CN111903231B - 适用于无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号的方法，它涉及无人机测控与信息传输领域中的一种适用于无人侦察机测控与信息传输***视距数据链的技术。本发明设计了中高空远程无人侦察机测控与信息传输***的视距数据链，实现对无人机飞行状态和机载设备工作状态的实时遥控，对无人机飞行状态和机载设备状态的实时遥测，在视距内对无人机的跟踪定位，完成无人机侦察图像信息的实时传输等功能。还具有抗干扰、抗截获、抗多经性能好、集成度高、设备简单可靠等优点。特别适用于中高空远程无人侦察机测控与信息传输***中的视距数据链信号的传输应用。

Description

适用于无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号的方法

技术领域

本发明涉及无人机通信测控领域中的一种适用于无人侦察机测控与信息传输的视距数据链信号的方法，特别适用于远程无人侦察机测控和信息传输***的视距数据链。

背景技术

目前无人侦察机的的视距数据链遥控、遥测、图像传输以及测距信道都采用单独链路进行，单独链路传输使得收发信道数量多，设备复杂，可靠性差。同时不能适用于远程无人侦察机测控和信息传输***的视距数据链。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号的方法，本发明通过地面数据链将遥控指令经编码、加密、扩频后，由地面数据链的主、副通道遥控发射机发往无人机。机载数据链接收到地面数据链发来的上行遥控信号，经放大、解扩、解调、解密后，取出遥控指令送飞控计算机。同时机载数据链将侦察信息进行数字压缩后同遥测数据复接，经编码，加密、调制、上变频、功率放大后发往地面；地面数据链完成对图像遥测信号的接收、解调、译码，通过光缆或电缆传送到指挥控制端口。本发明地面、机载数据链还通过对下行信号的跟踪测角和测距，实现对无人机的跟踪定位。本发明还具有抗干扰、抗截获、抗多经性能好、集成度高、设备简单可靠等特点。

本发明所要解决的技术问题由以下技术方案实现，包括步骤：

视距数据链的地面信号传输

①由全双工器3接收C波段收发天线1输入的无人机图像/遥测射频信号，将图像/遥测射频信号送至变频器5进行变频放大，变频放大后的图像/遥测射频信号输入至中频放大器8进行下变频成图像/遥测中频信号；

②由中频放大器8将图像/遥测中频信号输入至图像遥测接收机11进行解调后分成两路输出，一路送至跟踪接收机10从解调的图像/遥测中频信号中解调出误差电压送至天线控制器7，天线控制器7将误差电压送至由主遥控收发天线1对无人机进行跟踪和定位；另一路经滤波后选出对应的2048kbps和256kbps两种码速率的基带信号，两种码速率的基带信号送至编译码测距单元14；

③编译码测距单元14对两种码速率的基带信号进行同步提取、维特比译码、解密及测距，将解密后的图像/遥测数据流发送至指挥控制端口完成图像/遥测数据的接收及处理；将解密后的图像/遥测数据流发送至本控单元15进行解算显示机载设备状态；

④编译码测距单元14从指挥控制端口接收遥控数据流，进行遥控数据流的同步、加密、差分及扩频后分成两路输出；一路送至主遥控发射机12进行中频调制成遥控中频信号，将遥控中频信号发送至变频器5进行混频成遥控射频信号，将遥控射频信号送至C功放器6进行放大，放大后的遥控射频信号输入至双工器3进行隔离输出至C波段收发天线1，C波段收发天线1将遥控射频信号发射至无人机，对无人机进行遥控；另一路送至UFH波段发射机13进行FSK调制成遥控射频信号，UFH波段发射机13将遥控射频信号送至UHF功放器9进行放大，放大后的遥控射频信号送至UHF波段发射天线2，UHF波段发射天线2将遥控射频信号发射至无人机，对无人机进行遥控；

⑤由频综器4产生上行遥控信号、下行图像遥测信号的本振信号送至变频器5，变频器5的上行遥控信号与频综器4产生的上行遥控信号本振信号进行混频成遥控射频信号；变频器5的下行图像遥测信号与频综器4产生的下行图像遥测信号本振信号混频成下变频图像遥测信号；

⑥由本控单元15进行机载设备状态调整设置，观察发送的遥控数据内容；设置地面设备状态进行调整设置；接收编译码测距单元14输入的遥测数据流进行解算，显示机载设备状态；接收指挥控制端口发来的监控数据，对数据解算后显示地面设备状态；

视距数据链的机载信号传输

⑦机载双工器21接收C波段全向天线18输入的主遥控射频信号，将遥控射频信号送至主遥控接收机25进行变频、放大、滤波、自动增益控制后输出中频信号到终端处理器28；终端处理器28对遥控中频信号进行解扩解调处理，解调后的遥控数据经机载加密单元解密重新组帧编码后送至飞控机端口控制无人机，终端处理器28同时也接收卫通链路端口的遥控数据送至飞控计算机控制无人机；

⑧副遥控接收机26接收UHF波段全向天线19从地面设备发送来的UHF遥控射频信号，进行滤波、低噪声放大器、混频输出差频70MHz，经70MHz中频滤波器选择后输入中频放大器放大；70MHz的中频信号送给调频解调器后由调频解调器中的混频器把频率搬移到10.7MHz，通过多级限幅放大器放大再进行频率检波，解调出遥控信息码送至终端处理器28解码；

⑨图像/遥测发射机23接收终端处理器28的图像/遥测数据流及码速率控制信号对图像/遥测数据流进行调幅控制，送入压控震荡器的调谐端产生790MHz中频调制图像/遥测信号，调制的中频图像/遥测信号与C波段频综器24送来的本振信号经混频器上变频输出4910MHz至5000MHz的图像/遥测射频信号发送到C波段全向天线17发射到地面视距数据链；

