無人飛行器(Unmanned Aerial Vehicle，uav)可分為無人機(jī)、導(dǎo)彈和靶標(biāo)三大類。其中無人機(jī)已被廣泛應(yīng)用于諸如偵察、監(jiān)視、誘餌、電子戰(zhàn)、通信中繼、農(nóng)業(yè)勘測、氣象、交通、科學(xué)研究、民用導(dǎo)航、環(huán)境保護(hù)、自然災(zāi)害的監(jiān)視與救援等領(lǐng)域。與有人駕駛的飛機(jī)相比，無人機(jī)機(jī)動(dòng)性能好，過載能力強(qiáng)，不存在飛行員傷亡；與偵察衛(wèi)星相比，無人機(jī)飛行高度低，活動(dòng)范圍可控，部署方便，造價(jià)低廉。目前，世界各國都在積極研制各種新型無人機(jī)。
新型無人機(jī)對(duì)通信設(shè)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(jī)通信設(shè)備的研制提出了新的課題。根據(jù)研究表明，數(shù)字微波通信和衛(wèi)星通信可以滿足無人機(jī)與地面之間遠(yuǎn)程綜合信息傳輸?shù)男枨蟆?/p>
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(dǎo)發(fā)起的衛(wèi)星移動(dòng)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(shí)延和處理時(shí)延小于300 ms，因此，用戶感覺不到時(shí)延。整個(gè)系統(tǒng)的覆蓋區(qū)為南北緯70°以內(nèi)的地區(qū)。各個(gè)服務(wù)區(qū)總是被2～4顆衛(wèi)星覆蓋，用戶可隨時(shí)接人該系統(tǒng)。話音傳輸速率有 2．4／4．8／9．6 Kb／s三種，數(shù)據(jù)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(dá)300 m。
地面段包括全球星控制中心和網(wǎng)絡(luò)關(guān)口站(簡稱：網(wǎng)關(guān))。每個(gè)網(wǎng)關(guān)可同時(shí)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(shù)據(jù)流信號(hào)組合在一起，以提供無縫隙的覆蓋。每一個(gè)用戶終端可通過一顆或幾顆衛(wèi)星和網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與全球任何地區(qū)的通信。在我國境內(nèi)設(shè)有一個(gè)網(wǎng)關(guān)。
用戶段指的是使用全球星系統(tǒng)業(yè)務(wù)的用戶終端設(shè)備。用戶終端設(shè)備包括手持式、車載式和固定式。用戶終端可提供話音、數(shù)據(jù)、短信息等業(yè)務(wù)。用戶終端在頭頂有一顆衛(wèi)星覆蓋時(shí)就可以使用，而一般在用戶的視線范圍內(nèi)都是有2～4顆衛(wèi)星。用戶終端可同時(shí)和3顆衛(wèi)星進(jìn)行通信，并且通過使用分離多徑接收器可以把這些信號(hào)合成一個(gè)單一的、沒有天電干擾的信號(hào)。用戶終端還可以按需要改變功率電平來補(bǔ)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(jìn)、移出用戶終端的視線范圍，也不斷無縫隙地淡進(jìn)和淡出呼叫過程，這種軟切換減少了呼叫受干擾的風(fēng)險(xiǎn)。以上這些先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)使全球星系統(tǒng)能夠在各種地形環(huán)境中提供業(yè)務(wù)，使信號(hào)受到建筑、地形和其他自然景物遮擋的可能性更小。
針對(duì)無人機(jī)的特點(diǎn)，利用全球星的獨(dú)特通信功能，可以設(shè)計(jì)一個(gè)基于全球星的無人機(jī)數(shù)字通信系統(tǒng)，用以解決新型無人機(jī)遠(yuǎn)程綜合信息通信問題。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)由機(jī)載通信設(shè)備、地面通信設(shè)備、地面監(jiān)控設(shè)備、全球星衛(wèi)星、網(wǎng)關(guān)等組成，如圖1所示。
2．1 全球星系統(tǒng)
全球星衛(wèi)星和網(wǎng)關(guān)作為本系統(tǒng)的衛(wèi)星通信鏈路，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)各種通信信息。[page]
2．2 機(jī)載通信設(shè)備
機(jī)載通信設(shè)備安裝于無人機(jī)上。機(jī)載設(shè)備將需要傳輸?shù)臄?shù)字信息(語音、圖像、數(shù)據(jù)流、控制命令等)通過USB口或RS 422口傳送給機(jī)載通信設(shè)備，機(jī)載通信設(shè)備將信息打包發(fā)送至全球星衛(wèi)星，由全球星衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到地面通信設(shè)備。
機(jī)載通信設(shè)備主要由ARM與GSPl620等部件組成，如圖2所示。
GSPl620為全球星數(shù)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
機(jī)載數(shù)傳設(shè)備的工作流程如下：
ARM啟動(dòng)后，通過RS 232口發(fā)送AT命令對(duì)GSPl620進(jìn)行初始化和撥號(hào)連接，同時(shí)監(jiān)測RS 422口或USB口，實(shí)時(shí)獲取并存儲(chǔ)機(jī)載設(shè)備發(fā)送的通信數(shù)據(jù)，如果GSP1620撥號(hào)連接成功，則將通信數(shù)據(jù)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(shè)備。GSPl 620也負(fù)責(zé)接收地面通信設(shè)備發(fā)送的控制指令(例如：飛機(jī)爬升、俯沖、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)給機(jī)載設(shè)備。
2．3 地面通信設(shè)備
地面通信設(shè)備與機(jī)載通信設(shè)備軟硬件通用，只是在使用前初始化時(shí)將設(shè)備定義為地面通信設(shè)備或機(jī)載通信設(shè)備。地面通信設(shè)備安裝在地面監(jiān)控站內(nèi)，與地面監(jiān)控設(shè)備通過，RS 422口或USB口連接。地面通信設(shè)備將接收到的全球星衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字信息(語音、圖像、數(shù)據(jù)流、控制命令等)通過USB口或RS 422口傳送給地面監(jiān)控設(shè)備，同時(shí)也可將地面監(jiān)控設(shè)備的控制命令傳送給機(jī)載通信設(shè)備。
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