1、引言

艦載無人機(jī)系統(tǒng)按功能劃分一般包括飛行器平臺(tái)、測(cè)控與信息傳輸系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱測(cè)控系統(tǒng)）、任務(wù)載荷系統(tǒng)、艦面綜合保障系統(tǒng)、導(dǎo)航飛控系統(tǒng)等。艦載無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)作為艦載無人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦載無人機(jī)的遙控、遙測(cè)、跟蹤定位和信息傳輸，主要包括數(shù)據(jù)鏈和艦面控制站，其中數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)包括測(cè)量設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)中繼設(shè)備等。

無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與航天測(cè)控系統(tǒng)相比有很大不同，航天測(cè)控系統(tǒng)主要針對(duì)大氣層外的固定軌道飛行器，無人機(jī)主要是在大氣層內(nèi)飛行，測(cè)控環(huán)境復(fù)雜，而艦載無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)相比一般無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，面臨的測(cè)控環(huán)境更為復(fù)雜，更需要注重測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、互操作性、抗干擾性以及適裝性。

本文通過研究艦載無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)和新技術(shù)，對(duì)艦載無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜述，主要包括艦載無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)、艦面測(cè)控站技術(shù)和天線設(shè)計(jì)技術(shù)。

2、艦載無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)

艦載無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N在艦面測(cè)控站、指揮信息系統(tǒng)、無人機(jī)之間，采用一種或多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，按照規(guī)定的通信協(xié)議和消息標(biāo)準(zhǔn)傳遞格式化戰(zhàn)術(shù)信息的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。能夠與測(cè)控站、無人機(jī)系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)緊密結(jié)合，將地理空間上相對(duì)分散的探測(cè)單元、指控系統(tǒng)緊密地連接在一起，保證情報(bào)、指揮控制、無人機(jī)協(xié)同等信息實(shí)時(shí)、可靠、準(zhǔn)確地傳輸，實(shí)現(xiàn)信息共享，便于指揮人員實(shí)時(shí)掌握目標(biāo)區(qū)域情況，縮短了情報(bào)獲取時(shí)間，提高了指揮速度和無人機(jī)系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

為了適應(yīng)未來作戰(zhàn)任務(wù)、無人機(jī)平臺(tái)和任務(wù)載荷的發(fā)展需求，無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸能力、抗干擾能力、安全保密能力和網(wǎng)絡(luò)化等方面面臨挑戰(zhàn)。

2.1 高速率數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的傳輸能力一般指下行鏈路傳輸速率，主要取決于任務(wù)傳感器的分辨率、幀速率、數(shù)據(jù)鏈的作用范圍、設(shè)備規(guī)模和安裝條件等。國(guó)外無人機(jī)視距數(shù)據(jù)鏈路傳輸速率一般為1.544Mbps、8.144Mbps、和10.71Mbps，能夠滿足一般戰(zhàn)術(shù)偵察和監(jiān)視的需求。未來，隨著合成孔徑、機(jī)載預(yù)警雷達(dá)和高分辨、多光譜、多組合傳感器設(shè)備在無人機(jī)上的應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸速率將會(huì)達(dá)到1.48Mbps～3Gbps，甚至?xí)撸瑢?duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率和容量提出了更高的要求。

為適應(yīng)高分辨、多光譜、多組合傳感器的發(fā)展，必須大力提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸能力，應(yīng)加強(qiáng)以下方面技術(shù)的研究。主要包括 “四合一”一體化信道綜合技術(shù)；無人機(jī)視頻壓縮編碼技術(shù)；激光通信數(shù)據(jù)鏈技術(shù)。

（1） “四合一”綜合信道體制是指跟蹤定位、遙測(cè)、遙控和信息傳輸?shù)慕y(tǒng)一載波體制,即視頻信息傳輸與遙測(cè)共用一個(gè)信道,利用視頻與遙測(cè)信號(hào)進(jìn)行跟蹤測(cè)角,利用遙控與遙測(cè)進(jìn)行測(cè)距。視頻與遙測(cè)共用信道的方式包括2種:一種是模擬視頻信號(hào)與遙測(cè)數(shù)據(jù)副載波頻分傳輸;另一種是數(shù)字視頻數(shù)據(jù)與遙測(cè)復(fù)合數(shù)據(jù)傳輸。采用“四合一”綜合信道體制,就要解決直接接收寬帶調(diào)制信號(hào)的天線高精度自動(dòng)跟蹤問題。

