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基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术研究1摘要：针对目前遥测频率资源紧张与飞行试验需求不断增长之间的矛盾，对C波段无线网技术进行研究。在比较IRIG106遥测标准和iNET遥测网络标准的各自特点的基础上，根据iNET遥测网络标准，提出基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案，实现C波段双向传输功能。通过增加C波段网络收/发器、LNA和功放等关键设备，实现C波段网络数据的双向传输，极大地提高了遥测数据传输速率，缓解了遥测频率资源紧张的现状。关键词：C波段无线网；模拟飞行；遥测传输ResearchontheflightsimulationvideotelemetrytransmissiontechnologybasedonC-bandwirelessnetworkAbstract:Inviewofthecontradictionbetweenthecurrentfrequencyresourceandtheincreasingdemandofflighttest,theresearchofCbandwirelessnetworktechnologyiscarriedout.OnthebasisofcomparingthecharacteristicsofIRIG106telemetrystandardandiNETstandard,theschemeofCbasedremotewirelessnetworkisproposed,whichisbasedoniNETwirelessnetwork.ByincreasingthekeydevicessuchasCbandnetwork,LNAandpoweramplifier,theCbandnetworkdatatransmissionisrealized,whichgreatlyimprovesthetelemetrydatatransmissionrate,andalleviatesthecurrentsituationoftheremotesensingfrequencyresource.KeyWords:C⁃bandwirelessnetwork；lightsimulation；telemetrydatatransmission0引言如今，无论是国外还是国内，遥测在航空、航天以及军工等领域都发挥着重要的作业，它是获取试验数据、保证试验顺利进行、确保试验安全的重要手段之一。而遥测标准则是遥测设备设计和改进的准则，相同遥测标准的应用实施，可以起到保证不同试验设备的兼容，做到遥测频谱资源的有效利用，并且可以避免干扰。试验模拟飞行的机载测试视频传输技术，一直是国内外航空飞行试验领域研究的关键技术之一。在过去的几十年来，国内外飞行试验一直采用美国IRIG106遥测标准，利用S或L波段无线网进行PCM（PulseCodeModulation）格式数据的遥测传输。经过多年的实践发现，IRIG106遥测标准技术太过复杂，导致试验的设备价格昂贵，而且传输速率还很有限，十分的不经济，已不能满足日益增长的试验模拟飞行机载测试视频的传输要求。最近几年，随着无线通信技术的飞速发展，模拟飞行试验遥测传输网络化趋势愈发明显，“增强遥测综合网”（iNET：IntegratedNetworkEnhancedTelemetry）概念的提出，明确了这一趋势，本文依据iNET概念及标注开展了相关研究。1两个遥测标准的对比1.1IRIG106遥测标准成立于1951年8月的靶场遥测仪器组（IRIG）是美国靶场司令官联席会议（RCC）的下属机构，其为了促进RCC管辖的各试验靶场的发射设备、接收设备及遥测数据处理设备的相互兼容，特制订了IRIG106遥测标准。在2001年，IRIG把IRIG106遥测标准分成部分I和部分Ⅱ，其中部分I为传统的遥测标准，包含了许多熟悉的信息和已发展多年的遥测标准，而部分Ⅱ则为遥测网络，目标是结合当前遥测技术的发展和遥测模式的变革，致力于制订遥测网络领域的标准。