完成无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号。

本发明第②步中所述的编译码测距单元14由同步译码单元、遥控编码单元、分接测距单元构成；同步译码单元位对图像/遥测数据流进行同步提取、维特比译码、解密；遥控编码单元对遥控数据流进行遥控指令编码；分接测距单元对图像/遥测数据流进行分接和测距、码速率切换、AGC电压采集、GPS数据处理、转发图像数据和按照规定的格式输出遥测、图像、距离及状态数据。

本发明第⑦步中所述的终端处理器28由同步控制单元、主解扩单元、遥控解调单元构成；由同步控制单元接收图像编码器27的图像数据、飞控机端口的遥测数据，进行遥控数据处理、遥测数据编码、图像遥测数据复接、数据的接收选择分发，使上下行帧同步完成测距；由主解扩单元在捕获、跟踪两个阶段接收主遥控接收机25送来的中频遥控信号进行解扩处理，将解扩后的遥控信号由遥控解调单元进行BPSK解调和解密输出主遥控数据；由遥控解调单元接收副遥控接收机26送来的遥控信息码进行解扩和解密，输出副遥控数据由同步控制单元送至飞控机端口控制无人机飞行。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

本发明采用了图像传输和测距信道与遥控遥测信道共用，使上下行链路仅使用一条链路，设备简单，可靠性高。

本发明上行链路采用了扩频技术，具有抗干扰、抗截获、抗多经性能好。图像传输采用数字图像压缩技术，图像传输质量高，综合利用上下行信号进行测距，不需要额外的信道，集成度高，设备简单可靠。

附图说明

图1是本发明视距数据链的地面信号传输实施例的电原理方框图。图1中：1为C波段收发天线、2为UHF波段发射天线、3为全双工器、4为频综器、5为变频器、6为C功放器、7为天线控制器、8为中频放大器、、9为UHF功放器、10为跟踪接收机、11为图像/遥测接收机、12为主遥控发射机、13为UHF波段发射机、14为编译码测距单元、15为本控单元。

图2是本发明视距数据链的机载信号传输实施例的电原理方框图。图2中：17为C波段全向天线、18为C波段全向天线、19为UHF波段全向天线、20为C波段滤波器、21为机载双工器、22为C波段功放器、23为图像遥测发射机、24为C波段频综器、25为主遥控接收机、26为副遥控接收机、27为图像编码器、28为终端处理器。

图3是本发明双工器3实施例的电原理工作流程图。

图4是本发明C波段收发天线1实施例的方向图的赋形图。

图5是本发明变频器5实施例的电原理工作流程图。

图6是本发明中频放大器8实施例的电原理工作流程图。

图7是本发明图像/遥测接收机11实施例的电原理工作流程图。

图8是本发明跟踪接收机10实施例的电原理工作流程图。

图9是本发明编译码测距单元14的遥控编码单元实施例的电原理工作流程图。

图10是本发明编译码测距单元14的同步译码单元实施例的电原理工作流程图。

图11是本发明主遥控发射机12实施例的电原理工作流程图。

图12是本发明UFH波段发射机13实施例的电原理工作流程图。

图13是本发明频综器4实施例的电原理工作流程图。

图14是本发明本控单元15实施例的电原理工作流程图。

图15是本发明机载双工器21实施例的电原理工作流程图。

图16是例本发明主遥控接收机25实施的电原理工作流程图。

图17是本发明终端处理器28的同步控制单元单元实施例的电原理工作流程图。

图18是本发明图像编码器27的实施例电原理工作流程图。

图19是本发明终端处理器28的主解扩单元实施例的电原理流程图。

图20是本发明终端处理器28的遥控解调单元实施例的电原理流程图。

图21是本发明副遥控接收机26实施例的电原理工作流程图。

图22是本发明机载UHF波段全向天线19实施例的结构原理示意图。

图23是本发明图像/遥测发射机23实施例的电原理工作流程图。

图24是本发明C波段频综24实施例的电原理工作流程图。

图25是本发明机载C波段全向天线17、18实施例的结构原理图。

具体实施方式

参照图1至图25，图1是本发明视距数据链的地面信号传输实施例的电原理方框图，它包括：C波段收发天线1、UHF波段发射天线2、全双工器3、频综器4、变频器5、C功放器6、天线控制器7、中频放大器8、UHF功放器9、跟踪接收机10、图像/遥测接收机11、主遥控发射机12、UHF波段发射机13、编译码测距单元14、本控单元15。实施例按图1连接线路。

图2是本发明视距数据链的机载信号传输实施例的电原理方框图，它包括：C波段全向天线17、C波段全向天线18、UHF波段全向天线19、C波段滤波器20、机载双工器21、C波段功放器22、图像遥测发射机23、C波段频综器24、主遥控接收机25、副遥控接收机26、图像编码器27、终端处理器28。实施例按图2连接线路。

本发明包括步骤：

①由全双工器3接收C波段收发天线1输入的无人机图像/遥测射频信号，将图像/遥测射频信号送至变频器5进行变频放大，变频放大后的图像/遥测射频信号输入至中频放大器8进行下变频成图像/遥测中频信号。

实施例本发明全双工器3的工作流程如下。

全双工器3由0/π调制器、电子开关、双工滤波器、低噪声放大器组成，主要完成双工***的收发隔离；和差网络由和差器、单脉冲调制器等组成，主要完成跟踪、和差信号生成、调制。其工作原理框图如图3所示，图3是本发明双工器3实施例的电原理工作流程图。上行主遥控信号先输入到双工器的发滤波器，全双工器3的中间公共端接在电子开关的公共端上，电子开关的另一端口接在C波段收发天线1，从C波段收发天线1发射出去。