（2） 無人機(jī)視頻壓縮編碼技術(shù)是指利用視頻圖像數(shù)據(jù)的強(qiáng)相關(guān)性，將冗余信息分為空域冗余信息和時(shí)域冗余信息，而壓縮技術(shù)就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉（去除數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性），壓縮技術(shù)包含幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、幀間圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和熵編碼壓縮技術(shù)。根據(jù)無人機(jī)使用特點(diǎn)，應(yīng)研究存儲(chǔ)開銷低（適合機(jī)載條件）、實(shí)時(shí)性強(qiáng)（時(shí)延小）、恢復(fù)圖像質(zhì)量好（失真小）的高倍視頻數(shù)字壓縮編碼技術(shù)。

（3） 激光通信數(shù)據(jù)鏈可以提供比現(xiàn)有微波通信鏈路容量大的多的數(shù)據(jù)傳輸速率,國(guó)外相關(guān)技術(shù)每秒可傳輸上百萬兆比特的數(shù)據(jù)。到2030年前,無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)需要達(dá)到500 Mbit/s(視距)或以上的數(shù)據(jù)率,衛(wèi)星中繼鏈路和無人機(jī)機(jī)間高速數(shù)據(jù)鏈路將需要提供更高的數(shù)據(jù)傳輸能力,這可以在光通信新體制方面取得突破,并開展實(shí)用性研究。

2.2 數(shù)據(jù)抗干擾傳輸技術(shù)

無人機(jī)測(cè)控與通信數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)是指采用擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)、自適應(yīng)干擾抑制技術(shù)、信源與信道編碼技術(shù)等保障無人機(jī)運(yùn)行的暢通。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能、降低攔截概率和檢測(cè)概率，結(jié)合無人機(jī)使用特點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)以下方面技術(shù)的研究。

（1） 抗干擾技術(shù)從單一技術(shù)的抗干擾，發(fā)展到多種技術(shù)相結(jié)合，從單一物理層抗干擾發(fā)展到包括網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層在內(nèi)的多層面結(jié)合優(yōu)化的抗干擾；從單一設(shè)備的抗干擾發(fā)展到系統(tǒng)級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)的綜合抗干擾。

（2） 研究抗干擾智能調(diào)零天線。智能調(diào)零天線采用陣列信號(hào)處理和數(shù)字波束成形技術(shù)，在干擾源方向形成零點(diǎn)，調(diào)零深度可達(dá)20dB以上，從而實(shí)現(xiàn)空域抗干擾。

（3） 研究自適應(yīng)干擾對(duì)校技術(shù)。在頻域上寬帶有用信號(hào)和窄帶干擾信號(hào)特征截然不同，根據(jù)此特征可以檢測(cè)出干擾信號(hào)，并使用自適應(yīng)陷濾波技術(shù)將其消除。

（4） 研究基于認(rèn)知的抗干擾技術(shù)。基于認(rèn)知的抗干擾技術(shù)是結(jié)合頻譜感知、頻譜管理和鏈路傳輸參數(shù)重新配置的新技術(shù)。它利用頻譜感知技術(shù)獲得頻譜空間的占用情況，通過頻譜管理給出可選擇的備用信道，并將鏈路建立在新的傳輸信道上，以規(guī)避干擾信號(hào)所在的頻帶，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

2.3 數(shù)據(jù)鏈加密技術(shù)

數(shù)據(jù)鏈加密技術(shù)是指在空間、時(shí)間和頻域中采用多重安全保密措施，保證數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)恼_性，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境。

信息傳輸?shù)目煽啃允菍?duì)通信系統(tǒng)的最重要的要求之一，數(shù)據(jù)鏈采取了多種技術(shù)手段，針對(duì)信道傳輸中的各種自然和人為干擾，采用了數(shù)據(jù)和信道加密技術(shù)，確保了信息的安全傳輸。

目前，國(guó)外的軍用無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈普遍采用了有效的加密手段，尤其是美國(guó)無人機(jī)在推行使用通用數(shù)據(jù)鏈（CDL）和共用傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸信息后，對(duì)基于信源和信道的加密更加重視。我軍無人機(jī)測(cè)控視距鏈路、衛(wèi)星通信鏈路也普遍采用了機(jī)要部門認(rèn)證的專用加密措施。