到了2004年，IRIG106标准中新增了两种数字调制方式，一是SOQPSK调制方式，即异型偏移四相相移键控调制方式，它是在OQPSK的基础之上进一步升级，使其具有了收稿日期：2015-09-30基金项目：特别出色的频谱效率和恒包络特性，无论在军用还是民用领域都发挥巨大的作用，在美军标中是被广泛采用的一种高效率恒包络调制方式，在民用无线通信中，由于它具有良好的频谱效率，带宽是传输位速率的0.78倍，也得到了广泛的应用；二是CPM调制方式，目前该技术还在在发展中，该调制方式有更好的频谱效率，带宽为传输位速率的0．56倍。1.2iNET遥测网络标准2004年10月，iNET（integratednetworkenhancedtelemetry）项目开发计划在美国启动，该项目的目标十分明确，就是要将现在的各类试验和评估范围内的遥测系统进行升级换代，使其具有基本的网络结构，为此制定出一种可行的技术标准。随着时间的推移，iNET项目不断取得新成果。2009年12月发布iNET标准的航空推荐或试用版，即V0.5版，这一版本的iNET标准包括了测试标准、RF网络单元标准、系统管理标准和元数据标准。这个项目不断发展，开始有越来越多的方面参与，其中包括了设备的用户以及供应商，符合本项目标准的遥测设备也开始井喷式出现，大有超过前标准的趋势。随着试验环境的逐步以及现代航空模拟飞行试验规模不断扩大，对遥测的标准要求越来越高，比如要在多个并发试验活动中，基于动态遥测资源需求，实现动态频谱资源共享；要做到服务质量的规范管理，确保优先级和传输的公平合理；要及时整合测试系统，进而压缩周期，提高试验效率；要灵活的进行试验管理；要提高遥测范围，对超远距离的各个区域和试验场的试验对象进行访问；要提高遥测通信能力，包括多试验对象之间的通信等等这些需求，加快了iNET遥测网络系统的体系结构建设。1.3比较IRIG106遥测标准是一个优秀的、成功的标准。它的传输方式是单向、串行、点到点的遥测传输，其显著技术特点是传输可靠、实时性好。IRIG106遥测标准从提出到成熟，经历了多次的修改、不断地补充，在这一系列的完善措施下，使其在不同的时期都能适应满足不同飞行的试验需求。然而，随着科学技术的发展，飞行试验模式和遥测需求发生翻天覆地的变化，IRIG106遥测标准的问题开始慢慢凸显出来，这些问题中比较突出的问题主要有单向性、以及不能有效利用频谱资源等，这些问题限制了这一标准的进一步发展。同时，IRIG106遥测标准的体系结构不灵活，也阻碍了使用如今成熟的技术和标准来降低成本的发展道路，使得该标准更加不能应对技术的发展和装备采购置办程序的改变。而iNET遥测网络标准则是在传统PCM遥测链路外增加上下行的双向无线网络链路，使遥测系统既有串行PCM下行功能，也具有遥测数据上下行功能，而且遥测传输基于宽带、双向RF网络，是一种可动态组网、具有实时和准实时遥测传输能力、数据错误恢复能力和动态频谱资源管理能力的遥测网络系统，可以实现飞行试验遥测系统的网络化和空地一体化。表1IRIG106和iNET遥测网络标准的主要技术属性对比技术属性IRIG106遥测标准iNET遥测网络标准传输方式点到点、单向（机载到地面）上、下行双向，网络方式遥测波段L、SL、S、C、X、Ku等均可传输速率当前≤20Mb/s当前：下行20Mb/s，上行2Mb/s未来：下行1GMb/s，上行100Mb/s传输距离本场300km本场300km，可与各试验场联网数据格式PCM帧结构网络数据包调制方式FM、SOQPSK、CPMSOQPSK、OFDM等实时性时延≤100ms时延≥200ms准实时性不支持准实时传输支持准实时传输（准实时卸载）组网特性不支持TDMA组网方式、具有1588时间同步、支持多个试验对象（TA）组网频谱管理频点、带宽事先设置，试验中不能改变频点、带宽动态可变，支持频谱资源动态管理2C波段无线网的遥测传输iNET标准在传统PCM遥测链路外增加上下行的双向无线网络链路，使遥测系统既有串行PCM下行功能，也具有遥测数据上下行功能，实现飞行试验遥测系统的网络化和空地一体化。