丁文銳，黃文乾

（1.北京航空航天大學(xué) 無人系統(tǒng)研究院，北京 100191；2.北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100191）

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)發(fā)展綜述

丁文銳1，2，黃文乾2

（1.北京航空航天大學(xué) 無人系統(tǒng)研究院，北京 100191；2.北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100191）

在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展歷程中，各類無人機(jī)平臺(tái)的數(shù)據(jù)鏈類型各異，但都隨著通信技術(shù)的發(fā)展而不斷演進(jìn)。目前，無人機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈面臨著頻譜資源短缺、頻譜環(huán)境復(fù)雜、受環(huán)境干擾和人為干擾嚴(yán)重等諸多挑戰(zhàn)，從而對(duì)其在復(fù)雜環(huán)境下的安全性、可靠性和適應(yīng)性提出了更高的要求。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，擴(kuò)頻、跳頻、MIMO等能夠提高系統(tǒng)容量和有效性的相關(guān)抗干擾技術(shù)，以及基于協(xié)作和認(rèn)知無線電的多種智能抗干擾技術(shù)被廣泛研究并逐步應(yīng)用于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈。本文綜述內(nèi)容包括三方面：主要以美國為代表的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈發(fā)展歷程，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾面臨的挑戰(zhàn)以及無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈；抗干擾技術(shù)；協(xié)作通信；認(rèn)知無線電

導(dǎo)讀：無人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)一直在軍事、國防等領(lǐng)域擁有重要地位。近年來，隨著商用無人機(jī)的蓬勃發(fā)展，無人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用前景日趨廣闊。作為現(xiàn)代飛行控制、信息傳輸?shù)燃夹g(shù)的基礎(chǔ)，電子技術(shù)在無人機(jī)的發(fā)展中具有舉足輕重的意義。為了促進(jìn)無人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)交流，推動(dòng)我國無人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域電子技術(shù)的發(fā)展，本刊開展了“無人機(jī)系統(tǒng)電子技術(shù)”主題專欄征文活動(dòng)。特聘請(qǐng)北京航空航天大學(xué)向錦武教授為專欄特約主編。從收到的近百篇稿件中遴選出優(yōu)秀稿件10余篇，于第9期及第10期刊出。論文內(nèi)容涵蓋了無人機(jī)領(lǐng)域相關(guān)的多方面內(nèi)容，包括無人機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)、無人機(jī)通信、目標(biāo)識(shí)別與跟蹤、無人機(jī)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、導(dǎo)航與定位等。期望對(duì)從事無人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域研究的讀者有所幫助。

特約主編：向錦武，飛行器設(shè)計(jì)專家?，F(xiàn)任北京航空航天大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、教育部長江學(xué)者特聘教授、校學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任、無人機(jī)設(shè)計(jì)研究所所長兼總設(shè)計(jì)師、“航空科學(xué)與技術(shù)”國家實(shí)驗(yàn)室（籌）首席科學(xué)家。同時(shí)兼任中國航空學(xué)會(huì)無人機(jī)及微型飛行器分會(huì)副主任、中國宇航學(xué)會(huì)無人飛行器分會(huì)常務(wù)理事、《無人機(jī)》編委會(huì)委員、《電子技術(shù)應(yīng)用》編委會(huì)委員。

0　引言

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈承擔(dān)著無人機(jī)指揮控制和信息傳輸?shù)闹匾蝿?wù)，是無人機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。近年來，無人機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈在復(fù)雜環(huán)境下的安全性、可靠性和適應(yīng)性提出了更高的要求，本文闡述了軍用和民用領(lǐng)域無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈面臨的挑戰(zhàn)以及無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。

1　無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展歷程

由于在無人機(jī)早期發(fā)展過程中軍用無人機(jī)占據(jù)了主導(dǎo)地位，導(dǎo)致了不同國家、不同無人機(jī)平臺(tái)上使用的數(shù)據(jù)鏈類型各異，并且隨著無人機(jī)的發(fā)展，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈在使用的頻帶、調(diào)制方式上也進(jìn)行了數(shù)次重要的改變。