為了保護(hù)無人機(jī)系統(tǒng)的通信，提高測(cè)控鏈路的安全保密性，應(yīng)在以下方面加強(qiáng)研究：

（1） 研究大密鑰、高保密的加密設(shè)備。
（2） 研究大容量、高實(shí)時(shí)性的加密設(shè)備。
（3） 研究基于數(shù)字簽名和身份認(rèn)證安全保密機(jī)制。
（4） 除報(bào)文信息加密、語音加密和網(wǎng)管加密外，還需要研制同步抖動(dòng)加密和基碼加密，支持跳時(shí)/跳擴(kuò)控制/入網(wǎng)控制/敵我識(shí)別等加密功能。

2.4 無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是將無人機(jī)與無人機(jī)、有人機(jī)以及其它武器平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行無縫連接，實(shí)現(xiàn)信息共享的物理層技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)未來無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心站的重要技術(shù)基石。

無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)可形成以無人機(jī)為核心的移動(dòng)戰(zhàn)斗群組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享程度更高，指揮調(diào)度更快，作用范圍更廣，系統(tǒng)抗毀能力更強(qiáng)，互操作性更好的信息化聯(lián)合作戰(zhàn)系統(tǒng)，確實(shí)提高無人機(jī)信息化作戰(zhàn)能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力。

為適應(yīng)多機(jī)和機(jī)群的協(xié)同作戰(zhàn)要求，應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)化方面加強(qiáng)技術(shù)研究：

（1） 研究網(wǎng)絡(luò)自組織和自愈重構(gòu)技術(shù)；
（2） 研究分布式多址接入技術(shù)和高速大容量信息傳輸體制；
（3） 研究無人機(jī)組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。
（4） 研究實(shí)時(shí)魯棒動(dòng)態(tài)路由協(xié)議技術(shù)；
（5） 研究與未來天空地一體化信息格柵網(wǎng)絡(luò)的鏈接和協(xié)同技術(shù)。

2.5 無人機(jī)多輸入多輸出（MIMO）數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

無人機(jī)多輸入多輸出（MIMO）數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是一種新的無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈體制，它在地面控制站和無人機(jī)上同時(shí)配置多根發(fā)射和接收天線，將單一信息通道變成了多個(gè)獨(dú)立的、并行的信息通道，而每個(gè)子信道容量都可以達(dá)到在無人機(jī)SISO（單輸入單輸出）數(shù)道的波形可以獨(dú)立控制。而每個(gè)子信道容量都可以達(dá)到無人機(jī)SISO（單輸入單輸出）信道容量，同時(shí)可以獨(dú)立控制。

將MIMO技術(shù)應(yīng)用在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中，構(gòu)建基于MIMO的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈，主要優(yōu)勢(shì)在于：

（1）增大信息傳輸容量；（2）降低截獲概率；（3）增強(qiáng)抗干擾能力；（4）提高任務(wù)適應(yīng)能力。為充分發(fā)揮MIMO技術(shù)在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中的應(yīng)用，主要研究方向包括：

（1） 無人機(jī)MIMO天線布局的進(jìn)一步研究。當(dāng)天線數(shù)目較多時(shí)，天線的空間布局方式多種多樣，從而其空間相關(guān)矩陣也多種多樣，相應(yīng)的MIMO容量的情況也相當(dāng)復(fù)雜。
（2） 無人機(jī)MIMO系統(tǒng)中信號(hào)處理的研究。結(jié)合MIMO技術(shù)在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在兼顧復(fù)用增益和分集增益的情況下，研究選擇怎樣的編解碼策略、如何提升無人機(jī)MIMO抗干擾性能等問題。
（3） 無人機(jī)MIMO抗干擾和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。
（4） 無人機(jī)MIMO數(shù)據(jù)鏈實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建。

2.6 一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是指一個(gè)測(cè)控站（地面或空中）與多架無人機(jī)之間的數(shù)據(jù)鏈通信，采用頻分、時(shí)分及碼分多址方式來區(qū)分來自不同無人機(jī)的遙測(cè)參數(shù)和任務(wù)傳感器信息。簡(jiǎn)化了地面控制站的設(shè)備量，使用一個(gè)測(cè)控站可控制多架無人機(jī)；提高了系統(tǒng)互聯(lián)互通的能力，使無人機(jī)實(shí)現(xiàn)多機(jī)多系統(tǒng)的兼容和協(xié)同工作，提高無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的使用效率。主要研究方向包括：