下行信号的接收过程如下，C波段收发天线1差支路信号道先进入0/π调制器，与1kHz信号进行调制，调制后的信号耦合到和支路信号上，合成为一路定向信号，通过电子开关选择C波段收发天线1，再经过全双工器3的收滤波器滤波后送低噪声放大器放大，最后输出下行信号。

实施例C波段收发天线1工作原理如下：在地对空通信中，地面上的天线要求产生方位平面内的波束是尖的，但在俯仰平面内是“余割平方”形的波束。方位平面的覆盖利用扫描获得，俯仰平面内的波束形状必须提供在一定的高度和一定的俯仰角范围内对空中目标的覆盖。如图4所示，图4是本发明C波段收发天线1实施例的方向图的赋形图，表示在俯仰平面内所要求的覆盖的一般形状。C波段收发天线1采用1.8m口径的方位自跟踪、俯仰面余割赋形波束天线，它由天线反射面、托架、馈源喇叭、魔T、波导同轴转换、馈源拉杆等组成。

实施例本发明变频器5的工作流程如下：

变频器5的上变频器工作原理是L波段的遥控信号进入滤波器滤波后与本振混频，之后进入滤波器滤波后，输出遥控射频信号。变频器5的下变频器工作原理是C波段的下行信号通过隔离器后进入混频器，下变频后再经过滤波，放大后输出，进入中频放大单元。其工作原理框图如图5所示，图5是本发明变频器5实施例的电原理工作流程图。

实施例本发明中频放大器8的工作流程如下：

中频放大器8将变频器5送来的下行图像/遥测射频信号经滤波器滤波后送给一中放。960MHz的一中信号由放大器和衰减器组成的AGC放大电路进行AGC放大，其中AGC放大电路的增益由衰减器的衰减量决定。经AGC放大后的一中信号送至混频器进行混频，其中1030MHz的本振信号由锁相环产生，10MHz的参考源由外部输入，混频后经滤波器滤波输出70MHz的二中信号。二中信号由电子开关、滤波器和AGC放大器组成的AGC放大电路进行AGC放大。经AGC放大后的二中信号输出至图像/遥测接收机11。其工作原理框图如图6所示，图6是本发明中频放大器8实施例的电原理工作流程图。

②由中频放大器8将图像/遥测中频信号输入至图像遥测接收机11进行解调后分成两路输出，一路送至跟踪接收机10从解调的图像/遥测中频信号中解调出误差电压送至天线控制器7，天线控制器7将误差电压送至由主遥控收发天线1对无人机进行跟踪和定位；另一路经滤波后选出对应的2048kbps和256kbps两种码速率的基带信号，两种码速率的基带信号送至编译码测距单元14。本发明编译码测距单元14由同步译码单元、遥控编码单元、分接测距单元构成；同步译码单元位对图像/遥测数据流进行同步提取、维特比译码、解密；遥控编码单元对遥控数据流进行遥控指令编码；分接测距单元对图像/遥测数据流进行分接和测距、码速率切换、AGC电压采集、GPS数据处理、转发图像数据和按照规定的格式输出遥测、图像、距离及状态数据。

实施例本发明图像/遥测接收机11的工作流程如下：

图像/遥测接收机11接收中频放大器8送来的图像/遥测中频信号，图像/遥测中频信号经过一个滤波器，送给一分二功分器。功分器一路输出给图像/遥测解调支路，另一路送给跟踪接收机10。解调器采用调制跟踪环，即用一个相位锁相环完成解调。解调后的信号一分为二，由不同的视频滤波器选出分别对应2048kbps和256kbps两种码速率的基带信号，再由电子开关选择一路输出送给编译码测距单元14进行处理。图像/遥测接收机11工作原理框图如图7所示，图7是本发明图像/遥测接收机11实施例的电原理工作流程图。

实施例本发明跟踪接收机10的工作流程如下：

跟踪接收机10接收图像/遥测接收机11送来的中频信号，从携带有目标方位信息的载波信号中解调出误差电压送给天线控制器7，使天线始终自动对准目标无人机，实现对无人机的自动跟踪。

方位自跟踪采用比幅伪单脉冲跟踪体制。伪单脉冲就是把和差器中的差信号进行低频调制，从而使单脉冲体制转化为圆锥扫描体制，即把同时波瓣法转化为顺序波瓣法。这种体制称隐蔽锥扫体制，又称伪单脉冲体制。

跟踪接收机10是由本地参考振荡电路，前置检波电路，参考解调滤波电路，本地参考滤波电路，误差电压解调电路，误差电压滤波放大电路六部分电路组成，其工作原理框图如图8所示，图8是本发明跟踪接收机10实施例的电原理工作流程图。

实施例本发明天线控制器7的工作流程如下：

天线控制器7是自跟踪***的重要组成部分，它的功能是控制天线转动，使天线自动而准确的对准目标。天线控制组合采用二阶无静差环路，粗精组合的多级旋变测角和编码，以保证高精度测角。天线控制组合在指挥控制站(GCS)控制下，以自动跟踪、手动跟踪、搜索扫描等方式驱动地面定向天线跟踪目标，同时实时采集轴角，并将轴角信息和伺服状态上报给GCS。***主要由功率驱动、轴角编码单元、电机和测速、测角元件，以及嵌入式工控机等部分组成。

③编译码测距单元14对两种码速率的基带信号进行同步提取、维特比译码、解密及测距，将解密后的图像/遥测数据流发送至指挥控制端口完成图像/遥测数据的接收及处理；将解密后的图像/遥测数据流发送至本控单元15进行解算显示机载设备状态。

实施例本发明编译码测距单元14的工作流程如下：

遥控编码单元14主要完成遥控指令流的同步、加密、差分及扩频等功能，其遥控编码单元工作原理框图如图9所示，图9是本发明编译码测距单元14的遥控编码单元实施例的电原理工作流程图。