1.1視距數(shù)據(jù)鏈和超視距數(shù)據(jù)鏈

從無人機(jī)與指揮控制站之間的距離是否通視來分類，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈主要分為視距鏈路（RF-LOS）和超視距鏈路（BLOS）[1-6]。

在視距鏈路類型中，不同的數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂昧藦牡皖l到C波段之間的不同頻率[3]。而C波段(4 GHz～8 GHz)因不易受到極端天氣的影響從而成為目前大多數(shù)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈采用的頻段，其中下行鏈路使用3.7 GHz～4.2 GHz，上行鏈路使用 5.9 GHz～6.4 GHz。根據(jù)公開的文獻(xiàn)資料顯示，視距鏈路使用C波段的有水手無人機(jī)（Mariner）、捕食者無人機(jī)（Predator）和牽牛星無人機(jī)（Altair）等大型無人機(jī)。而一些小型無人機(jī)的視距鏈路則使用UHF波段(300 MHz～1 000 MHz)，比如掃描鷹無人機(jī)(ScanEagle)、地球漫游者無人機(jī)(Georanger)、子午線無人機(jī)(Meridian)、陰影無人機(jī)(Shadow)和大烏鴉無人機(jī)(Raven)。

在超視距鏈路類型中，數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂玫念l段包括UHF波段、L波段(950 MHz～1 450 MHz)和 Ku波段(12 MHz～18 GHz)。以全球鷹無人機(jī)(Global Hawk)、廣域海上監(jiān)視無人機(jī)(BAMS)和捕食者無人機(jī)(Predator)為代表的長航時(shí)無人機(jī)使用Ku波段作為超視距鏈路，其中上行鏈路為11.7 GHz～12.7 GHz，下行鏈路為14 GHz～14.5 GHz。而中低航時(shí)的無人機(jī)的超視距鏈路一般使用L波段的衛(wèi)星通信鏈路。

不同無人機(jī)平臺(tái)視距鏈路和超視距鏈路使用的頻段總結(jié)如表1所示。

表1　不同種類無人機(jī)使用的頻段

1.2單載波數(shù)據(jù)鏈和多載波數(shù)據(jù)鏈

從數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂玫恼{(diào)制方式來分，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈分為單載波傳輸數(shù)據(jù)鏈和多載波傳輸數(shù)據(jù)鏈。

單載波傳輸數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展過程中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是由美國航空無線電公司(ARINC)于 1978年發(fā)展出來的通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)(ACARS)。ACARS最早并至今仍用于有人駕駛飛行器與地面控制站的通信中，后來被應(yīng)用于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。ACARS使用了幅度調(diào)制的模擬無線電信號(hào)并工作在高頻(HF)、甚高頻(VHF)和衛(wèi)星通信(SATCOM)頻段。在上個(gè)世紀(jì)90年代，ACARS數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)應(yīng)用了數(shù)字無線電并被稱為甚高頻數(shù)字鏈路(VDL)。VDL依次發(fā)展出了VDL1、VDL2、VDL3、VDL4四個(gè)版本，其中VDL1和VDL3并沒有投入實(shí)際使用，而VDL2用于飛行器和地面控制站之前的通信，而VDL4可以用于飛行器與飛行器之間的通信。由于VHF波段比較擁擠，所以基于VDL2和VDL4，工作在L波段的LDL2和LDL4在后來被學(xué)者提出。

1998年，休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)發(fā)展了一種擴(kuò)展時(shí)分多址(E-TDMA)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。這個(gè)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是使用專用和請(qǐng)求式時(shí)隙的多個(gè)服務(wù)質(zhì)量等級(jí)的應(yīng)用，而這一關(guān)鍵技術(shù)被應(yīng)用于采用時(shí)分復(fù)用(TDD)技術(shù)的通用多信道航空通信系統(tǒng)(AMACS)和由歐洲空域航行安全組織(EUROCONTROL)提出的基于L波段的1型數(shù)字航空系統(tǒng)(L-DACS1)。

第三個(gè)單載波傳輸數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是于 2002年提出的通用接入收發(fā)系統(tǒng) (UAT)，UAT工作在978 MHz頻段并使用一個(gè)3 MHz的信道提供峰值速率為1 MHz的服務(wù)。UAT同樣是一個(gè)TDMA系統(tǒng)。

