無人機(jī)地面站系統(tǒng) 課件 模塊3 無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)認(rèn)知與維護(hù)基礎(chǔ)

無人機(jī)模塊1

指揮控制站的認(rèn)知與維護(hù)數(shù)據(jù)鏈與指揮控制系統(tǒng)單元1

指揮控制站系統(tǒng)認(rèn)知指揮控制站完成無人機(jī)從仿真訓(xùn)練，任務(wù)規(guī)劃，飛行前準(zhǔn)備，起飛，任務(wù)執(zhí)行，降落回收等全過程的飛行與任務(wù)指揮控制系統(tǒng)組成指揮控制站指揮控制系統(tǒng)軟件飛行監(jiān)控軟件任務(wù)監(jiān)控軟件飛行平顯軟件任務(wù)平顯軟件任務(wù)規(guī)劃與態(tài)勢軟件服務(wù)子系統(tǒng)操作單元供電子系統(tǒng)環(huán)控子系統(tǒng)氣象子系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一子系統(tǒng)語音通信子系統(tǒng)飛行監(jiān)控單元任務(wù)監(jiān)控單元任務(wù)規(guī)劃單元任務(wù)協(xié)調(diào)單元機(jī)柜艙體數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)鏈路監(jiān)控單元艙體機(jī)柜操作單元飛行監(jiān)控單元任務(wù)規(guī)劃單元任務(wù)監(jiān)控單元鏈路監(jiān)控單元任務(wù)協(xié)調(diào)單元指揮控制站飛行前指揮控制站功能飛行檢查可配合飛行前檢查START任務(wù)規(guī)劃、加載航路制定或接收任務(wù)規(guī)劃，并加載到無人機(jī)仿真演練具備對飛行監(jiān)控人員進(jìn)行正常操作流程演練的能力語音通信站內(nèi)監(jiān)控具有站內(nèi)音頻視頻記錄及操作人員操作記錄的能力飛行中無人機(jī)飛行控制可控制多架無人機(jī)控制鏈路監(jiān)控可遠(yuǎn)端監(jiān)控視距、衛(wèi)星鏈路地面站；數(shù)據(jù)接收與發(fā)送接收、存儲、處理機(jī)載下傳的遙測信息、視頻和偵察數(shù)據(jù)并分發(fā)具備與空管系統(tǒng)、協(xié)同對象的通信能力；具備指揮控制站內(nèi)部及地面控制站其他崗位進(jìn)行數(shù)據(jù)和話音通信的能力環(huán)境探測具備對地面風(fēng)速、風(fēng)向、壓力和溫度等簡單氣象探測能力謝謝無人機(jī)模塊3無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)認(rèn)知與維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈與指揮控制系統(tǒng)目錄0102無線電傳播基本概念無線電傳播基本原理03功率，振幅和分貝01無線電傳播基本概念什么是電磁波？速度=光速c（每秒30萬公里）電磁波的磁場、電場及其行進(jìn)方向三者互相垂直

變化的電場和變化的磁場構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場，而變化的電磁場在空間的傳播即形成了電磁波?？梢杂萌齻€(gè)相互垂直的矢量描述電磁波的產(chǎn)生：電矢量E、磁矢量H、傳播矢量v低頻段傳播損耗小，覆蓋距離遠(yuǎn)，繞射能力強(qiáng)。但是低頻段的頻率資源緊張，系統(tǒng)容量有限，因此低頻段的無線電波主要應(yīng)用于廣播、電視、尋呼等系統(tǒng)。高頻段頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大。但是頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，繞射能力越弱。電磁波傳播特性與頻率的關(guān)系f=1/T單位：Hz頻率物質(zhì)在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，常用f

