面向无人机空地通信的无线信道密钥生成技术研究

无人机(unmanned aerial vehicles, UAVs)部署为空中通信节点为地面用户提供服务是未来非常具有吸引力的通信手段,基于信道密钥生成的方式可用于解决无线通信的安全问题.但空地信道的信道特征在短时间内互易性不佳的特点,会导致信道密钥生成性能急剧下降.针对这一问题,本文针对无人机测控单载波频域均衡(signal carrier frequency-domain equalization, SC-FDE)通信体制,提出了一种基于信道频域响应幅度最大值位置变化的单比特信道特征量化方法设计,所提量化方法有效融合了信道频域响应的幅度和位置信息,降低了初始密钥的不一致率.进一步,基于此量化方法设计了一整套可应用于无人机测控通信的密钥生成方案.最后,利用Xilinx的ZYNQ平台,搭建实现了实时的测控信道密钥生成系统,验证了所提方案在无人机空地信道下的可行性和可靠性.特别地,基于搭建的无线信道密钥生成系统,在节点静止、运动等不同无人机空地通信场景下进行了外场测试.结果表明,在终端运动状态下生成的密钥可以通过NIST随机性测试,且其密钥生成速率达28 bps.     

无人机测控信息实时处理与记录分析系统设计

提出了无人机测控信息实时处理与记录分析系统设计方案,介绍了测控信息实时处理与记录分析系统组成、设计原理和工作流程,以及采用的关键技术.飞行试验结果表明,本系统提高了无人机实时处理的性能,增强了系统自动化分析能力.     

基于GPS仿真器的无人机导航系统半物理仿真研究

讨论了无人机导航半物理仿真系统中GPS仿真器的设计方法;根据GPS接收机输出信息的特点和WGS-84与各种坐标系的转换关系,将飞机模拟系统解算得到的无人机位置信息转换成与之对应的GPS信号传输到导航链路,用于无人机航迹控制;根据导航飞控系统功能的要求,构建了一个半物理仿真平台来验证此系统,试验结果证明了采用模拟GPS仿真器完全可以对导航软件的功能进行有效的验证,并达到了预期设计要求。     

星载测量通信系统模拟器设计与实现

为了在地面对星载测量通信系统之间互联互通性能进行测试评估,设计了一种可替代星载测量通信系统的地面模拟器,该模拟器由收发信机,时频单元,信道仿真器以及管理控制计算机构成,收发信机采用双FPGA架构设计,支持星间信号的收发处理,在功能性能指标方面与星载设备具有良好的一致性,信道仿真器能够实现信号传输延时、多普勒以及衰落特性的实时仿真,可显著增强试验场景的真实性以及评估结论的可信性;互联互通试验过程表明,该模拟器功能齐全、性能可靠、操控简单并且易于搬运,试验结果有效验证了星间互联互通方案的可行性.     

概率视距空地信道下的无人机安全通信优化设计研究

考虑在物理层保障无人机多用户通信系统的信息传输安全,一架无人机与多个地面用户进行通信,存在一个地面窃听者尝试窃取无人机发送给用户的机密信息。研究将无人机与地面节点之间的空地信道建模为更符合实际的概率视距信道,在满足无人机飞行条件约束和离散的用户调度约束下,通过联合设计无人机的三维飞行轨迹和用户调度来最大化用户的最小平均安全速率。为求解该模型下的安全通信优化设计问题,首先将其解耦为三个子问题,然后利用整数松弛和连续凸近似方法分别求解三个子问题,最后利用块坐标下降法求出无人机的三维飞行轨迹;在此基础上,根据飞行过程中得到的瞬时信道状态信息,提出无人机飞行速度和用户调度实时优化算法。该算法将优化问题建模为线性规划问题,并用内点法求解。仿真结果表明,与已有基准算法相比,基于概率视距信道模型优化无人机的飞行轨迹可显著提升系统的安全速率,所提的飞行速度和用户调度实时优化算法可进一步提升安全速率性能。     

