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无人机数据链时延测试方法
摘 要：通过对无人机数据链各项指标的研究,本文首先提出了一种可以在飞行试验中进行数据链时延指标的测试方法.针对系统架构,提出了一种可以应用于飞行试验的PCM架构数据链时延测试系统,并对系统的数据获取方法、数据格式及事后数据处理方法进行了研究.为后续数据链其他指标的试飞测试研究打下基础.
关键词：无人机；数据链；时延；试飞测
一、概述
无人机数据链是无人机系统的重要组成部分,是飞行器与地面系统联系的桥梁.与有人机平台不同,无人机没有人的操控,其动作与通信都需要借助于数据链来完成,因此数据链时延就成为制约无人机性能的一大因素,它关系到整个无人机的安全可靠性能,如何直接的测量数据链时延就成为一项重要的研究课题.本文就是针对在飞行试验环境下进行无人机数据链时延测试技术的探索研究,为今后进行更多数据链性能指标的试飞测试打下基础.
二、无人机数据链时延
无人机数据链系统通常就是无人机测控系统.按数据传输内容的不同可分为控制链路和遥测链路.控制链路主要完成地面站至无人机的遥控指令的发送和接收；遥测链路主要完成无人机至地面终端的遥测大量数据传输.数据链性能直接影响到无人机性能的优劣.
通常评价无线链路的性能有时延,信道误码率及丢包率等性能指标,其中时延对无人机通信、控制甚至操纵性有非常大的影响.无人机数据链时延产生的因素主要有两个方面：物理链路时延,数据处理时延.物理链路时延是由电磁信号在空间的传输产生；数据处理时延是由于无线终端以及各种机载设备产生的数据处理时延.本文所指时延包括物理链路时延及终端机处理时延这两个方面.
三、无人机数据链试飞测试方法研究
3.1 系统搭建.根据测试需求,设计了无人机数据时延测试系统,数据采集基于PCM 架构,数据记录遵循IRIG106遥测标准.如图3.1 所示,该系统分为两个分系统：地面控制站子系统和机载子系统.地面控制站子系统主要功能是监听电台传输给主交换机的网络包,采集事先选取好的标志字,并通过GPS 授时为标志字打上高精度时标,将所有标志字按照预先规定好的PCM 帧格式输出,再通过记录器进行数据存储.机载子系统也完成同样的功能.
3.2 数据获取方法.根据设计,为尽可能的减小由于试飞测试系统采集过程时间误差的影响,减小时候处理时计算时延的误差,该系统的两个分系统数据采集必须拥有完全相同的PCM 帧格式.每个标志字参数在地面子系统（FLAG1_G 参数）和机载子系统（FLAG1_A 参数）帧格式中必须处于同一个位置,如表3-1 所示.PCM 数据帧由若干（n）子帧构成,每个子帧由帧头开始,长度一致,时间参数及标志参数子帧采样率为Ff等于1,主帧采样率Fm,则参数采样率Fp为:Fp等于Fm×Ff×n.
可以作为时延计算参考的标志字所在消息数据可以分为两种：一种是测控飞机的面向连接的消息数据,一种是遥测数据的面向无连接的消息数据.
3.3 事后数据处理.机载子系统及地面子系统所采集到的数据经由相同的记录器记录,包含时间信息,PCM 数据块以及其他维护信息.由于设计时两个子系统数据采集放置格式完全相同,那么这两块数据便可以直接相比较.数据格式中,每个子帧开始三个数据字为时间,故每个参数的时间都可以相对确定.那么两个系统数据中对应标志字的时间之差可以看作是数据链时延的一个采样值,同理对其他标志位参数做相同运算也可以得到若干采样值,运用数学模型理论对系统时延进行评估研究,减小因采集和网络传输带来的随机误差.
四、总结
本文主要对飞行试验中无人机数据链时延测试方法进行研究,提出了一种可以在飞行试验中进行时延测试的系统架构,并对其数据获取方法及事后数据处理方法做了一定研究.
为今后进行更多数据链性能指标的试飞测试打下基础.H
参考文献
[1] 王琛, 周洲. 基于Markov 的察打无人机数据链时延建模与补偿研究时延建模与补偿研究[J]. 飞行力学,2012,30(2).
[2] 冯卫永, 张洪, 陈永华. 基于指控系统的数据链战术能力测试研究[J]. 舰船电子工程,2011,31(12).
（作者单位：中国飞行试验研究院）
无人机论文范文结:
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