表示。是指波在一個(gè)振動周期內(nèi)傳播的距離。波長Wavelength

frequency無線電波

基本概念一高頻無線電廣播頻率為22.4MHz，其波長為多少？例題

無線電頻段劃分垂直極化水平極化無線電波的極化無線電波在空間傳播時(shí)，其電場的傳播方向時(shí)按照一定的規(guī)律變化的，這種現(xiàn)象成為電波的極化如果電場方向垂直與地面，成為垂直極化波，若電場方向平行地面稱為水平極化波02無線電傳播基本原理直射在自由空間中，電波沿直線傳播。散射這個(gè)障礙物的尺寸小于電磁波的波長，并且單位體積內(nèi)這種障礙物的數(shù)目非常巨大時(shí)，會發(fā)生散射反射、折射與穿透障礙物遠(yuǎn)大于波長：反射和折射良導(dǎo)體，反射不帶來衰減；絕緣體，只反射入射波能量的一部分，剩下的被折射入先得介質(zhì)繼續(xù)傳播。非理想介質(zhì)：電磁波貫穿介質(zhì)，即穿透繞射（衍射）障礙物的尺寸與電磁波的波長接近時(shí)，電磁波可以從該物體的邊緣繞射過去。繞射可以幫助進(jìn)行陰影區(qū)域的覆蓋。無線電波傳輸方式無線電波在真空中傳播的速度，等于光在真空中傳播的速度PL=32.44+20lgf+20lgd自由空間中的路徑損耗自由空間路徑損耗無線電傳播基本原理頻率為1GHz的信號，經(jīng)過10km的自由空間傳播，損耗為多少dB.例題

解：03功率、振幅與分貝功率振幅dB（單位x）=10log10(單位x)以dBW為單位的功率=10log10P(W)以dBmW為單位的功率dBm=10log10P(mW)dB（單位x）=20log10(單位x)分貝(dB)度量兩個(gè)相同單位數(shù)量比例的計(jì)量單位，用dB表示單位：瓦（W）毫瓦（mW）無線電傳播基本原理通常認(rèn)為一個(gè)典型的飛機(jī)無線電接收機(jī)在天線端口具有輸出功率100W，它是多少dBW？例題解：以dBW為單位的功率=10log10P(W)=10log1016=12.04dBW謝謝。無人機(jī)模塊3無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)認(rèn)知與維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈與指揮控制系統(tǒng)本講內(nèi)容信息論基礎(chǔ)通信系統(tǒng)模型通信方式通信系統(tǒng)性能指標(biāo)信息論基礎(chǔ)1消息信息和信號010203消息

信息

信號010203通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶ο筮B續(xù)消息：語音，溫度，圖像離散消息：數(shù)據(jù)，文字，符號消息消息中蘊(yùn)含的有效內(nèi)容。信息消息的電表示形式/傳輸載體信號模擬信號：信號參量取值連續(xù)數(shù)字信號：信號參量取值離散思考：如何區(qū)分模擬與數(shù)字信號？

看攜載消息的信號參量取值模擬信號：取值連續(xù)（無窮多）數(shù)字信號：取值離散（有限個(gè)）判斷下列信號是數(shù)字信號還是模擬信號？A.數(shù)字信號B.模擬信號信息的度量消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。通信的目的在于傳輸消息中所包含的信息。消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。信息量就是對這種不確定性的定量描述。信息具有普遍存在性（即存在于任何事物的運(yùn)動和變化中）；可擴(kuò)充或壓縮性；可存儲與傳輸性；相對性（不同的認(rèn)識主體觀察到的信息不同）；可度量、可共享和時(shí)效性（信息具有“生命周期”）。信息量就是對這種不確定性的定量描述。在當(dāng)今信息社會中，信息是最寶貴的資源之一。信息必須依附于一定的物質(zhì)形式存在，這種承載信息的物質(zhì)就是消息。同樣的信息可用不同形式的消息來表述。信息是消息的內(nèi)涵，即消息中包含的有效內(nèi)容。信息的度量如何度量信息量？信息的度量度量方法與消息的種類無關(guān)。與消息的重要程度無關(guān)。消息中所含信息量和不可預(yù)測性或不確定性有關(guān)。消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。思考：世貿(mào)中心大樓被炸和明天下雨哪個(gè)信息量大？信息量I

可用概率P

來度量

I=f[P(x)]

離散消息的信息量a=2，比特(bit)，簡記為ba=e，奈特(nat)

a=10,哈特萊(Hartley)例題試求：等概獨(dú)立發(fā)送符號時(shí)，每個(gè)符號的信息量。2四進(jìn)制信源（0，1，2,3）1二進(jìn)制信源（0，1）每個(gè)四進(jìn)制符號可用2個(gè)二進(jìn)制符號表示。概率相同，每個(gè)符號蘊(yùn)含的信息量也相同；二進(jìn)制的每個(gè)碼元含1

（b)

四進(jìn)制的每個(gè)碼元含2

（b)推廣：M進(jìn)制的每個(gè)碼元含log2M

（b)

