基于数字相干体制的激光测距数传一体化技术研究与实现

针对传统微波测控通信系统通信速率与测量精度难以同时进一步提升的问题,提出了一种光载波下基于调相体制的高精度测距、测距与通信一体化方法,利用QPSK数字相干激光通信速率高的特点,设计综合信息帧格式,结合双向单程测距与非相干测速,在单个光载波下通过激光通信中的再生时钟得到比特相位级高精度测距信号,实现激光高速通信与高精度测量的一体化,提高信道的集成度。研制了包含两套光学天线及终端的原理样机,验证了星间双向非相干激光链路统一测控与星地双向非相干激光链路统一测控模式,结果表明,在1 550 nm波长无线光信道条件下,测距随机差（1σ）≤1 cm（0.78 cm @6 kHz多普勒动态）,测速随机差（1σ）≤1 cm/s（0.221 cm/s @ 6 kHz多普勒动态）,误码率≤1×10-9狜10 Gb/s单通道传输速率的性能指标,可为激光统一测控系统及激光星间链路设备等提供技术支撑。     

基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法

为了解决调频连续波(FMCW)激光器调制非线性导致的测量信号频谱展宽降低激光干涉测距精度的问题, 采用一种基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了双光路测距系统对不同位置目标信号等光频细分重采样后的波形数据, 并进行了频谱分析。结果表明, 通过等光频细分重采样的方法, 使用细分后的时钟信号点对距离大于辅助干涉光路光程差的目标测量信号进行重采样, 消除了激光器的调制非线性的影响, 并且避免了采样点数不足引起信号失真的问题; 在4.3m测量范围内, 等光频细分重采样测距系统与激光干涉仪相比最大残余误差不超过±18.46μm, 最大测量标准差为23.39μm; 该方法使用的辅助干涉光路光程差很短, 受环境的影响较小, 可以获得稳定的时钟信号, 并且可以减少双光路FMCW测距系统的体积与成本。该研究为长距离、高精度调频连续波测量提供了实用参考。     

非相干测距技术在无人机测控中的应用

在无人机测控系统中,通常采用相干测距技术。相干测距技术原理简单,但是会对无人机测控系统带来一些问题。通过数学公式推导,给出了非相干测距原理的数学公式,并进一步推导了非相干测距的具体实现的数学公式,给出了非相干测距的性能指标。通过具体设计,在无人机测控系统实现了非相干测距,很好地解决了相干测距带来的问题。     

一种抗多径效应的非相干无人机测距方案

多径效应是造成无人机测控系统可用性降低的重要原因之一。为了降低多径效应对无人机（UAV）测控系统的影响,提出了一种非相干测距技术方案。该方案利用了单载波频域均衡（SC-FDE）技术以及优化遥控帧与伪码速率关系及发送位置的方法,降低了机上测距数据下传误码率,同时提高了机上采样精度。经仿真验证,在反射路径信号比直达路径小6 dB且信噪比大于7 dB时,系统的测距精度满足无人机测控系统的指标要求。     

一种基于数字鉴相原理的高精度无线测距系统设计

对目标的距离进行精确地测量是导航、测控等领域必须有效解决的重要问题.利用基于FFT的数字鉴相方法和自乘倍相原理设计了一种应答式侧音测距系统.实验结果表明该设计方案的测距精度优于5cm,充分体现了侧音测距精度高以及数字鉴相能在较低信噪比下准确地估计相位的优点;同时连续波系统的收发隔离问题也得到了有效的解决.     

四种提高FMCW测距精度的方案及性能分析

针对调频连续波(FMCW)雷达在距离分辨率和测距精度上的设计需求,通过理论分析,找出影响FMCW雷达距离分辨率和测距精度的主要因素,指出可利用频谱细化方法来减少频率量化单元,提高系统测距精度。通过挑选工程设计中最具代表性的4个频率细化方案:采样序列补零法、基于复调制的ZFFT法、Chirp-Z变换法和FFT-DTFT结合法,进行了理论及性能分析,对4种方法在工程实现时所消耗的运算量和存储空间进行了横向对比,对算法的应用场合提出了使用建议。     

基于巡检无人机增程装置的设计和实现

目前燃气管线、电力巡检无人机系统的需求具有多样性,为适应巡检无人机不同距离的遥控、遥测、遥感等信息的传输,设计了一种基于巡检无人机测控系统的增程装置。该装置在高速射频开关自动切换架构技术基础上,采用高集成度的模块化、轻小型化设计。可实现巡检无人机不同测控距离、不同频段的设计应用,为巡检类无人机提供有效且多样的测控方案。     