本研究中通过增加C波段网络收/发器、LNA和功放等关键设备，实现C波段网络数据的双向传输，地面站C波段无线网络数据传输原理框图如图1所示。C波段天线振子功放LNAC波段网络收/发器地面管理设备地面数据处理设备网络管理数据射频信号射频信号发射接收射频信号射频信号遥测数据图1C波段无线网络数据传输原理框图LNA模块安装在接近馈源端口位置，减小馈源输出和功放接口间的馈缆损耗能直接降低系统的噪声系数。如果馈缆损耗由1dB降低至0.5dB，那么整个系统的噪声系数就变好0.5dB，即最小接收灵敏度提高了0.5dB，也相当于间接增大信号的覆盖范围。LNA盒安装在馈源盒顶部，并通过低损射频馈缆与C波段馈源联接，最大限度缩短该射频馈缆长度，能够提高系统灵敏度。将无线网络收发器和功放安装在天线底座内，高速数据汇流环的上方，通过高速数据汇流环实现高速网络数据的通信，可以减少电缆传输的损耗，提高宽带双向链路的灵敏度。3技术实现方案基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案由机载和地面两部分组成。（1）机载部分由数据、图像采集器、C波段无线网网桥和功放、天线等组成，其中数据、图像采集器是具有网络输出功能的；（2）地面部分由定向天线、无线网网桥、数据处理服务器和各个工作站等设备组成。技术实现方案框图如图2所示。数据采集器图像采集器C波段无线网网桥功放数据1数据2图像1图像2工作站1工作站2工作站3无线网网桥数据处理服务器图2基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案的设计理念是在PCM遥测系统的基础上，引入成熟的商用网络技术，使模拟飞行视频遥测传输系统向网络化发展，极大地提高遥测传输带宽。单向无线网数据传输的带宽为5M，范围为方圆200公里，可以达到模拟飞行视频遥测传输的需求，而双向无线网可以更进一步，可以让试验机和地面站实现远距离、双向通信，使得模拟飞行从单一实验试慢慢发展为天空和地面协同一体上午模式。基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案在传统PCM的基础上增加上下行的双向无线网络链路，使得该模拟飞行视频遥测传输系统既有串行功能，也具有遥铡视频上、下传输的功能。图2所示的基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案其实就是一个计算机网络系统，与通常的无线网系统都是简单的点对点传输系统。但是，它与通常的无线网也存在很大的不同，其中主要有三点：一是修正了协议，基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案对无线网桥和UDP协议进行了修改；二是增加了一个功放，仔细观察基于C波段无线网的模拟飞行视频遥测传输技术方案可以发现，在机载C波段无线网网桥后加了一个功率放大器，发射天线采用了C波段机载遥测发射天线，地面接收部分也采用了C波段无线网高增益定向天线，可保证传输距离；三是工作频段使用C波段无线网。从遥测系统的角度来看，图l所示方案与IRIG106遥测传输系统相比，最大的不同点在于：数据放弃使用PCM格式，因此数据和图像采集器不需要PCM编码输出，地面接收和地面站不需要价格昂贵的PCM前端设备，模拟飞行视频遥测数据格式符合网络标准，使用通用的计算机网络和一些专用数据处理软件，就能实现模拟飞行视频数据和多路视频图像的远距离传输和处理。4关键技术要实现试验机高速飞行时与地面站的无线网数据传输，必须解决以下关键技术：一是带宽问题。双向无线网设备可以考虑使用扩频通信技术，采用直序扩频调制技术，将频带划分成若干通信信道，每个信道带宽为22MHz。进行硬件优化瘦身，除去现有产品中适应多种无线网协议的功能，优化射频模块的选频功能，使有限的硬件资源充分应用到协议上。同时加强软件控制功能，如同络数据包长度控制、信标帧间隔控制等。二是天线跟踪问题。双向无线网工作频段选择C波段，与IRIG106遥测标准的S波段可以兼