第一個(gè)多載波傳輸數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是由歐洲第六框架工作組(EP6)提出的寬帶甚高頻(B-VHF)系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作在118 MHz～137 MHz的甚高頻頻段并使用多載波碼分多址(MC-CDMA)、TDD和正交頻分多路復(fù)用(OFDM)技術(shù)，其中每個(gè)子載波的間隔是 2 kHz。因?yàn)閂HF頻段比較擁擠，所以學(xué)者基于B-VHF發(fā)展了工作于L波段的寬帶航空多載波(B-AMC)系統(tǒng)，B-AMC摒棄了CDMA技術(shù)而保留了OFDM技術(shù)，而考慮工作頻率的增加使多普勒頻移的增加，每個(gè)子載波的間隔擴(kuò)展為10 kHz，且考慮到系統(tǒng)容量，B-AMC使用了應(yīng)用頻分復(fù)用(FDD)技術(shù)的兩個(gè)信道。

第二個(gè)多載波傳輸數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)怯呻娮庸I(yè)協(xié)會(huì)(EIA)和通信工業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)提出的用于公共安全無線電系統(tǒng)的P34。P34覆蓋了187.5 km的扇形區(qū)域并應(yīng)用了OFDM技術(shù)。

由EUROCONTROL提出的基于L波段的2型數(shù)字航空系統(tǒng)(L-DACS2)是以前兩種多載波傳輸數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)所采用的技術(shù)和WiMAX為基礎(chǔ)、應(yīng)用OFDM技術(shù)的第三種多載波傳輸數(shù)據(jù)鏈。

文獻(xiàn)[5]總結(jié)了用于無人機(jī)的單載波和多載波數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展歷程，如圖1所示。

圖1　無人機(jī)的單載波和多載波數(shù)據(jù)鏈發(fā)展歷程

2　無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾面臨的挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈要比設(shè)計(jì)其他無線通信系統(tǒng)更為復(fù)雜，在抗干擾方面無人機(jī)面臨的挑戰(zhàn)有信息遠(yuǎn)距離傳輸帶來的路徑損耗、傳播途徑中的障礙物造成的衰落、無人機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)帶來的多普勒頻移、復(fù)雜的頻譜環(huán)境帶來的干擾和阻塞。

2.1鏈路遠(yuǎn)距離路徑損耗

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)所面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是信息長距離的傳輸，長距離的傳輸會(huì)給數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的性能帶來以下幾方面的挑戰(zhàn)：

(1)功率衰減和頻譜效率的降低。IEEE802.11無線傳輸鏈路也就是俗稱的 WiFi只能覆蓋 100 m范圍，而后來發(fā)展的IEEE802.16也就是俗稱的WiMAX在鄉(xiāng)村地區(qū)可以覆蓋3 km而在城市地區(qū)可以覆蓋1 km，以上的覆蓋范圍同樣適用于3GPP LTE[7]。一般的航空數(shù)據(jù)鏈路要求覆蓋360 km的范圍，所以使用這些傳統(tǒng)的無線通信鏈路來實(shí)施長距離的測(cè)控和傳輸會(huì)造成嚴(yán)重的功率衰減和極低的頻譜效率。文獻(xiàn)[8]顯示，WiMAX網(wǎng)絡(luò)可以在0.9 km的范圍里實(shí)現(xiàn)3 bps～5 bps/Hz的頻譜效率。對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸而言，頻譜效率將會(huì)更低。

(2)傳輸延遲。信息遠(yuǎn)距離的傳輸還會(huì)造成嚴(yán)重的來回傳輸時(shí)間的延遲而使通信保護(hù)時(shí)隙大大增加。相比于WiMAX網(wǎng)絡(luò)在 5 km范圍內(nèi) 17 μs的延遲最低要求，電磁波單向傳輸360 km則需要1.2 ms。

(3)此外，信息的長距離傳輸會(huì)增加系統(tǒng)誤碼率、減少接收機(jī)信噪比、增加數(shù)據(jù)包的丟失概率。

2.2無人機(jī)平臺(tái)的高速運(yùn)動(dòng)

