但在飛行器執(zhí)行一個(gè)新指令之前，鏈路可以處于不工作狀態(tài)（如飛行器在自動(dòng)駕駛儀控制下從一點(diǎn)飛到另外一點(diǎn)的狀態(tài)下，鏈路可以不工作）。（2）一條可提供兩個(gè)信息通道的下行鏈路（可以合并為單一的數(shù)據(jù)流）。一條狀態(tài)信息通道（也稱(chēng)遙測(cè)通道）用于向地面控制站傳遞飛行器當(dāng)前的空速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及載荷狀態(tài)（如指向角）等信息。該信息通道只需較小帶寬,類(lèi)似于指令鏈路。第二條信息通道用于向地面控制站傳遞傳感器數(shù)據(jù)。它需要足夠的帶寬以傳送大量的傳感器數(shù)據(jù)，一般要求其帶寬范圍為300kHz~10MHz。下行鏈路一般都是連續(xù)傳送數(shù)據(jù)的，但也可能因臨時(shí)存儲(chǔ)機(jī)載數(shù)據(jù)而中斷傳輸。（3）數(shù)據(jù)鏈路也可用于測(cè)量地面天線與飛行器之間的距離和方位角。這些數(shù)據(jù)可用于飛行器的導(dǎo)航，提高機(jī)載傳感器對(duì)目標(biāo)位置測(cè)量的整體精度。數(shù)據(jù)鏈路包括以下幾個(gè)主要的子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈路的機(jī)載部分包括機(jī)載數(shù)據(jù)終端（ADT）和天線。機(jī)載數(shù)據(jù)終端包括RF接收機(jī)、發(fā)射機(jī)以及連接接收機(jī)、發(fā)射機(jī)和系統(tǒng)其余部分的調(diào)制解調(diào)器。有時(shí)候也包括數(shù)據(jù)處理器，用于壓縮數(shù)據(jù)以符合下行鏈路的帶寬限制。天線可能是全向的,也可能有增益且需要指向。數(shù)據(jù)鏈路的地面設(shè)備也稱(chēng)地面數(shù)據(jù)終端（GDT）,包括一副或幾副天線、一臺(tái)射頻接收機(jī)和發(fā)射機(jī)、調(diào)制解調(diào)器。若傳感器數(shù)據(jù)在傳送前經(jīng)過(guò)壓縮，則地面數(shù)據(jù)終端還需采用處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓。地面數(shù)據(jù)終端可以分裝成幾部分，一般包括一輛天線車(chē)（可以放置在距無(wú)人機(jī)地面控制站一定距離處）、一條連接地面天線與地面控制站的數(shù)據(jù)鏈路，以及若干用于地面控制站的處理器和接口。地面數(shù)據(jù)終端與機(jī)載數(shù)據(jù)終端之間發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)流，無(wú)論是通過(guò)高帶寬的線路或光纜傳輸，還是由上行鏈路連接到一顆衛(wèi)星，由該衛(wèi)星再連接到第二、三顆中繼衛(wèi)星后最終抵達(dá)機(jī)載數(shù)據(jù)終端，數(shù)據(jù)鏈路的各功能部件在基本構(gòu)成方式上都不會(huì)有太大變化。而從無(wú)人機(jī)系統(tǒng)角度而言，還是存在上行鏈路信息通道和下行鏈路信息通道。信息通道的傳輸能力由整個(gè)鏈路中數(shù)據(jù)量最小的環(huán)節(jié)來(lái)決定。3.6.4理想數(shù)據(jù)鏈特性無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路有7個(gè)與相互干擾和電子戰(zhàn)有關(guān)的理想特性：（1）全球可用的頻率分配：無(wú)論是和平時(shí)期還是戰(zhàn)爭(zhēng)期間，在用戶(hù)感興趣的所有地方，數(shù)據(jù)鏈路都能在當(dāng)?shù)乜捎玫臏y(cè)試和訓(xùn)練操作頻點(diǎn)正常工作。（2）抗無(wú)意干擾：盡管會(huì)有來(lái)自其他射頻系統(tǒng)的間歇性帶內(nèi)信號(hào)干擾，數(shù)據(jù)鏈路仍能正常工作。3.6.4理想數(shù)據(jù)鏈特性（3）低截獲概率：當(dāng)處在敵方測(cè)向系統(tǒng)的覆蓋范圍和有效距離之內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路難以被截獲和測(cè)得方位。（4）安全性：由于信號(hào)加密，即使被截獲，也無(wú)法被破譯。