高性能无人机机载数据终端的设计

论文摘要

无人机机载数据终端ADT(Aerial Data Terminal),是无人机完成对外数据交换的桥梁。它承担向飞行控制系统和任务载荷系统转发地面控制站控制指令的任务,同时承担向地面站转发传感器数据的任务,完成空地之间所有的数据交换。机载数据终端的可靠性、稳定性、隐蔽性和小型化程度均是考核无人机生存能力的重要参数。随着无人机的应用逐渐推广:民用森林防护、天气监视、大地测量;警用灾情侦测、人员救援,区域巡逻;军用侦察跟踪、攻击战斗。高性能ADT(机载数据终端)的需求越来越大,主要体现在作用距离、误码性能和指令延迟等方面的要求不断提高。但是受限于飞机平台的体积和功耗,实现上难度较大,因此ADT技术一直都是国内无人机发展的主要瓶颈。本文介绍了无人机ADT的发展历程和无人机ADT的主要工作原理,论证了高性能ADT的工作参数,并介绍了主要硬件、软件设计方案,讨论方案的可行性和可实现性,最后给出根据方案设计的ADT设备研制结果和测试结果。在本项目研制中,针对当前需求量最大的中近程无人机ADT设备,从无人机工作流程出发,详细分析了在不同阶段ADT承担的任务内容和工作特点,由此确定高性能ADT的调制体制、干扰体制和频段等工作参数,设计传输帧结构。对所有工作参数进行计算,论证其可实现性。在硬件实现部分,详细介绍了组成ADT的各部件工作原理和实现方法,以及相互接口逻辑。在软件实现部分着重介绍了作为ADT中央处理器的信号处理模块内部工作逻辑。在本项目研制中,本人负责无人机ADT设备的方案论证、性能指标分析和测试验证,实现硬件设计。经过总共两年多的设计和研究,现已通过专家鉴定,取得了良好成效,整个项目研制达到了研制要求和预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无人机 ADT 设备发展概况及现状
• 1.1.1 无人机 ADT 概述
• 1.1.2 无人机 ADT 的发展和现状
• 1.2 高性能无人机 ADT 设备需求
• 1.3 本课题的研究内容
• 第二章 无人机ADT工作机理和特点
• 第三章 高性能无人机ADT参数设计
• 3.1 无人机传输的数据特点分析
• 3.1.1 无人机任务流程
• 3.1.2 无人机下行数据特点
• 3.1.3 无人机上行数据特点
• 3.2 无人机工作信道分析
• 3.3 高性能 ADT 参数选择
• 3.3.1 调制体制
• 3.3.2 抗干扰体制
• 3.3.3 工作频段
• 3.3.4 图像编解码标准
• 3.4 高性能 ADT 主要参数计算
• 3.4.1 作用距离
• 3.4.2 上行误码率
• 3.4.3 DS 体制链路建立时间
• 3.4.4 传输帧
• 3.5 高性能 ADT 工作参数确定
• 第四章 高性能无人机ADT硬件设计
• 4.1 硬件组成和模块划分
• 4.2 ADT 工作流程
• 4.3 天线实现方案
• 4.4 信道实现方案
• 4.5 处理终端实现方案
• 4.5.1 接收信道模块
• 4.5.2 发射信道模块
• 4.5.3 信号处理模块
• 4.5.4 电源模块
• 4.5.5 时钟模块
• 4.5.6 图像编码模块
• 第五章 高性能ADT的FPGA设计
• 5.1 ADT 软件基本流程和架构
• 5.2 上行中频信号解调部分原理和实现
• 5.2.1 Costas 环同步
• 5.2.2 位同步环
• 5.2.3 帧同步
• 5.3 下行中频信号调制部分原理和实现
• 5.4 对外接口实现
• 5.4.1 RS232 和 RS422 接口
• 5.4.2 PWM 接口
• 第六章结论和展望
• 6.1 成果和总结
• 6.1.1 实物成果
• 6.1.2 测试数据
• 6.1.3 测试结论
• 6.2 发展前景和展望
• 致谢
• 参考文献