控制逻辑中单片机处理器将收到的监控信息译码后输出控制命令给编码加密差分电路，由该电路选择其中的一路遥控数据流并使之与本地的时钟同步，并经过M序列和m序列复合加密网络加密、差分变换后输出两路信号分别与伪码产生器1、伪码产生器2产生的位码模二加进行扩频处理。伪码产生器1产生速率为13.1072Mcps、码长2048位的M序列，由它进行扩频的信号送主遥控发射机12。伪码产生器2产生速率102.4kcps码长127位的m序列，由它进行扩频的信号送副遥控发射机13。

另外控制逻辑中的单片机处理器根据收到的监控信息，输出控制命令至相关的单元完成监控任务；状态采集电路采集各类状态信息至控制逻辑形成监测信息并通过异步串口输出至***；时序产生器从遥控帧同步字开始，每四个字输出一个测距发脉冲(正脉冲)，高电平持续时间为一个信息位宽度。由于电路处理时延的影响，在***联试时应与其它电路配合调整输出的测距发脉冲与遥控信息帧之间的相位关系以便调整测距零值，使距离零值小于一个遥控信息位的宽度，形成的测距发脉冲输出至分接测距单元。

编译码测距单元14的同步译码单元主要完成位同步提取、维特比译码、解密等功能，并与其他分机一起完成设备监控功能。工作原理框图如图10所示，图10是本发明编译码测距单元14的同步译码单元实施例的电原理工作流程图。

由接收机送来的图像/遥测数据首先经过整形电路，整形后的图像/遥测数据送位同步提取环路。同步环路中的分频比受监控台送来的码速率控制信号控制。由接收机送来图像/遥测数据同时送入A/D变换器，得到3比特的信号，送入维特比译码器进行译码，得到的图像/遥测串行加密数据流，经解密后输出明码数据和时钟。

编译码测距单元14分接测距单元由FPGA逻辑、单片机和接口电路组成，主要完成分接和测距的功能。另外还完成码速率切换、AGC电压采集、GPS数据处理、转发图像数据和按照规定的格式输出遥测、图像、距离和状态数据等功能。

分接单元包括帧同步提取环路和分接电路两部分，帧同步提取环路用于提取串行数据流中的帧同步脉冲，分接电路按照帧同步脉冲提供的时间基准，从图像/遥测数据流中分离出图像数据和遥测数据。

测距单元包括开关脉冲形成电路、测距计数器、计数时钟、锁存器和微处理器，遥控编码器每4个字节输出一个测距脉冲为计数器开门计数信号，遥测数据根据不同码速率提出相关的测距脉冲作为关门信号，关门后的计数脉冲个数锁存送微处理器。微处理器完成距离的校零和距离数据的平滑滤波，一帧遥控数据测16次距离，将16次数据进行平滑滤波，每秒输出12.5次距离数据。

④编译码测距单元14从指挥控制端口接收遥控数据流，进行遥控数据流的同步、加密、差分及扩频后分成两路输出；一路送至主遥控发射机12进行中频调制成遥控中频信号，将遥控中频信号发送至变频器5进行混频成遥控射频信号，将遥控射频信号送至C功放器6进行放大，放大后的遥控射频信号输入至双工器3进行隔离输出至C波段收发天线1，C波段收发天线1将遥控射频信号发射至无人机，对无人机进行遥控；另一路送至UFH波段发射机13进行FSK调制成遥控射频信号，UFH波段发射机13将遥控射频信号送至UHF功放器9进行放大，放大后的遥控射频信号送至UHF波段发射天线2，UHF波段发射天线2将遥控射频信号发射至无人机，对无人机进行遥控。

实施例本发明主遥控发射机12的工作流程如下：

主遥控发射机12用于视距数据链C波段链路遥控信号的L波段中频调制。主遥控发射机12由锁相单元、振荡器(包含调制器)、衰减器和参考源等单元电路组成。其主要功能为：利用遥控扩频码对L波段中频载波进行BPSK调制，并且可以对输出电平进行大小功率控制，输出调制后的中频信号。其工作原理框图如图11所示，图11是本发明主遥控发射机12实施例的电原理工作流程图。

主遥控发射机12采用模块化设计，发射机内部按印制板划分为参考源(对应图11中的参考源分路)、锁相单元(对应图11中的分频器、鉴相器和低通)、振荡器(对应图11中的压控振荡器、BPSK调制器和隔离放大)、衰减器等四个模块。

参考源分路、锁相单元和振荡器构成了一个锁相频率源，其作用是产生一路1110MHz的中频本振信号提供给BPSK调制器。BPSK调制器完成BPSK调制功能，即利用整形后的终端遥控扩频码对本振信号进行BPSK扩频调制，经过隔离放大后送给哀减器。主遥控发射机12中的衰减器完成主遥控发射机12的大小功率控制功能。

实施例本发明UFH波段发射机13的工作流程如下：

UFH波段发射机13采用锁相环直接FSK调制体制。设备由锁相环单元和振荡器组成载波产生电路，同时这两部分还将遥控编码单元送来的调制信号整形，然后调制到载波上产生射频信号，并进行滤波、放大，产生足够的电平来推动功放。其工作原理框图如图12所示，图12是实施例本发明UFH波段发射机13的电原理工作流程图。

⑤由频综器4产生上行遥控信号、下行图像遥测信号的本振信号送至变频器5，变频器5的上行遥控信号与频综器4产生的上行遥控信号本振信号进行混频成遥控射频信号；变频器5的下行图像遥测信号与频综器4产生的下行图像遥测信号本振信号混频成下变频图像遥测信号。