無人機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)可以給接收機(jī)帶來多普勒頻移，而多普勒頻移的大小和運(yùn)動(dòng)速度成正比而和波長成反比?？梢杂?jì)算出L-DACS1在速率為600 km/h以及工作頻段為1 164 MHz時(shí)的多普勒頻移為1 213 Hz，而WiMAX在速率為 100 km/h以及工作頻段為 2.5 GHz時(shí)的多普勒頻移為231.5 Hz。因?yàn)殡姶挪l率和波長成反比，因此對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的無人機(jī)而言，工作頻段越低多普勒頻移越小，但是低頻段的頻譜資源又非常緊張，所以無人機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)帶來的多普勒頻移對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈來說是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

2.3鏈路中障礙物引起的衰落

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用的主要頻段為微波(300 MHz～3 000 GHz)，因?yàn)槲⒉ㄦ溌酚懈叩目捎脦挘俏⒉l率高、波長很短，沒有繞射功能。鏈路的這種特點(diǎn)會(huì)給通信造成以下挑戰(zhàn)：

(1)陰影衰落。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈在通信過程中遇到的障礙物可以部分或者全部地阻擋信號(hào)的傳輸而造成嚴(yán)重的陰影衰落。

(2)多徑衰落。從更小的尺度上，由于電磁波通過障礙物時(shí)的散射和反射而造成的接收機(jī)接收到來自不同路徑的同一信號(hào)的不同副本的相位不同，由此造成無線信號(hào)多徑衰落。由于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈在動(dòng)態(tài)變化，副本間的相位差也在動(dòng)態(tài)變化，所以無法使用傳統(tǒng)靜態(tài)無線通信中加入一個(gè)衰落開銷的方式來消除多徑衰落。

(3)此外，多徑衰落會(huì)造成嚴(yán)重的碼間干擾。

2.4人為非惡意干擾和惡意干擾

非惡意干擾是指頻譜環(huán)境中存在的其他設(shè)備的無線電信號(hào)對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈產(chǎn)生的干擾，而惡意干擾主要存在于軍用領(lǐng)域中，主要分壓制式干擾和欺騙式干擾。

(1)壓制式干擾是指干擾機(jī)持續(xù)發(fā)射的干擾信號(hào)功率大于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的信號(hào)功率，使數(shù)據(jù)鏈中的通信節(jié)點(diǎn)不能正確接收射頻信號(hào)，導(dǎo)致通信鏈路中斷的一種人為通信干擾。壓制式干擾類型按干擾信號(hào)的形式通常可以分為三類：單頻干擾、窄帶干擾和寬帶干擾。由于壓制式干擾從功率上淹沒期望信號(hào)，或者阻塞射頻前端，因此其調(diào)制信息無關(guān)緊要。

(2)而欺騙式干擾采用跟無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)結(jié)構(gòu)相似的信號(hào)作為欺騙信號(hào),因此可以不被察覺地誘導(dǎo)接收機(jī)捕獲跟蹤欺騙信號(hào),從而達(dá)到降低其抗干擾性能的目的,并可采用與數(shù)據(jù)鏈信號(hào)近似的功率,避免因功率過大被檢測(cè)出來以及降低干擾成本。實(shí)際應(yīng)用中,如軍事領(lǐng)域接收機(jī)常常面臨高動(dòng)態(tài)、弱信號(hào)、強(qiáng)干擾或信號(hào)遮擋等復(fù)雜多變的環(huán)境,這時(shí)接收機(jī)會(huì)失鎖轉(zhuǎn)而捕獲欺騙信號(hào)或者跟蹤中受到欺騙信號(hào)的影響增大從而整個(gè)系統(tǒng)受到影響。

2.5擁擠的頻譜環(huán)境

頻譜資源緊缺，不可避免地受到外部干擾信號(hào)威脅。傳統(tǒng)的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂肏F、VHF頻段和SATCOM頻段，但是SATCOM頻段不能保證每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸階段都可以使用，而HF和VHF變得越來越擁擠。在國內(nèi)，根據(jù)工業(yè)和信息化部頒布的無人駕駛航空器頻率使用要求，可使用頻段：840.5 MHz～845 MHz、1 430 MHz～1 444 MHz和2 408 MHz～2 440 MHz，頻譜資源緊缺，不可避免地受到外部干擾信號(hào)威脅。