基于模型的无人机信道编码算法设计与实现

为了改善无人机测控系统数据传输的抗干扰性能,并提高算法的可实现性,提出了一种基于模型的信道级联编码调制算法。算法在正交相移调制(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK)系统中采用循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check, CRC)+Reed-Solomon(20,10)码+交织(20,10)+数据加扰+卷积码(2,1,7)的串行级联编码,并在编码过程中加入数据加扰技术。为了研究算法设计的有效性,在MATLAB/Simulink中搭建了采用上述级联信道编码的QPSK系统仿真模型。仿真结果显示系统在高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise, AWGN)信道中有效降低了传输误码率,误码率在1×10^-4数量级下,系统编码增益达到5 dB。系统模型能够直接部署在两台ADRV9361-Z7035上,实现两台设备的正常通信,无须再进行硬件代码编写,将其应用在无人机测控系统中,具有一定的工程实现价值。     

构建Ad Hoc网络跨层协议交互机制

Ad Hoc网络中无线信道的时变特性和网络拓扑的不断变化导致了链路的频繁断续,使得数据包大量丢失.这就要求高层应用协议能够快速访问底层传输协议甚至信道的状态信息,各层协议之间能够根据需要互相交换信息,迅速作出决策,提高分组接收成功率.基于QualNet网络仿真器设计并实现了一种网络协议栈跨层交互的机制.结果表明,利用该机制,能够快速建立跨层协议的交互,使得高层协议及时获取低层协议的有用信息,从而可根据信道的状况动态调节网络协议设置,提高分组发送成功率,优化网络传输的性能.     

Turbo码在无人机测控中的应用研究

Turbo码的优异性能依赖于两个条件来获得:使用长的交织器和进行多次迭代译码。而在某些通信系统中,由于实时性的要求,无法使用很长的交织器和多次迭代。因此,必须对Turbo码做某些改动。该文简单介绍了无人机的测控通信平台,提出了Turbo码在无人机测控信道中使用时需要解决的问题。通过仿真研究了Turbo码用于无人机测控领域的一些关键问题。     

LDPC码在COFDM无人机数据链中的性能仿真

为了满足未来无人机数据链高速数据的高质量传输需求,综合OFDM技术可提高频谱利用率、抗多径干扰的特点和LDPC码高效高性能的优点,本文将LDPC-COFDM作为解决方案应用于无人机通信中。考虑无人机信道的时变多径衰落和强多普勒频移特性,给出了COFDM无人机数据链系统模型,进一步针对无人机飞行状态典型信道参数值,仿真了LDPC-COFDM系统的误码率性能,并与基于卷积码的COFDM系统进行比较,结果表明COFDM可以明显的提高无人机数据链系统的可靠性,此外,LDPC-COFDM系统在较低的信噪比条件下就可以达到很低的误码率,从而有效地节省了无人机发射功率。     

CDMA2000无线网络中MPEG-4传输性能评估

对CDMA2000无线网络中的MPEG-4视频传输进行了跨层性能评估,研究无线信道误码引起丢包的情况下MPEG-4视频编码参数对经信道传输后解码得到的图像质量的影响。以3GPP2的CDMA2000网络仿真器为基础搭建了软件仿真系统,对不同无线信道模型以及不同丢帧率条件下MPEG-4编码参数对视频数据传输的影响进行分析和比较,为跨层优化提供有价值的参考。     

遥测遥控遥感技术在我国的应用与发展

本文综述了我国遥测、遥控和遥感技术的现状及发展趋势,以及其科研成就和应用.遥 测、遥控和遥感是信息系统的一个分支,其学科内容包括信息的敏感、采集、传送,加工与处 理.由于应用的目的性不同,系统的实际构成差异很大.本文特别强调实际应用中已经提出 或可能提出的问题及解决途径.     

