无人机技术应用分析

赵暑辉 71352部队

引言：无人驾驶飞机简称为无人机，它体积小、造价低，使用方便、对作战环境要求低，战场生存能力有了突破性的提高，在最近的几场局部战争中，无人机以其准确、高效和灵活的侦查、干扰、欺骗、搜索、校射等多种作战能力，发挥着显著的作用，对战争产生了深远的影响。从美国军队的应用情况来看，在阿富汗和伊拉克战场大量使用无人机来完成ISR（情报、监视和侦查）任务。由于这类无人机的主要途径是获取高质量的ISR数据，为了将侦查到的情报数据技术传送到指挥官手中，因此，通信链路就成了ISR无人机新天地 关键环节。

1.无人机通信面临的问题

随着用频装备的不断增加，世界各国军队都普遍面临着频谱资源日渐紧缺的局面。比如，美军早在“沙漠风暴”行动中，在通信高峰期，国防部的卫星智能提供75%的带宽，其余带宽依靠北约的系统和租用商业卫星来解决。但目前仅仅美军“全球鹰”无人机消耗的带宽就是海湾战争中美军总带宽的五倍。据美军估计，到2015年以后，“全球鹰”无人机将需要548Mbps的带宽，“捕食者”需要44.7Mbps的带宽。与此同时，美军各军中都计划大量装备M无人机，这将使目前已经紧张的频谱资源更加紧张。

在信息化战争条件下，各种军事技术对抗愈演愈烈，而通信对抗也越来越广泛地得到应用，由于无人机在执行任务过程中，必然涉及到无线电通信，因此，无人机的通信也面临这通信对抗的威胁。为了减小通信对抗对无人机通信的影响，这就要求改进无人机通信方式和通信技术。

2.无人机通信的关键技术

美军2005-2030年无人机飞行其系统线路图包含了对未来无人机通信技术的阐述，无人机通信系统的设计基本上是按照“给定频带和平台所允许的尺寸，质量和消耗电力，实现通信距离×数据速率最大化”。美军无人机通信技术的主要内容是关于带宽、频率及信息/数据流的灵活性、适应性以及基于认识的适应控制能力。而系统是以网络为中心，所谓指挥控制、数据管理、流程控制的网络服务于使用构想一致，必须安装在系统上。

2.1 数据链技术

战场信息主要采用数据链作为传输方式。数据链在传感器、指控系统和武器平台之间实时传输战术信息，是满足作战信息交换需求的有效手段。数据链是现代信息技术以战术理念相结合的产物，是为了适应机动条件下作战单元共享战场态势和实时控制的需要，采取标准化的消息格式、高效的组网协议、保密抗干扰的数字信道而构成的一种战术信息系统。

飞机数据链的传授速率和处理能力可以扩大未来无人机的能力。目前的情况是，机上数据中继到地面，由地面设施对传回的数据按需要进行处理。而随着技术的发展，机载处理能力将超过数据链能力，无人机有可能将这些数据的处理结果中继到地面以供地面做出决定。这样无人机通信对于数据速率的要求，尤其是图像采集等特定应用将会减少。

为了提高现有频谱的利用效率，美军无人机通信中采用了功率控制、数据压缩、频带选择技术。对于无人机通信，系统要尽可能少地发送数据量。比如，可以尽可能使用数据率与任务要求的通信量和匹配的调制解调器。同时，为了减少数据量，还可以使用高效的压缩技术。例如，使用H.264压缩和高性能FEC编码，用3Mbps标准分辨率视频。美军在无人机路线图中，着重阐述了通信拥堵问题及其解决方法，并明确指出数据压缩至是解决带宽不足的权宜之计，并认为光学数据链，也称激光通信技术，所提供的数据速率比最好射频系统的数据速率要高2~5个数量级。确保激光链路能够被捕获和维持的关键技术还有待进一步突破。与传统的射频数据链相比，光学数据链在带宽、重量和抗干扰方面更具优势。光学数据链具有重量轻，对功率要求低的特点，使它非常适合应用于无人机通信，但目前技术还不十分成熟，离实际应用还有一定的差距。

2.2 网络中心通信技术

从近几次局部战争中对无人机的应用情况来看，已经充分显示出无人机作为战场通信中继的重要作用。然而仅将无人机作为战场通信中继还不能够完全发挥其作战潜能。随着无人机小型化使单机成本的降低，以及单机处理与应变能力的提高，如果以机群为基础的作战单元内单机间具有可替补性，那么作战单元的可靠性将会大大提高；另外机群与指挥中心具有多条通信链路，也可以大大提高以机群为基础单元的执行任务能力。无人机平台加入战斗信息网络，提供收发数据的网络服务的技术包括多个领域。网络化的通信能力，具有充足的容量、稳定性和可靠性，丰富的连接性和提供通用性的能力。

（1）MANET网络技术

移动自组网简称MANET网络技术, 是由具有无线通信能力移动节点组成的，具有任意和临时性网络拓扑的动态自组织网络系统。MANET的节点可以快速地移动，必须既可作为主机又可作为路由器。作为主机，终端需要运行各种面向用户的应用程序；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表完成数据的分组转发和路由维护工作。在MANET网络中，节点间的理由通常由多个网段（跳）组成，由于终端的无线传输范围有限，两个无法直接通信的终端节点往往要通过多个中间节点的转发来实现通信。所以，MANET又被称为多跳无线网、自组织网络，无固定设施的网络或对等网络。在部分通信网络遭到破坏后，这种分布式控制和无中心的网络结构能维持剩余的通信能力，确保重要的通信指挥畅通，因而，具有很强的鲁棒性和抗毁性。美军全球鹰和捕食者无人机，其自身就具备支持MANET网络的能力。对于MANET网络技术中，最主要的技术难点就是路由协议，服务质量和安全问题。

（2）自适应天线阵技术

无人机上行信道传输遥控信号，而遥测、定位和图像信号合用下行信道传输。这种信息传输模式对信息传输的实时性、保密性和抗干扰性提出了更高的要求。在复杂电磁环境下，无人机通信链路可能会受到通信干扰的影响，而如果无人机信息传输系统的抗干扰能力非常弱，就会导致无人机在侦查区域无法精确控制飞行航线，或者侦查到的情报信息不能实时可靠传输，这将大大降低无人机的作战价值。

随着无人机技术的发展和无人机在战场的广泛应用，无人机影响并改变着未来战争的形态。而无人机通信技术的发展，能够为作战部队提供重要的ISR数据，增强部队战场态势的感知能力，缩短了从传感器到火力打击之间的时间，从而提高了部队的作战效能。可以预见，随着高科技技术，特别是先进的通信技术在无人机方面的不断运用，它的性能将会越来越先进，在未来的战争中的地位将会越来越重要。