3　無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈面臨的挑戰(zhàn)要求無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈具備以下能力：

(1)廣泛的頻譜管理、分配能力：可以在任意區(qū)域、任意時(shí)間對(duì)無人機(jī)動(dòng)態(tài)分配可用的頻譜資源。

(2)解決因信息長距離傳輸而造成的功率大規(guī)模衰減的能力。

(3)避開并避免非惡意干擾的能力。

(4)抵抗惡意干擾的能力。

本節(jié)總結(jié)了文獻(xiàn)中無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈在面臨以上諸多挑戰(zhàn)和需求時(shí)可用的抗干擾技術(shù)的研究。研究應(yīng)用于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的抗干擾技術(shù)主要分為三類：提高系統(tǒng)可靠性和有效性的相關(guān)技術(shù)、基于協(xié)作通信技術(shù)以及基于認(rèn)知無線電的抗干擾技術(shù)。

3.1提高通信可靠性和有效性的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈相關(guān)抗干擾技術(shù)

這些相關(guān)技術(shù)包括多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)的性能評(píng)估[9-10]，信息傳輸策略[11-12]，以及蜂窩系統(tǒng)和其他無線通信系統(tǒng)的使用[13-14]。集中于物理層和鏈路層的技術(shù)研究重點(diǎn)有：

(1)低功耗MIMO系統(tǒng)的集成。

(2)以擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)為代表的抗干擾技術(shù)的研究和使用。

(3)有限頻譜資源限制下，高吞吐量、高可靠性的物理層和MAC層協(xié)議和策略。

(4)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及其他無線通信系統(tǒng)的整合。

3.2基于協(xié)作通信的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)

文獻(xiàn)[15]提出了多信源條件下的協(xié)作通信方式，仿真結(jié)果表明該方案減小了接收信號(hào)的誤碼率；在動(dòng)態(tài)傳輸速率條件下，該方案的傳輸可靠性更高。多信源協(xié)同通信的研究為UAV數(shù)據(jù)鏈的多鏈路協(xié)同信息傳輸指明了方向。文獻(xiàn)[15]、[16]在協(xié)同通信的基礎(chǔ)上提出了異步協(xié)同信息傳輸?shù)姆绞剑謩e從物理層(構(gòu)建三維空間的異步協(xié)作傳輸模式)和鏈路層(通過多鏈路協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議)來增強(qiáng)信息傳輸?shù)目煽啃?。前者在物理層充分利用三種空間分集技術(shù)，提高了分集增益，使抗干擾能力有了大幅度的提升；后者在鏈路層通過單發(fā)多收和基于隨機(jī)同步競爭窗的自舉應(yīng)答算法來消除鏈路短時(shí)變化的影響，獲得了更佳的網(wǎng)絡(luò)抵達(dá)率和能量效率，增強(qiáng)了傳輸可靠性，提高了抗干擾能力。文獻(xiàn)[17]提出了一種在因接收機(jī)和發(fā)射機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者環(huán)境變化較快時(shí)產(chǎn)生的過時(shí)信道狀態(tài)信息下協(xié)作通信中繼選擇方法，選擇最優(yōu)的中繼可以在一定程度上抵抗對(duì)協(xié)作通信系統(tǒng)的干擾。文獻(xiàn)[18]提出了一種基于MAP準(zhǔn)則的信道狀態(tài)信息預(yù)測(cè)技術(shù)來提升協(xié)作通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

3.3基于認(rèn)知無線電的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)