便携式变电站远动信息调试装置研究及应用

变电自动化人员远动运维过程中面临两类问题,一方面是远动通道尚未开通,则基建站远动调试工作只能被动等待,另一方面是在运行站开展远动信息异常分析时,需要主站自动化人员配合查看数据,运维工作效率较低。本文提出通过开发一种远动调试装置解决以上问题,该装置基于南方电网远动标准规约,实现调度主站模拟仿真与远动报文在线监听翻译功能的一体化集成,装置易携带、易操作。研究开发的装置在贵州220 kV月照变完成了调度主站模拟仿真功能,实现了遥测、遥信和遥控仿真测试,在贵州110 kV荷城变完成了报文在线监听翻译功能,实现了四遥信息的正确翻译,现场应用测试表明通过该装置可有效提高远动调试工作效率。     

换热站无线三遥控制系统

集中供热是近年来大力推广的节能和环保措施。本文介绍一种无线数据传输网络控制系统,它可用来对大型集中供热系统中的换热站进行遥测、遥信和遥控。实现换热站的无人值守,保证设备的安全运行。具体介绍了换热站的工艺流程、无线三遥控制系统的构成、工作原理、软件设计以及应用效果。     

DCS在供水行业的应用

介绍一种采用多异种机构成的无线集散控制系统及其应用软件设计 ,讨论了无线数传和抗扰措施。该系统具有遥测遥控遥信功能 ,可广泛应用于城市供水等行业     

一种用于无人机测控系统的DS-BPSK调制的实现

阐述了直扩BPSK调制原理,给出了调制模型,论述了基于FPGA和直接数字频率合成技术的DS-BPSK调制器的设计与电路实现;根据伪码的产生原理,给出了在FPGA中实现平衡Gold码的方法及时序仿真;针对调制器的测试结果,提出了提高频谱纯度的高斯滤波器的优化设计方法,实现了对上行信号的DS-BPSK调制;通过无人机测控系统的搭载实验与应用证明:该调制器不仅实现了遥控数据的扩频功能,而且解决了无人机数据链中上行数据加密和抗干扰问题,扩大了无人机无线电的控制距离。     

机载收发信机锁相频率合成器的设计与实现

针对无人机机载设备体积小、重量轻、功耗小等要求,基于芯片ADF4360-3为机载数据终端的发射机与接收机设计了一种可设置上百个可变频点的锁相频率合成器。重点介绍了频率合成器的控制电路设计、环路滤波器的设计和仿真,以及变频程序算法的实现,并给出了主要算法的程序代码;分析了上电锁定错误的原因并提出有效的解决方法。通过无人机飞行试验验证:所设计的锁相频率合成器,性能稳定,具有很强的实用性,可推广应用于其他无线电测控系统的收发信机中。     

短波数传在航标遥测遥控中的应用研究

海上交通安全保障体系的建设一直是国内外航海界关注的重点。基于信息技术、计算机网络技术和导 航技术的航标信息系统的研究,对实现航标的监控和管理的现代化,确保航标信息的准确性及用户方便快捷获取航标 信息,为船舶安全航行提供更好的服务是非常必要的。本文主要研究利用短波通信实现对航标的遥测遥控。     

基于嵌入式Linux的UPS监测软件系统设计

介绍了基于嵌入式Linux操作系统平台,针对OverTop型号的UPS电源,设计并实现通过RS232串口与UPS电源通信,对UPS电源具有遥信、遥测、遥控功能的监测软件系统。经测试该系统运行可靠,具有在电力系统中对UPS电源监测的实用价值。     

无人机信息综合处理与显示系统研究

为提高地面站的信息共享能力,丰富遥测信息的显示量,提出一种无人机遥测信息综合处理与显示系统。首先建立基于分布式计算机系统的地面站软件运行平台,之后对信息综合处理系统的组成和功能进行介绍,最后讨论了信息综合处理与显示系统设计过程中的几个技术问题及解决措施,初步验证了信息综合处理与显示系统设计的可行性。     

分布式测控系统的设计

本文给出一种分布式测控系统的设计该系统以PC机为上位机，完成数据处理显示、报警、打印等功能．以MCS-80C31单片机为下位机实现对分散在各处的监测点进行控制和数据采集。文中给出了系统的详细设计及应用实例。