（1） 數(shù)據(jù)傳輸鏈路協(xié)議研究。實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的通用化與互操作首先必須實(shí)現(xiàn)在物理層上,也就是數(shù)據(jù)鏈路的通用性，包括頻段、信號(hào)格式、數(shù)據(jù)格式等測(cè)控通信體制的統(tǒng)一,這是一切互連互通的基礎(chǔ)，美軍于1991年將通用數(shù)據(jù)鏈（Common Data Link，CDL）確定為ISR寬帶數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)，并發(fā)布了《CDL波形規(guī)范》，隨后也得到了北約其它成員國(guó)的認(rèn)可，并以該規(guī)范為基礎(chǔ)，于2002年11月發(fā)布了北約圖像系統(tǒng)互操作數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)STANAG AR 7085 的第1 版，2004 年1 月發(fā)布了該標(biāo)準(zhǔn)的第2版。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈終端間的互操作，使從空中發(fā)送的圖像和管理數(shù)據(jù)能夠根據(jù)需要通過地面/海面指揮、控制和鏈路管理數(shù)據(jù)終端進(jìn)行分發(fā)，必須準(zhǔn)確描述互操作所需的寬帶數(shù)據(jù)鏈的總體要求、系統(tǒng)功能模型、接口及其特性、保密要求、鏈路管理以及通信協(xié)議等通用技術(shù)規(guī)范。提高系統(tǒng)通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化水平。

（2） “一站多機(jī)”高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。除了采用上述高速率數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)以外，如果作用距離較遠(yuǎn),測(cè)控站需要采用增益較高的定向跟蹤天線,在天線波束不能同時(shí)覆蓋多架無人機(jī)時(shí),則要采用多個(gè)天線或多波束天線。在不需要任務(wù)傳感器信息傳輸時(shí),測(cè)控站一般采用全向天線或?qū)挷ㄊ炀€。當(dāng)多架無人機(jī)超出視距范圍以外時(shí),需要采用中繼方式。根據(jù)中繼方式不同,又分為空中中繼一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈和衛(wèi)星中繼一站多機(jī)數(shù)據(jù)鏈。

2.7 超視距中繼傳輸技術(shù)

超視距無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菬o人機(jī)超出地面測(cè)控站的無線電視距范圍時(shí)，通過地面中繼、衛(wèi)星中繼、空中中繼實(shí)現(xiàn)地面站和無人機(jī)的超視距和復(fù)雜地形環(huán)境下通信，大大提高了無人機(jī)的環(huán)境適應(yīng)能力。

研究超視距中繼傳輸技術(shù)可大大提高無人機(jī)的運(yùn)行范圍，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免山區(qū)或城市惡劣地形對(duì)數(shù)據(jù)鏈的影響。

3、艦面測(cè)控站技術(shù)

艦面測(cè)控站主要完成艦載無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃和操縱監(jiān)視等功能，主要包括：（1）飛行和機(jī)載設(shè)備工作指令的實(shí)時(shí)遙控技術(shù)；（2）飛行航跡和參數(shù)的綜合顯示和記錄等；（3）對(duì)無人直升機(jī)進(jìn)行跟蹤定位；（4）偵察信息的實(shí)時(shí)記錄與回傳技術(shù)。

3.1 艦面測(cè)控站總體布置設(shè)計(jì)技術(shù)

艦面測(cè)控站總體布置設(shè)計(jì)技術(shù)是指將無人機(jī)起降、遙控遙測(cè)等所需的艦面設(shè)備進(jìn)行在艦上進(jìn)行總體布置的各項(xiàng)方法、手段和技術(shù)的總稱，其中涉及人機(jī)工學(xué)、設(shè)備電磁兼容、艦船總體設(shè)計(jì)等方面的技術(shù)。

艦面測(cè)控站總體布置設(shè)計(jì)技術(shù)是艦面測(cè)控站總體設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，總體布置設(shè)計(jì)是否合理、布置方案是否優(yōu)化對(duì)艦面測(cè)控站的操作和功能發(fā)揮有直接影響。研究并應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)到實(shí)際艦艇設(shè)計(jì)和加改裝工程中，可保障無人機(jī)順利上艦，并進(jìn)行相應(yīng)的無人機(jī)運(yùn)行和操作。主要技術(shù)研究方向包括：

