CN108173590A - 一种无人机语音中继通信*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无人机语音中继通信***，包括安装在无人机平台上的机载语音电台，视距机载数据终端，卫通机载数据终端；以及视距地面数据终端、卫通地面数据终端和地面指挥控制站；所述的机载语音电台工作在108MHz～399.975MHz频段内，具有单路半双工语音收发通道，包括终端模块、信道模块、功放模块和天线；所述的地面指挥控制站包括链路接入单元、机载电台地面控制盒和耳机话筒组。本发明可实现无人机在视距范围和超视距范围内与航管塔台或其他飞机平台的语音中继通信功能。

Description

一种无人机语音中继通信***
技术领域
本发明属于无人机通信领域，涉及一种无人机语音中继通信***。
背景技术
无人机***分为空中部分和地面部分，空中部分即无人机平台，地面部分包含一个或多个地面站，操作人员位于地面站内对无人机进行飞行操控和任务遂行。
无人机数据链路分为视距数据链和卫通数据链，视距数据链作用距离受无人机与地面站视距范围限制，一般最远作用距离为250km～300km，卫通数据链以通信卫星作为中继，不受视距范围限制，只要在卫星波束范围内，一般可达数千公里，皆可实现地面站与无人机之间的数据传输。
过去的无人机***一般不具备语音中继通信功能，无法与航管塔台或其他飞机平台进行语音通信，故无法实现航空管制指挥或协同作战。随着无人机的大量使用，在通信、侦察、攻击等方面承担了越来越多的工作任务，需要无人机融入整个作战体系，因此无人机需加装机载语音电台，实现与航管指挥或其它飞机平台进行通信，满足联合作战需要。
现有的无人机***加装机载语音电台进行语音中继通信多为增加一路独立链路，在无人机地面控制站加装地面语音电台，在无人机平台加装双通道机载语音电台，其中一路通道与地面电台进行通信，另一路通道与塔台或其它平台通信，机载电台两路通道之一接收到话音后，立即转发到另一路信道发射出去，实现地面控制站电台与塔台或其它平台的通信。该方法需要在地面站内加装地面电台和架设地面天线，且受视距范围限制，当无人机通过卫通数据链在超视距范围内飞行时，则无法实现语音中继通信功能。
发明内容
为解决现有技术的上述问题，本发明提供一种无人机语音中继通信***，可实现无人机在视距范围和超视距范围内与航管塔台或其他飞机平台的语音中继功能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种无人机语音中继通信***，包括安装在无人机平台上的机载语音电台，视距机载数据终端，卫通机载数据终端；以及视距地面数据终端、卫通地面数据终端和地面指挥控制站；视距机载数据终端与视距地面数据终端构成视距数据链；卫通机载数据终端与卫通地面数据终端通过通信卫星构成卫通数据链；
机载语音电台接收航管塔台或其他飞机平台发送的话音信号，经过声码话编码后转换成数字信号并发送至视距机载数据终端，视距机载数据终端将该数字信号通过视距数据链和卫通数据链发送至地面指挥控制站，地面指挥控制站将其中一路数据链中的数据转换成模拟话音并送至无人机地面操作员；
无人机地面操作员通过地面指挥控制站发送话音信息经过声码话编码后转换为数字信号并传输至视距数据链和卫通数据链，卫通机载数据终端将接收到的信号发送至视距机载数据终端，由视距机载数据终端将其中一路数据链中的数据发送至机载语音电台，将其中一路数据链中的数据转换成模拟话音通过天线发送至航管塔台或其他飞机平台；
所述的其中一路在无人机处于超视距范围时，为卫通数据链的数据；在视距范围时，为视距数据链和卫通数据链中任一一路数据。
进一步的，所述的机载语音电台工作在108MHz～399.975MHz频段内，具有单路半双工语音收发通道。
进一步的，机载语音电台包括终端模块、信道模块、功放模块和天线，所述的信道模块由一路独立收发信道组成；
电台接收信号时，来自天线的射频信号送至功放模块完成限幅、收发切换，再在信道模块完成下变频、滤波和放大，经终端模块完成解调、声码话解码处理后，通过串口发送至视距机载数据终端；
电台发射信号时，来自视距机载数据终端的数字话音信号，通过串口发送至终端模块，完成声码话编码、调制处理，送至信道模块完成上变频、滤波和放大处理，得到激励信号，经功放模块的滤波和功率放大后，由天线发射出去。
进一步的，所述的地面指挥控制站包括链路接入单元、机载电台地面控制盒和耳机话筒组，其中：
链路接入单元作为地面指挥控制站与视距地面数据终端和卫通地面数据终端的数据接口、以及与机载电台地面控制盒的数据接口；
机载电台地面控制盒通过链路接入单元发送机载语音电台的控制指令，接收机载语音电台反馈的状态信息；对耳机话筒组采集的模拟话音进行声码话编码后转换为数字信号并传输至链路接入单元，通过链路接入单元传输至视距数据链和卫通数据链；对从链路接入单元接收的数字信号进行声码话解码处理转换成模拟话音并输出耳机话筒组；
耳机话筒组完成模拟话音的采集和输出；
所述的控制指令内容包括机载语音电台的状态以及工作频率设置参数。
