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基于全球星實現無人機遠程通信

發(fā)布日期:2011-07-16??來源:網絡??作者:全球無人機網我要投稿我要評論
 O 引 言

  無人飛行器(Unmanned Aerial Vehicle,uav)可分為無人機、導彈和靶標三大類。其中無人機已被廣泛應用于諸如偵察、監(jiān)視、誘餌、電子戰(zhàn)、通信中繼、農業(yè)勘測、氣象、交通、科學研究、民用導航、環(huán)境保護、自然災害的監(jiān)視與救援等領域。與有人駕駛的飛機相比,無人機機動性能好,過載能力強,不存在飛行員傷亡;與偵察衛(wèi)星相比,無人機飛行高度低,活動范圍可控,部署方便,造價低廉。目前,世界各國都在積極研制各種新型無人機。

  新型無人機對通信設備性能有了更高的需求,在通信距離上已超出視距范圍,在通信帶寬上需要能夠傳輸圖像、視頻等綜合信息。這給無人機通信設備的研制提出了新的課題。根據研究表明,數字微波通信和衛(wèi)星通信可以滿足無人機與地面之間遠程綜合信息傳輸的需求。

  l 全球星系統(tǒng)性能分析

  全球星系統(tǒng)是由美國勞拉公司(Loral Corpara-tion)和高通公司(Qualcomm)倡導發(fā)起的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。全球星系統(tǒng)主要由三部分組成:空間段、地面段、用戶段。

  空間段由48顆衛(wèi)星加8顆備份星組成。軌道高度約為1 414 km,傳輸時延和處理時延小于300 ms,因此,用戶感覺不到時延。整個系統(tǒng)的覆蓋區(qū)為南北緯70°以內的地區(qū)。各個服務區(qū)總是被2~4顆衛(wèi)星覆蓋,用戶可隨時接人該系統(tǒng)。話音傳輸速率有 2.4/4.8/9.6 Kb/s三種,數據傳輸速率為7.2 Kb/s(持續(xù)流量)。衛(wèi)星采用碼分多址方式(CDMA),碼元帶寬為1.23 MHz。衛(wèi)星定位精度最高可達300 m。

  地面段包括全球星控制中心和網絡關口站(簡稱:網關)。每個網關可同時與3顆衛(wèi)星通信,把來自不同衛(wèi)星或同一衛(wèi)星的不同數據流信號組合在一起,以提供無縫隙的覆蓋。每一個用戶終端可通過一顆或幾顆衛(wèi)星和網關實現與全球任何地區(qū)的通信。在我國境內設有一個網關。

  用戶段指的是使用全球星系統(tǒng)業(yè)務的用戶終端設備。用戶終端設備包括手持式、車載式和固定式。用戶終端可提供話音、數據、短信息等業(yè)務。用戶終端在頭頂有一顆衛(wèi)星覆蓋時就可以使用,而一般在用戶的視線范圍內都是有2~4顆衛(wèi)星。用戶終端可同時和3顆衛(wèi)星進行通信,并且通過使用分離多徑接收器可以把這些信號合成一個單一的、沒有天電干擾的信號。用戶終端還可以按需要改變功率電平來補償遮擋和干擾的影響,平均功率輸出范圍在50~300 mW之間。衛(wèi)星不斷移進、移出用戶終端的視線范圍,也不斷無縫隙地淡進和淡出呼叫過程,這種軟切換減少了呼叫受干擾的風險。以上這些先進的數字技術使全球星系統(tǒng)能夠在各種地形環(huán)境中提供業(yè)務,使信號受到建筑、地形和其他自然景物遮擋的可能性更小。

  針對無人機的特點,利用全球星的獨特通信功能,可以設計一個基于全球星的無人機數字通信系統(tǒng),用以解決新型無人機遠程綜合信息通信問題。

  2 系統(tǒng)結構設計

  本系統(tǒng)由機載通信設備、地面通信設備、地面監(jiān)控設備、全球星衛(wèi)星、網關等組成,如圖1所示。

系統(tǒng)結構設計

  2.1 全球星系統(tǒng)

  全球星衛(wèi)星和網關作為本系統(tǒng)的衛(wèi)星通信鏈路,負責轉發(fā)系統(tǒng)各種通信信息。[page]

  2.2 機載通信設備

  機載通信設備安裝于無人機上。機載設備將需要傳輸的數字信息(語音、圖像、數據流、控制命令等)通過USB口或RS 422口傳送給機載通信設備,機載通信設備將信息打包發(fā)送至全球星衛(wèi)星,由全球星衛(wèi)星轉發(fā)到地面通信設備。

  機載通信設備主要由ARM與GSPl620等部件組成,如圖2所示。

機載通信設備

  GSPl620為全球星數傳通信模塊,通過RS 232口與ARM連接,完成通信信息的發(fā)送與接收。

  ARM為工業(yè)控制單片機,通過RS 422口或USB口與機載設備連接。ARM中安裝有通信軟件,完成系統(tǒng)初始化、數據通信、故障診斷等功能。

  機載數傳設備的工作流程如下:

  ARM啟動后,通過RS 232口發(fā)送AT命令對GSPl620進行初始化和撥號連接,同時監(jiān)測RS 422口或USB口,實時獲取并存儲機載設備發(fā)送的通信數據,如果GSP1620撥號連接成功,則將通信數據通過RS232口發(fā)送給GSP1620,由 GSPl620通過全球星衛(wèi)星發(fā)送給地面通信設備。GSPl 620也負責接收地面通信設備發(fā)送的控制指令(例如:飛機爬升、俯沖、轉彎等命令),通過RS 232口傳送給ARM,ARM接收到控制指令后再通過RS 422口或USB口轉發(fā)給機載設備。

  2.3 地面通信設備

  地面通信設備與機載通信設備軟硬件通用,只是在使用前初始化時將設備定義為地面通信設備或機載通信設備。地面通信設備安裝在地面監(jiān)控站內,與地面監(jiān)控設備通過,RS 422口或USB口連接。地面通信設備將接收到的全球星衛(wèi)星傳輸的數字信息(語音、圖像、數據流、控制命令等)通過USB口或RS 422口傳送給地面監(jiān)控設備,同時也可將地面監(jiān)控設備的控制命令傳送給機載通信設備。

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