（1） 艦面控制站中任務(wù)控制設(shè)備、飛行控制設(shè)備的艙內(nèi)人機(jī)工程學(xué)布置。
（2） 數(shù)據(jù)鏈設(shè)備艙外總體布置，包括數(shù)據(jù)鏈天線與其他雷達(dá)、通信、敵我識(shí)別設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)。
（3） 無人機(jī)艦面起降輔助設(shè)備所需的慣性測(cè)量單元、GPS及副數(shù)據(jù)鏈的總體布置，包括位置、遮蔽等方面的考慮。

3.2 艦面指揮控制站互操作與通用化技術(shù)

艦面指揮控制站互操作與通用化技術(shù)的涵義包括：（1）實(shí)現(xiàn)多型無人機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行指派任務(wù)時(shí)協(xié)同行動(dòng)的能力。（2）利用和共享跨領(lǐng)域無人機(jī)系統(tǒng)傳感器的信息來無縫地指揮、控制和通信的能力。（3）能夠接受不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息和功能服務(wù)，并使得他們有效協(xié)作的能力。（4）能夠提供數(shù)據(jù)信息和功能服務(wù)給其他無人機(jī)系統(tǒng)、單位、部隊(duì)的能力。

互操作是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心站的基本使能技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)和協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)地面站互操作與通用化為目標(biāo)，制定統(tǒng)一地面站信息與控制接口標(biāo)準(zhǔn)和人機(jī)界面，使單一的地面控制站可滿足多型無人機(jī)控制需求，并使各型無人機(jī)地面站相互之間信息共享，這也是未來艦面測(cè)控站發(fā)展方向。主要技術(shù)研究方向包括：

（1） 頂層綜合規(guī)劃和統(tǒng)一管理，強(qiáng)調(diào)互操作性標(biāo)準(zhǔn)及情報(bào)、件事和偵察系統(tǒng)的統(tǒng)一化設(shè)計(jì)。
（2） 技術(shù)上設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和開放式結(jié)構(gòu)，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、作戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)、戰(zhàn)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、程序標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、界面標(biāo)準(zhǔn)，并通過模塊化設(shè)計(jì)和開放式結(jié)構(gòu)，進(jìn)行綜合集成和配置。
（3） 研究北約標(biāo)準(zhǔn)――無人機(jī)控制系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)STANAG 4586，STANAG 4586標(biāo)準(zhǔn)采用無人機(jī)控制系統(tǒng)功能體系架構(gòu)，規(guī)定該功能體系架構(gòu)中的數(shù)據(jù)鏈接口、無人機(jī)控制接口和人機(jī)接口的詳細(xì)要求以及設(shè)計(jì)方法等。可以使無人機(jī)地面控制站與不同類型的無人機(jī)平臺(tái)及其載荷，以及與作戰(zhàn)系統(tǒng)之間進(jìn)行通信[3]。
（4） 在應(yīng)用和戰(zhàn)術(shù)上，與其他無人機(jī)、有人機(jī)系統(tǒng)及各戰(zhàn)術(shù)平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)，真正實(shí)現(xiàn)互操作。

4、天線設(shè)計(jì)技術(shù)

天線作為無人機(jī)上艦后測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響無人機(jī)系統(tǒng)的性能發(fā)揮。而艦船平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜設(shè)備繁多空間有限，研究艦面測(cè)控天線綜合集成設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。

國(guó)內(nèi)陸基型無人機(jī)測(cè)控技術(shù)已較成熟，但測(cè)控系統(tǒng)上艦涉及的天線集成技術(shù)薄弱，天線難以滿足艦載條件下的一體化和小型化以及動(dòng)基座下天線自動(dòng)跟蹤精度要求。展望未來測(cè)控天線的發(fā)展趨勢(shì)，將會(huì)向智能蒙皮、大規(guī)模集成、超寬帶、高效率、低RCS等方向發(fā)展；頻段將由微波段向毫米波段，甚至光波段延伸；新興天線必將融合多種技術(shù)，性能將會(huì)得到進(jìn)一步提升。因此，加速研制適應(yīng)這些新概念、新體制的測(cè)控天線必將推進(jìn)測(cè)控通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