测控雷达距离零值校准方法研究

距离值是测控系统外测数据中的重要一项,某船载测控系统的测距系统采用的纯侧音测距体制是距离值测量的一种常用方法。在介绍了传统距离校零方法的基础上,分析了该测控系统的地面零值分离方法,且对任务中距离零值的装订方法进行了说明。实践证明,该方法准确有效,历次任务分离的地面零值比较稳定。     

无人机电力线路巡检安全距离测量新方法

针对无人机电力线路巡检时安全飞行距离把控困难的难题,提出一种基于双目测距的无人机电力线路巡检安全距离测量方法,基于线路连续特征进行双目图像行匹配。与传统双目匹配算法不同的是,所提方法避免了构造卷积窗口对左右图像进行像素点遍历,直接根据极限约束快速找到匹配点来计算视差,大大提高了图像匹配速度,降低了程序的冗杂度,减少了由于运算数据量过大导致的误差。最后通过双目测距原理实现无人机巡检安全距离的测量。测量结果表明,所提系统能够在测定距离为15 m时,测距反应速度达到50 ms左右,相对误差小于5%。     

空间激光通信与测距一体化研究

【目的】随着卫星技术和通信技术的不断提高,空间激光通信与测距一体化技术也逐渐成熟。而伴随着深空探测、卫星导航等领域的进一步发展,大量的业务及应用需求对星间的通信容量和测距精度又提出了更高的要求。在综合考虑卫星荷载与功耗的前提下,如何在实现激光卫星高速通信的同时,完成测距并进一步提升测距精度,成为亟待解决的课题。【方法】基于双向单程测距原理,设计并实现了一种同时支持正交相移键控（QPSK）和二进制相移键控（BPSK）的相干通信与测距一体化系统,为进一步提升测距性能,又从提升时钟精度入手,通过使用差拍采样方法,使用鉴频与鉴相来获取发送时钟与接收时钟之间的频率差与相位差,以此来获取到更高的时钟精度,从而对测距值进行校正。【结果】该系统能稳定工作在接收光功率大于-48dBm的环境,针对不同应用需求可设置不同的速率,QPSK模式下最高速率为5Gbit/s,BPSK模式下速率分别为2.5Gbit/s、1.25Gbit/s和625Mbit/s,系统测距精度理论上可达最小值53 ps,在正常通信时,使用Matlab与Vivado对测距数据进行计算处理,验证了系统测距精度小于0.1ns。进一步采用差拍采...     

无人机数据链中Turbo码研究与FPGA实现

无人机数据链系统与地面控制站进行的是遥测数据、侦察图像和遥控指令传输,因此高质量的通信是确保无人机数据链发挥效能的关键。针对无人机信道的特点和要求,研究分析了无人机信道的统计模型,重点分析了影响Turbo码性能的一些主要因素,采用硬件描述语言VerilogHDL实现了Turbo码编译码器的FPGA设计。实验结果表明,在纠错能力范围内,该设计方案能够正确纠错并译码,并且具有较高的译码速率,提高了无人机数据链的通信质量和抗干扰性能。     

无人机OFDM系统时频同步方法研究

通过对无人机正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统时频同步方法分析,对最大似然准则、最大相关准则和基于循环移位的最大相关算法等3种同步算法进行了研究。针对无人机数据链OFDM系统同步传输的特性,提出了一种采用粗同步和细同步相结合的时频联合同步方法。通过仿真结果可以得出,该时频联合同步方法能够达到系统同步范围和同步精度的统一。     

无人机通信干扰电磁环境半实物仿真系统

针对战场环境下复杂传播环境及敌方干扰对无人机通信系统性能的影响,提出了综合信道衰落和干扰共同作用下的无人机通信信道理论模型。在此基础上,基于微波暗室设计实现了无人机通信干扰电磁环境半实物仿真系统。该系统利用硬件现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实时模拟无人机通信信道和干扰信号,利用微波暗室模拟外场的无线传播环境,并通过天线位置和角度调节装置模拟发射机、干扰机和接收机之间的空间位置特性。实测结果表明,该半实物仿真系统能够真实复现无人机通信干扰电磁环境,可用于无人机数据链抗干扰性能的测试和评估。     