实施例本发明频综器4的工作流程如下：

频综器4输出上行遥控信号发射、下行图像遥测信号接收的本振信号用于完成信号混频。另外，频综器4可以根据接收到的控制命令完成输出频率的切换，从而完成切换频道的功能。其工作原理框图如图13所示，图13是本发明频综器4实施例的电原理工作流程图。

该合成器是单环数字锁相环路。此环路中压控振荡器的输出经分路后，一路经放大输出，另一路通过经除四分频器进入单片锁相环，在单片锁相环中，经除N程序分频器得到2.5MHz信号，与标准参考信号信号10MHz的四分频在鉴相器中进行比相，根据两个信号的相位差产生误差电压，并控制压控振荡器的频率及相位，当环路锁定时，压控振荡器的输出频率为所需的频率。上行本振3400MHz～3490MHz，步进10MHz；下行本振3950MHz～4040MHz，步进10MHz。

单片机接收通过RS422异步串口送来的频综控制数据，然后对接收的数据译码，得到频点控制信息，将该频点对应的频综控制数据输出，完成频率切换；并译码得到功放和天线控制信号，控制功放和天线状态。同时采集频综的锁定状态、天线状态和功放状态，将状态信息通过RS422异步串口输出。链路控制器的初始状态为1频点。

⑥由本控单元15进行机载设备状态调整设置，观察发送的遥控数据内容；设置地面设备状态进行调整设置；接收编译码测距单元14输入的遥测数据流进行解算，显示机载设备状态；接收指挥控制端口发来的监控数据，对数据解算后显示地面设备状态。

实施例本发明本控单元15的工作流程如下：

本控单元15完成对视距数据链信号的方法地面设备和机载设备控制和监视，其工作原理框图如图14所示，图14是本发明本控单元15实施例的电原理工作流程图。

本控单元15在本控状态下翻到机载设备状态设置屏，可利用键盘进行机载设备状态调整设置(如切换频道)，还可以通过同步转异步的模拟源观察发送的遥控数据内容；换到地面设备监控设置屏，可利用键盘进行地面设备状态进行调整设置(如切换频道)；完成对遥测数据的接收并按照相应的遥测数据帧结构对遥测数据进行解算，显示机载设备状态；接收监控数据，对数据解算后显示地面设备状态；通过操作小按键设置内控/外控状态，在内控模式下设备状态受本地控制单元控制，在外控模式下设备状态受指挥控制端口来的控制命令控制。

视距数据链的机载信号传输

⑦机载双工器21接收C波段全向天线18输入的主遥控射频信号，将遥控射频信号送至主遥控接收机25进行变频、放大、滤波、自动增益控制后输出中频信号到终端处理器28；终端处理器28对遥控中频信号进行解扩解调处理，解调后的遥控数据经机载加密单元解密重新组帧编码后送至飞控机端口控制无人机，终端处理器28同时也接收卫通链路端口的遥控数据送至飞控计算机控制无人机。本发明终端处理器28由同步控制单元、主解扩单元、遥控解调单元构成；由同步控制单元接收图像编码器27的图像数据、飞控机端口的遥测数据，进行遥控数据处理、遥测数据编码、图像遥测数据复接、数据的接收选择分发，使上下行帧同步完成测距；由主解扩单元在捕获、跟踪两个阶段接收主遥控接收机25送来的中频遥控信号进行解扩处理，将解扩后的遥控信号由遥控解调单元进行BPSK解调和解密输出主遥控数据；由遥控解调单元接收副遥控接收机26送来的遥控信息码进行解扩和解密，输出副遥控数据由同步控制单元送至飞控机端口控制无人机飞行。

实施例本发明机载双工器21的工作流程如下：

机载双工器21用于完成上行遥控射频信号的接收和低噪声放大，下行图像/遥测射频小信号的滤波和大信号的隔离发射。其工作原理框图如图15所示，图15是本发明机载双工器21实施例的电原理工作流程图。

实施例本发明主遥控接收机25的工作流程如下：

主遥控接收机25完成上行遥控信号的变频、放大、滤波、自动增益控制等功能，保证送给主遥控解扩单元功率稳定、足够载噪比的中频信号。其工作原理框图如图16所示，图16是例本发明主遥控接收机25实施的电原理工作流程图。

主遥控接收机25采用二次变频的方案来实现。本振I频率由C波段频综提供，步进10MHz。本振II选用锁相环，频率为1224MHz。前中频率为1320MHz，二中频率为96MHz，中频带宽取26MHz。

第一次混频后经过放大的信号再进行第二次混频选择，其中放大部分由两个放大器和一个电调哀减器组成，与后面的主中放一起完成自动增益控制功能。混频得到的96MHz的中频信号经过一带通滤波器和一放大器后送入主中放，进行中频放大，从而得到一个功率为-10±2dBm的中频信号，最后送至终端处理器28进行处理。

实施例本发明终端处理器28的工作流程如下：

终端处理器28接收图像编码器27的图像数据、飞控机端口的遥测数据，由其同步控制单元完成遥控数据处理、遥测数据编码、图像遥测数据复接、数据的接收选择分发，并同时是使上下行帧同步用于完成测距。其主解扩单元在捕获、跟踪两个阶段接收主遥控接收机25送来的遥控信号中频进行解扩处理，并将解扩后的遥控信号由其遥控解调单元进行BPSK解调和解密输出主遥控数据；接收副遥控接收机26送来的遥控信息码进行解扩和解密，输出副遥控数据由其同步控制单元将主副遥控至飞控机端口控制无人机飞行。

实施例本发明终端处理器28同步及控制单元是视距数据链机载设备数据处理的中心，完成遥控处理、遥测编码、图像遥测数据复接、数据的接收选择分发等功能，并同时是使上下行帧同步用于完成测距。其工作原理框图如图17所示，图17是本发明终端处理器28的同步控制单元单元实施例的电原理工作流程图。