4.1 基于綜合射頻體制的無人機(jī)艦面測(cè)控天線設(shè)計(jì)技術(shù)

基于綜合射頻體制的無人機(jī)艦面測(cè)控天線設(shè)計(jì)技術(shù)是將數(shù)據(jù)鏈天線孔徑由載艦的分布式寬帶多功能孔徑取代，采用模塊化、開放式、可重構(gòu)的射頻傳感器系統(tǒng)體系構(gòu)架，并結(jié)合功能控制與資源管理調(diào)度算法、軟件，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳漕l功能。

綜合射頻技術(shù)將“綜合”推進(jìn)到天線及射頻前端，基于共用射頻模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與資源共享、資源管理、資源分配，從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能用盡可熊少的多功能射頻模塊構(gòu)建出一個(gè)兼具任務(wù)規(guī)劃，導(dǎo)航通信識(shí)別，態(tài)勢(shì)感知、目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、攻擊能力的多功能一體化綜合射頻航空電子系統(tǒng)，而且使航空電子系統(tǒng)的成本、重量、功耗、失效率顯著下降。主要技術(shù)研究方向包括：

（1） 資源調(diào)度設(shè)計(jì)，基于時(shí)間、功能的資源分配、重構(gòu)和管理；
（2） 寬帶相控陣多任務(wù)技術(shù)；
（3） 寬帶有源T/R組件技術(shù)；
（4） 寬頻帶天線、微波系統(tǒng)技術(shù)；
（5） 綜合信號(hào)處理技術(shù)；
（6） 高速數(shù)據(jù)傳輸和交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；
（7） 多功能綜合射頻系統(tǒng)管理和控制技術(shù)；

4.2 無穩(wěn)定平臺(tái)裝置的無人機(jī)測(cè)控天線自動(dòng)跟蹤技術(shù)

無穩(wěn)定平臺(tái)裝置的無人機(jī)測(cè)控天線自動(dòng)跟蹤技術(shù)是利用GPS引導(dǎo)方式和無刷伺服電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)定向天線的方位角、俯仰角的伺服控制，并具有一定預(yù)留擴(kuò)展性。避免采用單通道單脈沖跟蹤體制，通過信號(hào)相位關(guān)系來進(jìn)行方位俯仰判斷而引入復(fù)雜伺服系統(tǒng)。

美國(guó)BMS公司已將該技術(shù)應(yīng)用到某無人機(jī)最新的跟蹤天線中。目前國(guó)內(nèi)無人機(jī)測(cè)控定向天線多采用單通道單脈沖跟蹤體制，通過信號(hào)相位關(guān)系來進(jìn)行方位俯仰判斷，需要一套復(fù)雜的天線伺服反饋系統(tǒng)，成本很高，維護(hù)檢修技術(shù)要求較高。此外，在實(shí)際使用中，很容易受到干擾而導(dǎo)致天線亂轉(zhuǎn)。主要技術(shù)研究方向包括：

（1） 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，將飛行中的無人機(jī)GPS位置與艦面控制站中的數(shù)據(jù)鏈GPS位置、系統(tǒng)傳輸延遲等因素，解算求得天線的方位和俯仰角。
（2） 伺服電機(jī)控制，既保證轉(zhuǎn)動(dòng)力矩平穩(wěn)，又要轉(zhuǎn)動(dòng)角度準(zhǔn)確。
（3） 再次跟蹤技術(shù)，針對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈天線丟失無人機(jī)后的再次捕獲技術(shù)。

4.3 輕型集成一體化天線設(shè)計(jì)技術(shù)

輕型集成天線技術(shù)是將多種天線集成化、輕型化、一體化、平面化，將天線嵌入、集成成艦艇上層建筑中的技術(shù)，它綜合運(yùn)用平面陣天線、聯(lián)合孔徑、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成等技術(shù)，通過系統(tǒng)工程的辦法，使艦艇的天線設(shè)計(jì)與隱身設(shè)計(jì)有機(jī)地集合起來。主要優(yōu)勢(shì)在于：（1）天線小型化，可減小天線體積、尺寸，適宜艦艇安裝。（2）多制式天線的應(yīng)用將節(jié)省成本和天面資源，靈活滿足要求。（3）新材料的應(yīng)用，即可滿足天線的基本功能，又能在隱身、電磁兼容方面有所提高。

