1.方案考虑
1.1多基站单独控制方案该方案可采用多个独立的地面基站分别控制各架无人机，该方案的优点是有成熟的地面基站设备可用。缺点是需要多个地面基站，测控车的布局非常不方便，一辆测控车布不下多个地面站，而且对多个地面站的协调也不易实现，难以完成编队飞行等任务要求。1.2单基站TDD方案该方案可以采用一套地面测控基站，分别时分控制多架无人机，该方案的优点是全系统只需要一对频点。缺点是由于采用TDD方式控制，当地面测控基站与一架无人机通信时，其他无人机处于通信终断状态。尤其是同空的多架飞机遇有紧急情况时，通信资源就会显得非常单薄，顾此失彼。而且由于本项目要求的研制周期较短，对于TDD方式下的通信速率的提高未有充分验证，可靠性不能得到保证。2.3单基站FDD方案该方案采用FDD方式，上行的遥控通道使用一对频点，多架飞机的遥控指令采用不同的ID码加以区分。下行的遥测通道采用多对频点分别供多架无人机使用。优点是地面站简化，从外部连接上看和单套地面基站没有区别，测控链路仅使用一根天线，地面测控基站与各架无人机的通信一直处于联络状态，出现意外情况时对无人机的控制依然没有影响。缺点是下行遥测链路的多对频点需要选择，以防止相互间的互调干扰，但是现代通信对于互调的处理已经非常成熟了。
2.设计与计算
2.1系统组成框图单基站多机同空测控数据链包括机载及地面两部分，其组成框图如图1、2所示：2.2链路裕量的计算由于系统实际使用时，飞机离地面高度，通过计算可知其满足Hc≥0.6F1(Hc：收发天线之间连线与地面障碍物最高点的垂直距离；F1：第一菲涅尔半径)，因此路径损耗采用空—地电波(自由空间)传播损耗计算公式，其示意图如图3所示：对于本系统，两天线间的距离，由于本系统要求传输距离为100km，因此，按照100km计算。对于发射频率我们按照频率选择的进行相应计算，由于频率越高损耗越大，因此实际上我们仅对收发支路的最高频率进行损耗计算。本系统要求遥测Pb＜10-5，理论计算要求Eb/n0≥9.5dB，工程上实际实现应大于10dB。Pb＜10-6时Eb/n0≥10.5dB。为此，下面进行分析说明在系统要求的条件下是否能满足要求。机载遥测支路发射功率P=33dBm，空间路径损耗为130.51dB，因此到达接收天线出口的功率为：37-130.51+10=-86.51dBm(4)由于接收机中信号带宽约为38.4KH，因此其噪声功率约为-128dBm，在此条件下，按通道噪声系数6dB计算，则此时的：S/N=[-83.51-(-128)+(-6)]=38.49dB(5)考虑链路的裕量15dB，S/N=23.49完全可以满足误码率(10-5)的要求。考虑机载设备的电磁兼容，在满足误码率的要求下可将机载遥测发射机的功率降为33dBm，仍然可以满足要求。对于遥控支路，到达接收机天线的信号功率为：43-130.51=-87.51dBm(6)通道噪声系数按照6dB(最大值)计算，此时其信噪比约为：S/N=(-83.51+128-6)=38.49dB(7)考虑上行链路裕量20dB，信噪比约为18.49dB，此时的误码率将能够满足10-6的要求。在满足误码率的要求下可将机载遥测发射机的功率降为40dBm，仍然可以满足要求。以上分析是按照通道噪声系数最差进行的分析，此时能满足误码率要求，因此工程能够满足要求。2.3关键技术及措施针对单基站多机同空无人机测控数据链路的技术指标要求，构建一个具备高可靠性的数据链路平台是关键技术之一，为了构建这一平台，在充分分析系统功能与技术指标要求后，提出了如图2的地面基站平台。为了提高系统的性能指标，对基站中选用的一些组件指标有严格的限制，为降低基站的接收通道的噪声、发射通道的损耗，选用低损耗馈线(馈线损耗0.7dB/10m)，滤波器选用腔体滤波器，插损约0.3dB，带外抑制可达90dB以上。为了降低遥测接收通道的噪声系数，采取了在双工器和功分器间插入低噪声放大器的技术，一是可以弥补无源器件的损耗，另外还可以大大降低遥测通道的噪声系数，提高通道的信噪比。为了保证遥控支路的可靠性，对于地面的遥控发射通道采取了热备份设计，为降低发射通道的损耗，主备设备采取射频开关切换的方式。2.4同频段多信道通信的互调干扰抑制对于多信道共用的无线通信系统，采用合适的信道分配策略可以有效的抑制互调干扰，选择信道时，在保证邻道抑制的基础上联合考虑二信号三阶互调和三信号三阶互调，确保在系统的频率规划就可以最大程度的抑制三阶互调干扰。
3.试验结果
上述FDD单基站多机同空测控数据链路已于2013年5月完成研制任务。链路在2013年5月至12月分别进行了单机、双机和三机同空多次飞行验证，试验结果均达到了技术要求，并已经成功交付实际使用。
作者：刘国富 单位：总参第六十研究所