基于激光末端引导的无人机精确回收技术

为了提高野外复杂环境下无人机回收的回收精度及回收成功率,采用了基于激光末端引导体制的无人机精确回收方法,对激光末端引导精确回收无人机系统的工作原理及流程进行了理论分析和验证,取得了无人机引导距离段与激光引导光场辐射场以及无人机偏航角度信息与系统精确回收之间的数据关系。结果表明,在距离着落点1km~2km的粗引导距离段,保持恒定40m的激光引导光场辐射场,可以使无人机快速进入激光辐射场调整偏航角度信息,提高回收的可靠性;在中间距离段,激光辐射场与着落距离按线性关系变化,有利于粗引导转入精确引导阶段;在距离着落点500m以内的精确引导距离段,保持20m的激光引导光场辐射场,可以提高无人机系统的回收精度。将该方案应用到无人机的回收系统中,可以显著提高无人机在复杂环境下的回收精度。     

基于D-S证据理论的数据链故障诊断方法

针对无人机数据链结构复杂而导致的故障诊断难题,提出了一种基于D-S证据理论的无人机数据链路故障诊断方法。将无人机数据链诊断划分为系统级和电路板级2层,给出了故障诊断的总体框架。运用模版匹配法进行基本概率分配函数获取,基于冲突度和重要度进行冲突证据合成,采用基本概率分配函数进行决策,在此基础上实现了基于D-S证据理论的诊断方法。实验结果表明该方法正确有效,为无人机数据链故障诊断提供了新的途径。     

测控数据链性能指标试验与评估方法研究

为更加合理、高效地开展数据链性能指标试验,文中提出了基于有线注入法的试验方法。将该方法 应用于某型无人机数据链性能指标试验,得到了数据链传输速率、传输时延等试验结果。为评估试验结果,建立了 某型无人机数据链上行链路指标评估层次结构,提出了将不同种类试验结果归一化的效用函数,构建了不同指标权 重系数判断矩阵。应用层次分析法完成了某型无人机上行链路效能评估,该研究方法可为开展测控数据链装备性 能试验与效能评估提供指导     

基于能耗参量的拥塞控制算法无人机数据链设计

无人机在未来的战争中将扮演着越来越重要的角色。战术无人机能够将对本方有用的敌方信息传递到本方的地面控制中心,以便本方部署周密的作战计划。无人机通信负载和能量是衡量无人机数据链系统性能好坏两个很重要的指标。通信负载的大小可以通过拥塞控制来解决,结合无人机能量有限的特点,无人机发送数据时采用最小功率发射,在MAC层,引入能耗参量,将其融入到拥塞控制中来提高无人机数据链的网络性能。利用opnet仿真软件,搭建半实物仿真平台,设计了基于能耗参量的拥塞控制算法无人机数据链。仿真结果表明此算法能够提高系统吞吐率,并节约了能量。     

无人蜂群分布式相干协作通信系统

为了解决无人（UAV）蜂群数据链系统受机载端发射功率及天线口径限制，空地通信距离受限的问题，提出了一种分布式相干协作通信系统的设计方法。基于信道反馈的校正补偿信息，蜂群节点可同时发送通信信号，在地面节点处实现相干协作信号增强。在实验室内搭建原型测试系统，通过理论分析和实测对比，验证了多节点相干协作传输的通信能力。4节点协作时，相干协作能力实测可增加10.58 dB。该方法使得在保持无人蜂群数据链端机及全向天线不变基础上，实现通信距离扩展、抗干扰能力提升变得可行。     

SDR OFDM Waveform Design for a UGV/UAV Communication Scenario

In the course of a national research project, EADS Innovation Works has developed a waveform on a self-designed hybrid Software Defined Radio (SDR) platform, consisting of an FPGA (Xilinx Virtex 5) and a GPP (Intel Atom). The waveform realizes a video link between an Unmanned Ground Vehicle (UGV) and its Ground Control Station (GCS). This link is established indirectly with an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) acting as a relay, in order to enable non-line-of-sight (NLOS) communication and to increase the communication range. Additionally, a direct video link from the UAV to the GCS is set up simultaneously as well as multiple low data rate control channels between the individual link partners. To cope with diverse operation areas, accompanied by a heterogeneous set of requirements, the waveform must offer outstanding adaptability and flexibility to maximize data rates in each scenario, while maintaining link robustness. The developed waveform is based on OFDM with freely customizable modulation parameters. Time Division Multiple Access (TDMA) is implemented on medium access layer to switch between the different users in the scenario (UGV, UAV, GCS). In this article, we give an overview of the waveform, its implementation on a hybrid platform and its validation for the intended field of application.