國(guó)外天線設(shè)計(jì)已從單一功能向綜合化、分體設(shè)計(jì)向模塊化集成設(shè)計(jì)、電磁無源材料向有源電控材料、大尺寸向小型化變化，且無論從功能、設(shè)計(jì)、部署都朝智能化發(fā)展。主要技術(shù)研究方向包括：

（1） 天線體積小型化。天線小型化是在保證天線性能基本不變的條件下，減小天線的體積。
（2） 多種制式網(wǎng)絡(luò)共天饋應(yīng)用。未來多種制式共用一面超寬帶天線，不僅天線工作頻段覆蓋多個(gè)制式，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的不同要求實(shí)現(xiàn)每一個(gè)制式的獨(dú)立調(diào)節(jié)。
（3） 天線功能模式向智能化功能方向發(fā)展。未來天線實(shí)現(xiàn)智能化的波束賦形、波束指向控制、波束分裂和遠(yuǎn)程控制，靈活滿足戰(zhàn)場(chǎng)的應(yīng)用需求。通過天線的智能化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間互操作和資源的優(yōu)化利用，最終實(shí)現(xiàn)智能化的操作方式。
（4） 天線與射頻模塊連接由分離式向集中式發(fā)展。未來集中式的設(shè)備代替分離式的設(shè)備，光纖代替電纜，天線與主設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化和一體化并充分結(jié)合，實(shí)現(xiàn)天線、頻譜資源的節(jié)約和靈活的部署方式，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)扁平化的發(fā)展趨勢(shì)。
（5） 新型材料的研發(fā)與運(yùn)用。

4.4 機(jī)載共形相控陣天線技術(shù)

機(jī)載共形天線(陣)是將天線從飛機(jī)內(nèi)笨重的設(shè)備轉(zhuǎn)型成為大型但輕薄的陣列，從而成為長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)機(jī)翼的一部分甚至是飛機(jī)蒙皮的一部分，使天線與載體飛機(jī)共形,而不破壞飛機(jī)的機(jī)械性能和氣動(dòng)性能。

將共形陣列附著在飛機(jī)的外層有幾大好處。首先擴(kuò)大了用于感知探測(cè)的平臺(tái)范圍，任何飛機(jī)都容易被改裝用于情報(bào)搜集。機(jī)翼、機(jī)門或機(jī)身都可以成為天線；另外，采用共形天線后，陣列孔徑更大，這意味著探測(cè)性能會(huì)更好。而且，采用共形天線可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行降低雷達(dá)特征的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)可以節(jié)省空間，減少飛機(jī)的氣動(dòng)阻力，最大限度地減少天線對(duì)飛行器氣動(dòng)力學(xué)的影響，相應(yīng)地提高了飛機(jī)的飛行時(shí)間。

在共形天線領(lǐng)域，國(guó)際上存在著激烈的競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)國(guó)防部認(rèn)為，未來十年需要研制的是高端無人作戰(zhàn)飛機(jī)以及無人偵察飛機(jī)。共形的多孔徑傳感器，也被稱作智能蒙皮，將是這些工作中的重點(diǎn)。近期共形天線的應(yīng)用是用于無人機(jī)“全球鷹”無人偵察飛機(jī)、“捕食者”A/B無人機(jī)以及A160無人直升機(jī)等。目前存在的需求是制造能夠作為飛機(jī)蒙皮、耗電非常少的輕型天線陣列。將共形陣列用于無人作戰(zhàn)飛機(jī)上，小型、隱身、導(dǎo)彈大小的無人作戰(zhàn)飛機(jī)可以很好地結(jié)合共形天線的優(yōu)勢(shì)，將整個(gè)無人機(jī)平臺(tái)的外表層都作為孔徑，進(jìn)行通信、成像、干擾并向敵方電子設(shè)備發(fā)射高功率脈沖以發(fā)揮武器的作用。

5、結(jié)論

無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是無人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，從艦載無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)、艦面測(cè)控站技術(shù)和天線設(shè)計(jì)技術(shù)三個(gè)方面，介紹了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的基本概念、作用意義以及重點(diǎn)研究方向。對(duì)艦載無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究有重要意義。