终端处理器28的同步控制单元完成遥控数据处理、遥测数据编码、图像遥测数据复接、数据的接收选择分发，并同时是使上下行帧同步用于完成测距。其主解扩单元在捕获、跟踪两个阶段接收主遥控接收机25送来的遥控信号中频进行解扩处理，并将解扩后的遥控信号由其遥控解调单元进行BPSK解调和解密输出主遥控数据；接收副遥控接收机26送来的遥控信息码进行解扩和解密，输出副遥控数据由其同步控制单元将主副遥控至飞控机端口控制无人机飞行。

本单元按功能包括遥控信号处理模块、遥测数据采集模块、时钟信号产生模块、视距数据链图像遥测复接模块、卫星中继数据链图像遥测复接模块。

遥控信号处理模块接收解调单元送来的主、副通道两路遥控数据流和时钟；接收卫星中继数据链以RS422电平送来的Ku波段、UHF波段遥控数据流和时钟。经过帧同步锁定环，提取出遥控帧、字、位、数及帧锁定信号送遥控选择模块，其中帧锁定信号由帧锁定检测模块控制，保证帧锁定正确。遥控数据选择模块根据遥控帧锁定的情况，以优先级顺序：视距主通道、视距副通道、卫星中继链路Ku波段、卫星中继链路UHF波段选择输出遥控数据送遥控译码模块，同时输出遥控链路状态。遥控译码模块对遥控数据进行遥控译码，输出带宽控制信号及TV控制信号；同时通过RS422异步串口送出遥控数据给机载飞控计算机、卫星中继数据链Ku波段设备和Ku天线伺服***，以TTL电平送出遥控数据给链路控制器，内容与遥控帧结构相同，在字节上与遥控同步比特流准同步，在失锁时停止送数。

时钟信号产生模块接收解扩单元送来的102.4kHz的时钟信号、接收解调单元送来的码速率为102.4kcps的遥控副通道基带扩频信号(副通道测距伪码与遥控信息的模二加)，根据遥控选择处理模块送过来的帧锁定情况选择一路送数字倍频器，通过数字锁相环倍频输出频率为4.096MHz的时钟信号(TTL电平)，并输出与上行帧信号相关的帧、字、位、数逻辑用于下行遥测编帧。

遥测数据采集模块接收数码相机通过RS422异步串口输入相机数据、链路控制器通过TTL电平异步串口输入的频综回报数据、卫星中继数据链通过RS422异步串口输入的监视数据、Ku天伺通过RS422异步串口输入的天伺监视数据及机载飞控计算机通过RS422异步串口输入的遥测数据，分别缓存在FIFO中便于遥测编码。遥测数据采集模块接收副遥控接收机送来的AGC电平经A/D变换送遥测编码器。遥测图像编码器接收遥测数据采集缓存器缓存的遥测数据及AGC采集数据，完成遥测帧编码。

视距数据链图像遥测复接模块根据时钟信号产生模块送来的与上行信号相关的时钟信号把遥测数据流变成符合时序关系的遥测数据流与图像数据进行复接。复接后的复合数据流经加扰、差分及卷积编码后送图像遥测发射机23进行调制。

实施例本发明图像编码器27对机载CCD摄像机送来的模拟视频信号进行采集、处理、压缩，压缩码流以串行方式发送，工作原理框图如图18所示。图18是本发明图像编码器27的实施例电原理工作流程图。

模拟视频信号经视频解码芯片(VideoDecoder)转换为CCIR601兼容的视频数据流，把数据送给FPGA。FPGA对该数据流进行YUV分量分离，再进行数据抽取，再进行反混淆滤波；滤波后的数据按一定顺序写入一个大容量的先进先出存储器FIFO中。数字信号处理芯片读取FIFO中的数据进行压缩编码和容错编码，压缩后的视频位流通过发送电路发送到终端处理器28。

实施例本发明终端处理器28的主解扩单元完成对遥控接收机输出中频信号进行解扩处理，如图19所示，图19是本发明终端处理器28的主解扩单元实施例的电原理流程图。

解扩电路工作分捕获、跟踪两个阶段。

在捕获阶段，终端处理器28的主解扩单元将主遥控接收机25送来的96MHz宽带信号与74.6MHz的本振混频，下变频输出21.4MHz的扩频信号，与本地2048位码速率13.1072MHz的M序列伪码相关，经窄带滤波器滤波，当本地扩频码与接收的扩频码相位不相关时，检波判决出失锁电平，AGC输出低电平，同时时钟控制电路搜索外来的伪码相位，一旦相位相关后经窄带滤波输出窄带的21.4MHz的PSK信号，经检波、判决出锁定信号，使时钟控制电路进入跟踪状态，AGC输出随输入信号变化的0-5V的直流电平。

在跟踪阶段，跟踪环路采用Δ环位移寄存器输出超前、滞后和相同三路信号，超前、滞后伪随机码分别与输入信号相关，经窄带滤波器检波输出各自相关电平，两路相关电平相减，经环路滤波器输出误差电压送13.1072MHz的压控震荡器实现环路的跟踪。

实施例本发明终端处理器28的遥控解调单元完成主遥控信号的解调和副遥控信号的解扩，遥控主副通道信息码同步信号提取。如图20所示，图20是本发明终端处理器28的遥控解调单元实施例的电原理流程图。

主通道工作时接收由解扩电路送来的窄带高信噪比的中频21.4M信号，经主解调还原成基带加密遥控串行数据流，再进行解差分、解密处理输出主遥控数据及主遥控时钟信号。副通道工作时，将接收机送来的102.4kbps基带扩频信号整形输出并经副解扩电路还原成基带加密遥控串行数据流，再进行解差分、解密处理输出副遥控数据及副遥控时钟信号。