（5）抗欺騙：在敵方意圖向飛行器發(fā)送指令或向地面數(shù)據(jù)終端發(fā)送欺騙信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路能進(jìn)行抵制。3.6.4理想數(shù)據(jù)鏈特性（6）抗反輻射武器：難以被ARM鎖定，即使被鎖定，也能使對(duì)地面站的毀傷降到最低。（7）抗干擾：即使遇到外界對(duì)上行鏈路或下行鏈路的蓄意干擾，也能正常工作。1.全球可用性全球可用性對(duì)通用型的民用及軍用系統(tǒng)都是很重要的。專(zhuān)用系統(tǒng)可能只是為在特定地點(diǎn)使用而設(shè)計(jì)的。原則上，這類(lèi)特殊系統(tǒng)使用的頻帶可能只在這些特定地點(diǎn)才可用（此類(lèi)設(shè)計(jì)的代價(jià)是，如果之后想在其他位置使用這些系統(tǒng)，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)）。即便是這種特殊的情況，也不要忘記，該系統(tǒng)可能不得不在其他一個(gè)或多個(gè)測(cè)試地點(diǎn)使用，那里的頻率限制可能與最終的使用地點(diǎn)不同。1.全球可用性目前，就通用系統(tǒng)而言，歐洲可能是對(duì)可用頻率限制最嚴(yán)格的地區(qū)。進(jìn)一步的發(fā)展將加速全球化過(guò)程，其他地區(qū)也可能形成與歐洲類(lèi)似的限制，并具有不同的規(guī)則體系。即使是現(xiàn)在,某些“不發(fā)展的項(xiàng)目”（NDI），其現(xiàn)成的數(shù)據(jù)鏈路銷(xiāo)售到歐洲以外的地區(qū)，其使用的頻帶在和平時(shí)期的歐洲也可能是不可用的。2.抗無(wú)意干擾能力能在無(wú)意干擾存在時(shí)正常運(yùn)行而不存在任務(wù)失敗的重大風(fēng)險(xiǎn),是對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路的第二個(gè)基本要求。用于描述和測(cè)試該能力的電磁環(huán)境應(yīng)該是對(duì)于當(dāng)前系統(tǒng)有可能經(jīng)受的最不利情況。對(duì)軍用系統(tǒng)而言，應(yīng)包括聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境，以及在各個(gè)測(cè)試場(chǎng)地內(nèi)，在訓(xùn)練場(chǎng)和使用地區(qū)，可能遇到的多臺(tái)發(fā)射機(jī)混雜的情況。2.抗無(wú)意干擾能力經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，簡(jiǎn)單的遙測(cè)數(shù)據(jù)鏈路不能滿(mǎn)足上述測(cè)試場(chǎng)地和訓(xùn)練區(qū)域的需要，更不用說(shuō)是現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)密集多變的電磁環(huán)境。除了避免頻率沖突，抗無(wú)意干擾的能力還可以通過(guò)使用檢錯(cuò)碼、應(yīng)答和重發(fā)協(xié)議以及許多用于抗干擾的技術(shù)得以加強(qiáng)。3.低截獲概率軍用上行鏈路對(duì)低截獲概率（LPI）有強(qiáng)烈需求，原因是飛行器飛行時(shí)，地面站很可能必須在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持靜止不動(dòng)，一旦其位置被確定，地面站將成為火炮和導(dǎo)彈的攻擊目標(biāo)。為了提高地面站的生存能力，可以將地面站設(shè)在離后方較近的位置（在某些情況下），也可以由多個(gè)地面站輪流操控飛行器。這樣,地面站就可以經(jīng)常移動(dòng)位置。3.低截獲概率另外，可以讓上行鏈路的發(fā)射天線遠(yuǎn)離地面站其他設(shè)備，同時(shí)對(duì)地面站所有設(shè)備加裝火力防護(hù)層（代價(jià)是車(chē)輛體積和重量增加）。但非常有必要的是，減少地面站信號(hào)源的漏洞，從而可降低敵方使用測(cè)向裝備進(jìn)行高精度定位的可能性。4.安全性當(dāng)?shù)谝慌F(xiàn)代無(wú)人機(jī)系統(tǒng)于20世紀(jì)80年代投人現(xiàn)役時(shí)，對(duì)于為其設(shè)置的許多戰(zhàn)術(shù)功能而言，敵方監(jiān)聽(tīng)上行鏈路或下行鏈路收效甚微，除非他們還能依據(jù)截獲的信息進(jìn)行欺騙式介入。4.安全性然而近年來(lái)，在無(wú)人機(jī)執(zhí)行的一些主要任務(wù)應(yīng)用中，保持任務(wù)的機(jī)密性非常重要。