进一步的，所述的机载语音电台与视距机载数据终端通过一路异步RS422双向串口连接。
进一步的，所述的卫通机载数据终端与视距机载数据终端通过同步RS422串口连接，传输包含有数字话音的遥控和遥测数据。
进一步的，所述的机载电台地面控制盒与链路接入单元通过一路异步RS422双向串口连接。
进一步的，机载语音电台与视距机载数据终端之间、机载电台地面控制盒与链路接入单元之间传输数据速率不超过2.4kbps，其中数字话音数据与控制指令/状态回报数据不同时传输。
进一步的，地面指挥控制站还包括链路监控模块，无人机地面操作员通过链路监控模块对卫通数据链和视距数据链进行控制权切换。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、地面站与无人机之间的话音数据传输不受视距范围限制，当无人机在超视距范围内通过卫通数据链飞行时，地面站仍能通过无人机作为中继与远端航管塔台或其他飞机平台进行语音通信，实现航空管制指挥或协同作战功能。
2、话音数据通过无人机测控数据链传输，不需单独增加话音通信链路，地面站不需架设地面语音电台和天线，可降低地面站集成难度。机载语音电台只需包含一路话音通信收发信道，结构尺寸和重量均比常规双通道机载语音电台要小，可适用于载重和空间有限的无人机应用。
3、本发明采取低延时、均布性、周期短的话音数据帧传输，数字话音速率为1.2kbit/s，可在确保通话话音清晰、连续的同时节省无人机测控数据链带宽，且不影响测控数据帧中其他数据的正常传输。
附图说明
图1为无人机语音中继通信***组成示意图。
图2为机载语音电台组成示意图。
图3为机载电台地面控制盒组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种无人机语音中继通信***，包括安装在无人机平台上的机载语音电台，视距机载数据终端，卫通机载数据终端；以及视距地面数据终端、卫通地面数据终端和地面指挥控制站；视距机载数据终端与视距地面数据终端构成视距数据链；卫通机载数据终端与卫通地面数据终端通过通信卫星构成卫通数据链。地面指挥控制站包括链路接入单元、机载电台地面控制盒和耳机话筒组。
***的工作过程如下：
机载语音电台通过天线接收航管塔台或其他飞机平台发送的话音信号，经过声码话编码后转换成数字信号并通过RS422异步串口发送至视距机载数据终端，视距机载数据终端将该数字信号通过RS422同步串口发送至卫通机载数据终端，视距机载数据终端和卫通机载数据终端分别通过视距数据链和卫通数据链将包含有数字话音的下行遥测信号发送至地面指挥控制站，无人机地面操作员通过链路监控软件(即链路监控模块)选择视距数据链或卫通数据链控制权，链路接入单元将所选择数据链中的数字话音信号通过异步RS422串口发送至机载电台地面控制盒，经过声码话解码为模拟话音，发送至耳机话筒组供无人机地面操作员收听。
反之，无人机地面操作员通过耳机话筒组输入话音至机载电台地面控制盒，经过声码话编码后转换成数字信号，通过RS422异步串口发送至链路接入单元，链路接入单元将包含有数字话音的上行遥控信号发送至视距地面数据终端和卫通地面数据终端，分别通过视距数据链和卫通数据链传输至视距机载数据终端和卫通机载数据终端，卫通机载数据终端将解调出的上行遥控信息通过RS422同步串口发送至视距机载数据终端，视距机载数据终端根据地面指挥控制站的数据链控制权选择结果，选择其中一路数字话音发送至机载语音电台，经过声码话解码为模拟话音，通过天线发送至航管塔台或其他飞机平台。
机载语音电台工作在108MHz～399.975MHz频段内，具有单路半双工语音收发通道，具有117.975MHz～137MHz频段8.33kHz和25kHz航管话音通信功能，可与满足此体制的航空地面电台实现话音互通。如图2所示，机载语音电台包括终端模块、信道模块、功放模块和天线。机载语音电台的工作过程如下：电台接收信号时，来自天线的射频信号送至功放模块完成限幅、收发切换，再在信道模块完成下变频、滤波和放大，经终端模块完成解调、声码话解码处理后，通过串口发送至视距机载数据终端；电台发射信号时，来自视距机载数据终端的数字话音信号，通过串口发送至终端模块，完成声码话编码、调制处理，送至信道模块完成上变频、滤波和放大处理，得到激励信号，经功放模块的滤波和功率放大后，由天线发射出去。
如图3所示，机载电台地面控制盒包括模拟音频单元、显控单元和接口单元。其中，模拟音频单元完成模拟音频的滤波/放大、音量调节以及扬声功能，显控单元完成对机载语音电台的控制处理、数据处理以及显示功能，接口单元完成模拟音频的模数或数模转换、数字音频处理、话音的声码话编解码和各种接口的转换功能。机载电台地面控制盒收发话音的工作过程如下：话筒产生的模拟话音送给模拟音频单元，完成滤波、放大等处理后送给接口单元，在接口单元完成音频的模数转换和声码话编码，按照***接口要求进行格式封装，并通过RS422异步串口送给链路接入单元；来自链路接入单元的数字话音先在接口单元进行声码话解码和数模转换后得到模拟话音，模拟话音在模拟音频单元进行滤波和放大处理后，再送给控制盒耳机。机载电台地面控制盒控制信息处理流程如下：先在控制盒显示界面设置各种控制信息后，通过显控单元将控制信息送给接口单元，在接口单元完成格式封装后，通过RS422异步串口送给链路接入单元；来自链路接入单元的状态信息先在接口单元进行解封，再在控制盒显示界面进行显示。