另外，為了解決頻譜資源短缺和隨著無人機(jī)廣泛使用用戶頻譜管理難度增加的問題，應(yīng)用于無人機(jī)頻譜感知和系統(tǒng)重構(gòu)的認(rèn)知無線電技術(shù)被研究。文獻(xiàn)[19]針對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈在地理環(huán)境、氣象環(huán)境、電磁環(huán)境等構(gòu)成的復(fù)雜環(huán)境中受干擾程度提出一種結(jié)合支持向量機(jī)與功率準(zhǔn)則的預(yù)測(cè)評(píng)估方法,預(yù)測(cè)的結(jié)果可用于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的重構(gòu)。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于認(rèn)知無線電技術(shù)的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，作者設(shè)計(jì)了一個(gè)認(rèn)知引擎，將信噪比、信道估計(jì)結(jié)果、頻譜感知結(jié)果、多普勒頻移等作為輸入，通過設(shè)計(jì)的認(rèn)知引擎，輸出無人機(jī)系統(tǒng)重構(gòu)后的通信參數(shù)以及由輸入判斷系統(tǒng)遭遇的情況種類。文獻(xiàn)[20]分析當(dāng)前無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈面臨問題的基礎(chǔ)上，提出了基于認(rèn)知無線電的無人機(jī)智能數(shù)據(jù)鏈的概念及其內(nèi)涵,描述了無人機(jī)智能數(shù)據(jù)鏈的工作過程,給出了無人機(jī)智能數(shù)據(jù)鏈的指標(biāo)體系以及功能分級(jí)。在確定無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈功能的基礎(chǔ)上,提出了無人機(jī)智能數(shù)據(jù)鏈的體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[21]提出了一種基于狀態(tài)機(jī)的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈多參數(shù)規(guī)劃方法，該方法為無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈重構(gòu)提供了一種可行有效的思路。

4　結(jié)論

隨著無人機(jī)在各領(lǐng)域越來越廣泛的應(yīng)用，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈面臨著諸如頻譜資源緊張、頻譜環(huán)境復(fù)雜、容易受到環(huán)境干擾和人為干擾影響等挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的擴(kuò)頻通信無法滿足無人機(jī)通信鏈路可靠性的要求，因此，需要更靈活、適應(yīng)能力更強(qiáng)的抗干擾方法來提高無人機(jī)抗干擾能力，保證通信鏈路質(zhì)量。目前，在物理層和鏈路層提高系統(tǒng)容量和魯棒性的各種抗干擾技術(shù)，協(xié)作通信技術(shù)以及認(rèn)知無線電技術(shù)被研究、并逐步應(yīng)用于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈，利用感知頻譜環(huán)境并進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)的技術(shù)將是無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈智能抗干擾的主要發(fā)展方向。

[1]STANSBURY R S，VYAS M A，WILSON T A.A survey of UAS technologies for command，control,and communication (C3)[J].Journal of Intelligent and Robotic Systems，2009，54 (1-3)：61-78.

[2]CAMBONE S A，KRIEG K J，PACE P，et al.Unmanned aircraft systems roadmap 2005-2030[J].Office of the Secretary of Defense，2005(8)：4-15.

[3]NEALE M，SCHULTZ M J，MICHAEL J.Current and future unmanned aircraft system control&communications datalinks[C].AIAA Infotech Aerospace Conference and Exhibit.Rohnert Park，California.2007.

[4]REYES H，GELLERMAN N，KAABOUCH N.A cognitive radio system for improving the reliability and security of UAS/UAV networks[C].2015 IEEE Aerospace Conference.IEEE，2015：1-9.

[5]JAIN R，TEMPLIN F.Requirements，challenges and analysis of alternatives for wireless datalinks for unmanned aircraft systems[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2012，30(5)：852-860.

[6]李思佳，毛玉泉，鄭秋容，等.UAV數(shù)據(jù)鏈抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)研究綜述倡[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2011，28(6).

[7]LTE and the evolution to 4G wireless：Design and measurement challenges[M].John Wiley&Sons，2013.

[8]SRINIVASAN R，TIMIRI S，DAVYDOV A，et al.Downlink spectral efficiency of Mobile WiMAX[C].2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference-VTC2007-Spring.IEEE，2007：2786-2790.

[9]GANS M J，BORLE K M，CHEN B，et al.Enhancing connectivity of unmanned vehicles through MIMO communications[C].Vehicular Technology Conference(VTC Fall)，2013 IEEE 78th.IEEE，2013：1-5.

[10]SU W，MATYJAS J D，GANS M J，et al.Maximum achievable capacity in airborne MIMO communications with arbitrary alignments of linear transceiver antenna arrays[J].IEEE Transactions on Wireless Communications，2013，12(11)：5584-5593.