⑧副遥控接收机26接收UHF波段全向天线19从地面设备发送来的UHF遥控射频信号，进行滤波、低噪声放大器、混频输出差频70MHz，经70MHz中频滤波器选择后输入中频放大器放大；70MHz的中频信号送给调频解调器后由调频解调器中的混频器把频率搬移到10.7MHz，通过多级限幅放大器放大再进行频率检波，解调出遥控信息码送至终端处理器28解码。

实施例本发明副遥控接收机26的工作流程如下：

副遥控接收机26由前选器、高频放大器、后选器、混频器、本地振荡器、70MHz中频滤波器、中频放大器、调频解调器、低通滤波器、视频放大器等电路组成，工作原理框图如图21所示，图21是本发明副遥控接收机26实施例的电原理工作流程图。

副遥控接收机26从UHF波段全向天线19收到视距数据链的地面设备发向无人机的遥控射频信号，首先进入前选器进行滤波。低噪声放大器把进入接收机的微弱信号进行放大，再通过后选器进一步提取所需的信号送入混频器，与本振输出的信号进行混频，输出差频70MHz，经70MHz中频滤波器选择后进入中频放大器，中频放大器把提纯后的中频信号放大到一定的电平，使其达到调频解调器正常工作所需的电平。70MHz的中频信号送给调频解调器后由调频解调器中的混频器把频率搬移到10.7MHz，然后通过多级限幅放大器放大再进行频率检波，解调出遥控信息码。最后通过低通滤波器滤波和低频放大器将遥控信息码放大到要求的电平送给终端处理器28进行解码。

实施例本发明UHF波段全向天线19采用半波对称振子形式。如图22所示，图22是本发明机载UHF波段全向天线19实施例的结构原理示意图。出了对称振子天线的结构。它由对称放置的两个四分之一波长的振子组成，其谐振阻抗在50Ω到70Ω之间。为了便于使用同轴电缆馈电，采用四分之一波长的匹配支节进行平衡-不平衡转换，使电缆的外导体没有电流通过。在理想情况下，半波对称振子的方向图在H面是一个圆，在E面是一个规则的“8”字。

⑨图像/遥测发射机23接收终端处理器28的图像/遥测数据流及码速率控制信号对图像/遥测数据流进行调幅控制，送入压控震荡器的调谐端产生790MHz中频调制图像/遥测信号，调制的中频图像/遥测信号与C波段频综器24送来的本振信号经混频器上变频输出4910MHz至5000MHz的图像/遥测射频信号发送到C波段全向天线17发射到地面视距数据链。

实施例本发明图像/遥测发射机23如图23所示，图23是本发明图像/遥测发射机23实施例的电原理工作流程图。

首先对终端处理器28的同步控制单元产生的图像遥测信号进行整形，再根据不同的码速率，分两路进行幅度控制。两路的选通由终端处理器28的同步控制单元提供的码速率控制信号进行控制，选通其中一路后对振荡器进行调制。

发射机由10MHz恒温晶振作为参考源和鉴相器、分频器、压控震荡器、环路滤波器构成锁相环产生中频信号。图像/遥测信号经过幅度控制以后，送入压控震荡器的调谐端，从而产生790MHz中频调制信号。对该信号进行放大，再经过滤波器滤除谐波。中频信号与C波段频综器24送来的本振信号经混频器上变频至4910MHz～5000MHz射频信号。射频频道的变化是通过改变本振信号的频率来实现的。混频产生各种频率分量，经滤波器滤除无用分量后，分为两路，各自放大，一路直接输出给天线供联试之用，另一路则经过一电调衰减器后再输出。大小功率变换是通过控制电调衰减器的衰减值来实现的。工作/静默功能是通过继电器控制振荡器的电源来实现的。

本机还包括参考源电路，该电路中采用了高稳定度的恒温晶振。晶振输出10MHz信号，经功分器分为三路，然后分别进行放大，最后输出两路给其它分机使用。

实施例本发明C波段频综器24由单环数字锁相环组成，如图24所示，图24是本发明C波段频综24实施例的电原理工作流程图。它是单环数字锁相环路。此环路中压控振荡器的输出经分路后，一路经放大输出，另一路通过经除四分频器进入单片锁相环，在单片锁相环中，经除N程序分频器得到2.5MHz信号，与标准参考信号信号10MHz的四分频在鉴相器中进行比相，根据两个信号的相位差产生误差电压，并控制压控振荡器的频率及相位，当环路锁定时，压控振荡器的输出频率为所需的频率。下行发本振输出4120MHz～4210MHz步进10MHz，上行收本振输出2650MHz～2740MHz步进10MHz。

C波段频综器24中的链路控制电路为单片机控制电路。单片机接收通过RS422异步串口接收到终端处理器28送来的频综控制数据，然后对接收的数据译码，得到频点控制信息，将该频点对应的频综控制数据输出，完成频率切换；并译码得到功放和天线控制信号，控制功放和天线状态。同时采集频综的锁定状态、天线状态和功放状态，将状态信息通过RS422异步串口输出到图像/遥测发射机23。链路控制器的初始状态为1频点。

实施例本发明C波段全向天线17采用半波偶极子天线形式，天线的内部结构如图25所示，图25是本发明机载C波段全向天线17、18实施例的结构原理图。

天线同轴电缆的中心导体与一长度为四分之一波长的元件相连，同轴电缆的外导体与四分之一波长的圆柱套筒相连。同轴圆柱套筒起四分之一波长扼流圈的作用，因此大部分电流不能泄漏到同轴电缆的外表面。通常在同轴电缆的下部附加一扼流圈，进一步地扼制电流泄漏以改善辐射方向图。这种天线不需要地平面，因此由安装位置引起的增益劣化小于四分之一波长单极天线。适合用作较高频段的机载天线。半波对称振子的方向图在H面是一个圆，在E面是一个规则的“8”字。