地面指挥控制站配置席位包括飞控席位、载荷控制席位和链路监控席位，其中，链路监控席位负责对视距数据链和卫通数据链的状态进行监控。当无人机在视距范围内飞行时，视距数据链和卫通数据链同时联通并传输相同的遥控遥测数据，地面操作员在链路监控软件(即链路监控模块)上对视距数据链和卫通数据链的控制权进行选择后，视距机载数据终端对外输出所选择的视距数据链或卫通数据链传输的遥控数据，链路接入单元对外输出所选择的视距数据链或卫通数据链传输的遥测数据。当无人机在超视距范围内飞行时，视距数据链无法联通，地面操作员必须先在链路监控软件上选择卫通数据链的控制权，视距机载数据终端即可对外输出卫通数据链传输的遥控数据，链路接入单元对外输出卫通数据链传输的遥测数据。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种无人机语音中继通信***，其特征在于：包括安装在无人机平台上的机载语音电台，视距机载数据终端，卫通机载数据终端；以及视距地面数据终端、卫通地面数据终端和地面指挥控制站；视距机载数据终端与视距地面数据终端构成视距数据链；卫通机载数据终端与卫通地面数据终端通过通信卫星构成卫通数据链；
机载语音电台接收航管塔台或其他飞机平台发送的话音信号，经过声码话编码后转换成数字信号并发送至视距机载数据终端，视距机载数据终端将该数字信号通过视距数据链和卫通数据链发送至地面指挥控制站，地面指挥控制站将其中一路数据链中的数据转换成模拟话音并送至无人机地面操作员；
无人机地面操作员通过地面指挥控制站发送话音信息经过声码话编码后转换为数字信号并传输至视距数据链和卫通数据链，卫通机载数据终端将接收到的信号发送至视距机载数据终端，由视距机载数据终端将其中一路数据链中的数据发送至机载语音电台，将其中一路数据链中的数据转换成模拟话音通过天线发送至航管塔台或其他飞机平台；
所述的其中一路在无人机处于超视距范围时，为卫通数据链的数据；在视距范围时，为视距数据链和卫通数据链中任一一路数据。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述的机载语音电台工作在108MHz～399.975MHz频段内，具有单路半双工语音收发通道。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于：机载语音电台包括终端模块、信道模块、功放模块和天线，所述的信道模块由一路独立收发信道组成；
电台接收信号时，来自天线的射频信号送至功放模块完成限幅、收发切换，再在信道模块完成下变频、滤波和放大，经终端模块完成解调、声码话解码处理后，通过串口发送至视距机载数据终端；
电台发射信号时，来自视距机载数据终端的数字话音信号，通过串口发送至终端模块，完成声码话编码、调制处理，送至信道模块完成上变频、滤波和放大处理，得到激励信号，经功放模块的滤波和功率放大后，由天线发射出去。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述的地面指挥控制站包括链路接入单元、机载电台地面控制盒和耳机话筒组，其中：
链路接入单元作为地面指挥控制站与视距地面数据终端和卫通地面数据终端的数据接口、以及与机载电台地面控制盒的数据接口；
机载电台地面控制盒通过链路接入单元发送机载语音电台的控制指令，接收机载语音电台反馈的状态信息；对耳机话筒组采集的模拟话音进行声码话编码后转换为数字信号并传输至链路接入单元，通过链路接入单元传输至视距数据链和卫通数据链；对从链路接入单元接收的数字信号进行声码话解码处理转换成模拟话音并输出耳机话筒组；
耳机话筒组完成模拟话音的采集和输出；
所述的控制指令内容包括机载语音电台的状态以及工作频率设置参数。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述的机载语音电台与视距机载数据终端通过一路异步RS422双向串口连接。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述的卫通机载数据终端与视距机载数据终端通过同步RS422串口连接，传输包含有数字话音的遥控和遥测数据。
7.根据权利要求4所述的***，其特征在于：所述的机载电台地面控制盒与链路接入单元通过一路异步RS422双向串口连接。
8.根据权利要求1或4所述的***，其特征在于：机载语音电台与视距机载数据终端之间、机载电台地面控制盒与链路接入单元之间传输数据速率不超过2.4kbps，其中数字话音数据与控制指令/状态回报数据不同时传输。
9.根据权利要求4所述的***，其特征在于：还包括链路监控模块，无人机地面操作员通过链路监控模块对卫通数据链和视距数据链进行控制权切换。
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