謝謝。無人機(jī)模塊3無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)認(rèn)知與維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈與指揮控制系統(tǒng)本講內(nèi)容信息論基礎(chǔ)通信系統(tǒng)模型通信方式通信系統(tǒng)性能指標(biāo)2

通信系統(tǒng)模型信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿通信系統(tǒng)的組成噪聲發(fā)送設(shè)備信源信宿接收設(shè)備信道信源信宿作用消息轉(zhuǎn)化為原始電信號分類模擬信源，數(shù)字信源模擬信源模擬信源輸出連續(xù)的模擬信號如話筒，攝像機(jī)輸出離散的數(shù)字信號，如電傳機(jī)（鍵盤字符—>數(shù)字信號）、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端數(shù)字信源信宿：電信號

消息信號發(fā)送設(shè)備作用原始電信號

適合于在信道中傳輸?shù)男盘?如：編碼，調(diào)制使發(fā)送信號與信道特性匹配抗信道干擾功率夠，傳輸距離遠(yuǎn)發(fā)送設(shè)備作用原始電信號

適合于在信道中傳輸?shù)男盘?如：編碼，調(diào)制使發(fā)送信號與信道特性匹配抗信道干擾功率夠，傳輸距離遠(yuǎn)信號放大和反變換，其目的是從收到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號接收設(shè)備信道作用信道是一種物理媒質(zhì)，用來將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端有線：明線、電纜和光纖無線：自由空間分類信道既給信號以通路，也會對信號產(chǎn)生各種干擾和噪聲信道的固有特性及引入的干擾和噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量兩對重要變換模擬消息原始電信號（基帶）-信源信宿基帶信號已調(diào)信號（帶通）-調(diào)制，解調(diào)器模擬通信系統(tǒng)的模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源編碼模/數(shù)轉(zhuǎn)換，提高有效性信道編碼增強(qiáng)抗干擾能力調(diào)制解調(diào)調(diào)制：把信息寄托到載波上解調(diào)：從已調(diào)信號中卸載信息數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)需要較大的傳輸帶寬；對同步要求高?？垢蓴_能力強(qiáng)，且噪聲不積累；傳輸差錯(cuò)可控；便于處理、變換、存儲；便于將來自不同信源的信號綜合傳輸；易于集成；易于加密。缺點(diǎn)謝謝。無人機(jī)模塊3無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)認(rèn)知與維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈與指揮控制系統(tǒng)本講內(nèi)容信息論基礎(chǔ)通信系統(tǒng)模型通信方式通信系統(tǒng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)通信方式3rd同一個(gè)通信系統(tǒng)可以分屬于不同分類AM廣播系統(tǒng)——中短波通信、模擬通信、帶通傳輸系統(tǒng)

通信系統(tǒng)分類3傳輸方式基帶傳輸、帶通傳輸4通信業(yè)務(wù)電話、數(shù)據(jù)、圖像通信等5工作波段長波、中波、短波、微波、紅外以及激光通信等6復(fù)用方式頻分、時(shí)分、碼分復(fù)用有線通信、無線通信2信道類型1模擬通信、數(shù)字通信信號類型按傳輸方向和時(shí)間分單向

如：廣播，電視，尋呼雙向、不同時(shí)

如：對講機(jī)雙向、同時(shí)

如：電話，手機(jī)單工方式半雙工方式全雙工方式按數(shù)字碼元傳輸時(shí)序分在并行信道上同時(shí)傳輸n個(gè)比特信息01100100數(shù)字碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在一條信道中傳輸按數(shù)字碼元傳輸時(shí)序分在并行信道上同時(shí)傳輸n個(gè)比特信息數(shù)字碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在一條信道中傳輸你能區(qū)分哪個(gè)是串行通信，哪個(gè)是并行通信嗎？

優(yōu)點(diǎn)：成本低，只需一條通信信道；缺點(diǎn)：速度慢，需要外加同步措施。應(yīng)用：遠(yuǎn)距離的通信。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省傳輸時(shí)間，速度快;

缺點(diǎn)：需要n條通信線路，成本高;

應(yīng)用：設(shè)備之間的近距離通信，如計(jì)算機(jī)和打印機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸串行通信并行通信謝謝。無人機(jī)模塊3無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)認(rèn)知與維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈與指揮控制系統(tǒng)本講內(nèi)容信息論基礎(chǔ)消息、信息與信號信息量相關(guān)概念信息量計(jì)算通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)一般模型模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型通信方式通信系統(tǒng)性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)th4可靠性有效性性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)