[11]LI J，ZHOU Y，LAMONT L.Communication architectures and protocols for networking unmanned aerial vehicles[C].2013 IEEE Globecom Workshops(GC Wkshps).IEEE，2013：1415-1420.

[12]CHENG B N，CHARLAND R，CHRISTENSEN P，et al.Evaluation of a multihop airborne IP backbone with heterogeneous radio technologies[J].IEEE Transactions on Mobile Computing，2014，13(2)：299-310.

[13]GOMEZ K，RASHEED T，REYNAUD L，et al.On the performance of aerial LTE base-stations for public safety and emergency recovery[C].2013 IEEE Globecom Workshops(GC Wkshps).IEEE，2013：1391-1396.

[14]YANMAZ E，KUSCHNIG R，BETTSTETTER C.Channel measurements over 802.11 a-based UAV-to-ground links[C].2011 IEEE GLOBECOM Workshops(GC Wkshps).IEEE，2011：1280-1284.

[15]RIBEIRO A，WANG R，GIANNAKIS G B.Multi-source cooperation with full-diversity spectral-efficiency and controllable-complexity[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2007，25(2)：415-425.

[16]RIBEIRO A，SIDIROPOULOS N D，GIANNAKIS G B，et al.Achieving wireline random access throughput in wireless networking via user cooperation[J].IEEE transactions on information theory，2007，53(2)：732-758.

[17]FEI L，GAO Q，ZHANG J，et al.Relay selection with outdated channel state information in cooperative communication systems[J].IET Communications，2013，7(14)：1557-1565.

[18]FEI L，ZHANG J，GAO Q，et al.Outage-optimal relay strategy under outdated channel state information in decode-and-forward cooperative communication systems[J].IET Communications，2015，9(4)：441-450.

[19]張薇瑋，丁文銳，劉春輝.復(fù)雜環(huán)境中無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈干擾效果預(yù)測(cè)方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2016，38(4)：760-766.

[20]陳自力，江濤，范君樂.無人機(jī)智能數(shù)據(jù)鏈體系結(jié)構(gòu)[J].無線電工程，2009，39(4)：4-6.

[21]Wenqian H，Wenrui D，Chunhui L.Multi-parametric programming approach for data link of UAS based on state machine[C].Industrial Informatics-Computing Technology，Intelligent Technology，Industrial Information Integration(ICIICII)，2015 International Conference on.IEEE，2015：156-159.

The survey of the development of anti-jamming technology for UAV data link

Ding Wenrui1，2，Huang Wenqian2
(1.Unmanned Systems Research Institute，Beihang University，Beijing 100191，China；2.School of Electronics and Information Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China)

With the development of UAV data link,the data link of different UAVs from different countries and different UAV platforms are varies,but all of them evolve with the development of communication technology.With the UAV is widely used in military and civilian areas,UAV data link is faced with a series of challenges including shortage of spectrum resources,complex spectrum environment,and interference and jamming,increasing the demand for security,reliability and robustness for UAV data link.To meet these challenges,a variety of anti-jamming technology based on boosting capacity and effectiveness of system,cooperative communication technology and cognitive radio technology is widely studied and applied to UAV data link.This survey mainly discusses issues about the development of UAV data link represented by UAV of American,the challenge of anti-jamming for UAV data link and key technologies for anti-jamming.

UAV data link；anti-jamming technique；cooperative communication；cognitive radio

TN914；V279

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2016.10.001

2016-09-18)

丁文銳（1971-），女，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：圖像處理和無人機(jī)智能數(shù)據(jù)鏈。E-mail：ding@buaa.edu.cn。

黃文乾（1993-），男，博士研究生，主要研究方向：協(xié)作通信和無人機(jī)智能數(shù)據(jù)鏈。E-mail：huangwenqian@buaa.edu.cn。

中文引用格式：丁文銳，黃文乾.無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)發(fā)展綜述[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42(10)：6-10.

英文引用格式：Ding Wenrui，Huang Wenqian.The survey of the development of anti-jamming technology for UAV data link[J].Application of Electronic Technique，2016，42(10)：6-10.