正如之前所言，恐怖分子和犯罪分子可以通過(guò)獲悉上空有偵察設(shè)備正在看著他們，而改變行動(dòng)計(jì)劃或躲避無(wú)人機(jī)發(fā)動(dòng)的攻擊。在這種場(chǎng)合，安全性成為一項(xiàng)重要需求，需要對(duì)上行及下行數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密。5.抗欺騙性通過(guò)欺騙上行數(shù)據(jù)鏈路，敵方能夠控制飛行器，并且能夠使飛行器墜毀、改變航向或回收。這比干擾情況更嚴(yán)重，因?yàn)槠垓_可導(dǎo)致飛行器及其載荷的直接損失，而干擾一般只造成某項(xiàng)具體任務(wù)無(wú)法完成。5.抗欺騙性而且，若敵方能夠引導(dǎo)飛行器墜毀，那么他就可以通過(guò)單個(gè)欺騙系統(tǒng)陸續(xù)襲擊多個(gè)飛行器，而干擾卻要長(zhǎng)時(shí)間占用各個(gè)設(shè)備，因?yàn)楦蓴_對(duì)象從一架飛行器換為另一架飛行器后，原來(lái)受干擾的飛行器又可繼續(xù)執(zhí)行其任務(wù)。欺騙上行鏈路只需讓飛行器接收一條災(zāi)難指令即可（例如，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)鏈路頻率、打開(kāi)降落傘、降低飛行高度到地面以下等）。6.防反輻射武器能力由于地面站位置固定、能向敵方輻射各種信號(hào)并且是相當(dāng)高價(jià)值目標(biāo)，所以使其不易被反輻射武器打擊是人們所期望的。采用遠(yuǎn)程布置的傳輸天線以及降低上行鏈路占空比是防反輻射武器打擊的可靠措施。理想的情況是，除非需要向飛行器發(fā)送指令，否則上行鏈路不發(fā)射信號(hào)，因此上行鏈路可長(zhǎng)時(shí)間保持靜默。6.防反輻射武器能力在一定程度上，這是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)讓整個(gè)系統(tǒng)盡可能少地使用上行鏈路，但這也是一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路問(wèn)題，因?yàn)橐恍?shù)據(jù)鏈路可能被設(shè)計(jì)為定時(shí)發(fā)射信號(hào)，即使沒(méi)有新的待傳輸指令。6.防反輻射武器能力額外的防護(hù)還可以通過(guò)低截獲概率、頻率捷變和擴(kuò)頻技術(shù)等方面來(lái)獲得，這幾方面從其他角度來(lái)看也是希望具備的。如果認(rèn)為反輻射武器的威脅十分嚴(yán)重，還可以使用很多種主動(dòng)手段，如誘餌等，來(lái)進(jìn)一步提高對(duì)地面站的防護(hù)。上行鏈路無(wú)需考慮防反輻射武器問(wèn)題，因?yàn)閷?duì)這類(lèi)武器而言，飛行器不是一個(gè)合適的攻擊目標(biāo)。7.抗干擾能力數(shù)據(jù)鏈路受到蓄意干擾時(shí)能夠正常工作的能力稱(chēng)為“抗干擾”能力，或稱(chēng)“AJ”（Anti-Jam）能力，又可稱(chēng)為“干擾抵御”（jam-resistant）能力。有時(shí)，“抗干擾”指的是抵御最嚴(yán)重干擾威脅時(shí)所進(jìn)行的全面防護(hù),而“干擾抵御”則是用來(lái)描述對(duì)于干擾的較低程度的防護(hù)。用在這里，干擾抵御是抗干擾的子集。7.抗干擾能力在這里，只引入抗干擾余量的概念而不用給出其數(shù)學(xué)定義是有幫助的。數(shù)據(jù)鏈路的抗干擾余量是其可承受的最大干擾功率的一種度量，超過(guò)這個(gè)功率數(shù)據(jù)鏈路的運(yùn)行性能將降低到可接受的水平以下，該可接受的最低水平通常由數(shù)據(jù)鏈路規(guī)定的最大可接受誤碼率來(lái)決定?？垢蓴_余量常以dB為單位。8.數(shù)字式數(shù)據(jù)鏈一條數(shù)據(jù)鏈路可傳遞數(shù)字信號(hào)或者模擬信號(hào)。若傳遞的是數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)鏈路可能采用數(shù)字式或者模擬式載波調(diào)制。很多簡(jiǎn)單遙測(cè)鏈路采用的是模擬式調(diào)制，至少對(duì)視頻信道是這樣。而大多數(shù)抗干擾數(shù)據(jù)鏈路則會(huì)選擇數(shù)字式調(diào)制來(lái)傳遞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)