[发明专利]用于无人机多机载设备同频加密数字化通信传输控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机信号传输与控制技术，具体地说，尤其涉及一种无人机上多个机载设备的数据信号、控制信号、视频信号通过同一频点进行双向加密数字化空地无线传输的系统。

背景技术

现有无人机空地无线传输的信号主要包括：图传信号、飞行控制信号、数据传输信号。其中飞行控制系统普遍使用2.4G、图传系统普遍使用5.8G、数传系统普遍使用433MHz/868Mhz/915MHz等频段，普遍存在公用开放频点干扰严重、非法使用管制/专用频段、非法使用大功率设备、模拟信号传输质量差、数据传输未加密等情况。

2.4G作为开放wifi频段普遍应用于区域无线接入和城市热点覆盖(电信、移动、联通的城市热点)。目前2.4G无线AP大量普及，2.4G频段干扰问题日益突出。如图1所示，在城区某区域测试2.4G信号频谱图，在该测试点中共发现18个2.4G信号源，其中一个位于6频道的信号接收强度达到-45dBm，说明测试点附近极有可能存在一个非法大功率无线AP信号源，这个信号源相对其他同频信号来说是一个严重的干扰源。

433MHz属于ISM无许可频段430.050～434.790MHz，该频段属于业余无线电频带，多用于无绳电话、无线遥控器、无线对讲机、汽车无线遥控锁等装置，该频段中由于应用繁多且发射功率大小不一，设备间相互干扰程度不言而喻，与2.4G频段的干扰相比过之而无不及。

868MHz根据2008年国家工业和信息化部无线电管理局44号文《关于增加800MHz频段微功率(短距离)无线电应用工作频率的通知》规定，明确868-868.6MHz为微功耗(短距离)工作频率，发射功率限值：5mW。而目前市面销售的868MHz无人机数据传输设备发射功率普遍在100mW以上，甚至更有大功率设备销售，其非法发射功率超过国家明文规定20倍还甚，不但违法，还直接干扰其他合法设备使用。

915MHz属于中国联通GSM900无线通信网络上行频段909—915MHz内，非法在该频点进行无人机数据传输其违法性及严重后果不再累述。

飞行控制信号对于无人机来说至关重要，如果无人机正好飞越某非法大功率信号源覆盖区域，极有可能受到同频干扰而导致空地通信故障，致使无人机无法正常接收地面站飞行指令，同样，如地面站周围存在某非法大功率信号源，也不能稳定可靠接收无人机飞行数据，例如至关重要的电池电量、飞行方位等关键数据，对于飞行安全将是极大隐患，两者后果均不堪设想。

同时由于2.4G、5.8G波长分别为12.5cm和5.1cm，波长较短绕射能力差，要实现复杂环境长距离空地传输，机载端与地面端均需要大功率发射，但大功率发射直接导致电力供应和散热问题。

对地面端而言上述问题易于解决，但对机载端而言则困难重重。机载端可增加电池以提供必要的发射机电力供应，但同时也增加无人机重量缩短本就屈指可数的飞行时间，如仍使用原机电力系统，必将大幅缩减无人机飞行时间，得不偿失。

为克服大功率发射产生的热量，避免发射机过热导致工作效率下降，可增加散热器面积，但大面积散热器导致重量增加。也可增加外置风扇，且不论风扇耗电功率及散热效果，就风扇本身运行产生的严重电磁辐射对机载罗盘及其他机载设备的干扰就让该解决方案备受质疑。

另，增加发射功率也必须符合相关功率限制，2.4G最大发射功率根据2002年信息产业部无线电管理局353号文《关于调整2.4GHz频段发射功率限制及有关问题的通知》规定，最大发射功率500mW。

因此在2.4G、5.8G等频率上以大功率发射实现远距离传输除面临无人机电力供应、发射机散热等技术障碍，还需也面临违法违规的政策风险。

关于无人机图传普遍采用模拟信号问题。首先由于模拟信号不易解决信号空间多径传输与弥散问题及城市开放空间电磁噪声干扰问题，导致在城区或复杂地形山区飞行时接收端容易出现图像重影、网纹及雪花，其次由于无人机飞行方向及高度变化导致发射角度变化，地面需根据无人机航向也随时调整接收天线角度，否则很容易出现信号丢失而黑屏。同时模拟信号仅能传输标清信号，原始信源分辨率低，加之无线传输过程中信号自身衰减与环境影响，致使最终呈现图像模糊、清晰度低，加之重影、网纹或雪花，整体图像质量极差，完全不适应地面观测指挥。

最后，现有无人机通信系统均未加密，采取简单手段即可截获或干扰，轻者致使地面控制站无法正常与无人机通信，重者丧失对无人机飞行控制权，后果极其严重。