Claims (3)

1.一种适用于无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号的方法，其特征在于包括步骤：

视距数据链的地面信号传输

①全双工器(3)接收C波段收发天线(1)输入的无人侦察机图像和遥测射频信号，将图像和遥测射频信号送至变频器(5)进行变频放大，变频放大后的图像和遥测射频信号输入至中频放大器(8)进行下变频，输出图像和遥测中频信号；

②由中频放大器(8)将图像和遥测中频信号输入至图像遥测接收机(11)进行解调后分成两路输出，一路送至跟踪接收机(10)从解调的图像和遥测中频信号中解调出误差电压送至天线控制器(7)，天线控制器(7)将误差信号送至C波段收发天线(1)，对无人侦察机进行跟踪和定位；另一路经滤波后选出对应的2048kbps和256kbps两种码速率的基带信号，两种码速率的基带信号送至编译码测距单元(14)；

③编译码测距单元(14)对两种码速率的基带信号进行同步提取、维特比译码、解密及测距，将解密后的图像和遥测数据流发送至指挥控制端口完成图像和遥测数据的接收及处理；将解密后的图像和遥测数据流发送至本控单元(15)进行解算显示机载设备状态；

④编译码测距单元(14)从指挥控制端口接收遥控数据流，进行遥控数据流的同步、加密、差分及扩频后分成两路输出；一路信号送至主遥控发射机(12)进行中频调制，输出遥控中频信号，将遥控中频信号发送至变频器(5)进行混频，输出遥控射频信号，将遥控射频信号发送至C功放器(6)进行放大，放大后的遥控射频信号输入至全双工器(3)进行隔离输出至C波段收发天线(1)，C波段收发天线(1)将遥控射频信号发射至无人侦察机，对无人侦察机进行遥控；另一路送至UHF波段发射机(13)进行PSK调制成遥控射频信号，UHF波段发射机(13)将遥控射频信号送至UHF功放器(9)进行放大，放大后的遥控射频信号送至UHF波段发射天线(2)，UHF波段发射天线(2)将遥控射频信号发射至无人侦察机，对无人侦察机进行遥控；

⑤由频综器(4)产生上行遥控信号的本振信号、下行图像遥测信号的本振信号送至变频器(5)，变频器(5)的上行遥控信号与频综器(4)产生的上行遥控信号的本振信号进行混频成遥控射频信号；变频器(5)的下行图像遥测信号与频综器(4)产生的下行图像遥测信号的本振信号混频成下变频图像遥测信号；

⑥由本控单元(15)进行机载设备状态调整设置，观察发送的遥控数据内容，对地面设备状态进行调整设置；接收编译码测距单元(14)输入的遥测数据进行解算，显示机载设备状态；接收指挥控制端口发来的监控数据，对数据解算后显示地面设备状态；

视距数据链的机载信号传输

⑦机载双工器(21)接收C波段全向天线(18)输入的主遥控射频信号，将主遥控射频信号送至主遥控接收机(25)进行变频、放大、滤波、自动增益控制后输出遥控中频信号到终端处理器(28)；终端处理器(28)对遥控中频信号进行解扩解调处理，解调后的遥控数据经机载加密单元解密，重新组帧编码后送至飞控机端口控制无人侦察机，终端处理器(28)同时也接收卫通链路端口的遥控数据送至飞控计算机控制无人侦察机；

⑧副遥控接收机(26)接收UHF波段全向天线(19)从地面设备发送来的UHF遥控射频信号，进行滤波、低噪放大、混频处理，输出差频70MHz，经70MHz中频滤波器选择后输入中频放大器进行放大；70MHz的中频信号送给调频解调器后由调频解调器中的混频器把频率搬移到10.7MHz，通过多级限幅放大器放大再进行频率检波，解调出遥控信息码送至终端处理器(28)解码；

⑨图像和遥测发射机(23)接收终端处理器(28)的图像和遥测数据流及码速率控制信号对图像和遥测数据流进行调幅控制，送入压控振荡器的调谐端产生790MHz中频调制图像和遥测信号输出，混频器将790MHz中频调制图像和遥测信号与C波段频综器(24)送来的本振信号进行混频，输出4910MHz至5000MHz的图像和遥测射频信号发送到C波段全向天线(17)，由C波段全向天线(17)发射到地面视距数据链；

完成无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号。

2.根据权利要求1所述的适用于无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号的方法，其特征在于：第②步中所述的编译码单元(14)由同步译码单元、遥控编码单元、分接测距单元构成；同步译码单元对图像和遥测数据流进行同步提取、维特比译码、解密；遥控编码单元对遥控数据流进行遥控指令编码；分接测距单元对图像和遥测数据流进行分接和测距、码速率切换、AGC电压采集、GPS数据处理、转发图像数据和按照规定的格式输出遥测、图像、距离及状态数据。

3.根据权利要求1所述的适用于无人侦察机测控与信息传输视距数据链信号的方法，其特征在于：第⑦步中所述的终端处理器(28)由同步控制单元、主解扩单元、遥控解调单元构成；由同步控制单元接收图像编码器(27)的图像数据、飞控机端口的遥测数据，进行遥控数据处理、遥测数据编码、图像及遥测数据复接、数据的接收选择分发，使上下行帧同步完成测距；由主解扩单元在捕获、跟踪两个阶段接收主遥控接收机(25)送来的中频遥测信号进行解扩处理，将解扩后的遥控信号有遥控解调单元进行BPSK解调和解密输出主遥控数据；由遥控解调单元接收副遥控接收机(26)送来的遥控信息码进行解扩和解密，输出副遥控数据由同步控制单元送至飞控机端口控制无人侦察机飞行。

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