碼元傳輸速率RB

（傳碼率、波特率）每秒傳送的碼元個(gè)數(shù)。定義單位波特（Baud）計(jì)算若一個(gè)碼元的時(shí)間長度為Ts

秒，則

例如：1秒內(nèi)傳輸1000個(gè)碼元，則

RB

=1000

Baud思考：碼元傳輸速率與進(jìn)制數(shù)有關(guān)嗎？數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)

信息傳輸速率Rb(傳信率，比特率)每秒傳遞的比特?cái)?shù)（信息量）定義單位計(jì)算

比特/秒（bit/s

）簡記為

b/s

或bps

例題1.設(shè)一數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進(jìn)制碼元的速率為1200B，試求該系統(tǒng)的信息傳輸速率？若改為傳送8進(jìn)制碼元，碼元傳輸速率為2400B，此時(shí)該系統(tǒng)的信息傳輸速率為多少？A系統(tǒng)2000b/s占用2000Hz的帶寬B系統(tǒng)1500b/s占用1000Hz的帶寬。VS思考：哪一個(gè)系統(tǒng)有效性好？Q&A路寬闊程度平坦程度行駛速度帶寬信息傳輸速率通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)

頻帶利用率——把帶寬與傳輸速率聯(lián)系起來定義為單位帶寬內(nèi)的傳輸速率定義單位計(jì)算

數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)

誤碼率:Pe誤信率(誤比特率）

Pb

謝謝。無人機(jī)模塊3無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)認(rèn)知與維護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈與指揮控制系統(tǒng)本講內(nèi)容信息論基礎(chǔ)消息、信息與信號信息量相關(guān)概念信息量計(jì)算通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)一般模型模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型通信方式通信系統(tǒng)性能指標(biāo)信息論基礎(chǔ)1消息信息和信號010203消息

信息

信號010203通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶ο筮B續(xù)消息：語音，溫度，圖像離散消息：數(shù)據(jù)，文字，符號消息消息中蘊(yùn)含的有效內(nèi)容。信息消息的電表示形式/傳輸載體信號模擬信號：信號參量取值連續(xù)數(shù)字信號：信號參量取值離散信息的度量消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。通信的目的在于傳輸消息中所包含的信息。消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。信息量就是對這種不確定性的定量描述。信息具有普遍存在性（即存在于任何事物的運(yùn)動和變化中）；可擴(kuò)充或壓縮性；可存儲與傳輸性；相對性（不同的認(rèn)識主體觀察到的信息不同）；可度量、可共享和時(shí)效性（信息具有“生命周期”）。信息量就是對這種不確定性的定量描述。在當(dāng)今信息社會中，信息是最寶貴的資源之一。信息必須依附于一定的物質(zhì)形式存在，這種承載信息的物質(zhì)就是消息。同樣的信息可用不同形式的消息來表述。信息是消息的內(nèi)涵，即消息中包含的有效內(nèi)容。信息的度量如何度量信息量？信息的度量度量方法與消息的種類無關(guān)。與消息的重要程度無關(guān)。消息中所含信息量和不可預(yù)測性或不確定性有關(guān)。消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。思考：世貿(mào)中心大樓被炸和明天下雨哪個(gè)信息量大？信息量I

可用概率P

來度量

I=f[P(x)]

離散消息的信息量a=2，比特(bit)，簡記為ba=e，奈特(nat)

a=10,哈特萊(Hartley)例題試求：等概獨(dú)立發(fā)送符號時(shí)，每個(gè)符號的信息量。2四進(jìn)制信源（0，1，2,3）1二進(jìn)制信源（0，1）每個(gè)四進(jìn)制符號可用2個(gè)二進(jìn)制符號表示。概率相同，每個(gè)符號蘊(yùn)含的信息量也相同；二進(jìn)制的每個(gè)碼元含1

（b)

四進(jìn)制的每個(gè)碼元含2

（b)推廣：M進(jìn)制的每個(gè)碼元含log2M

（b)

2

通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)一般模型模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿通信系統(tǒng)的組成噪聲發(fā)送設(shè)備信源信宿接收設(shè)備信道信源信宿作用消息轉(zhuǎn)化為原始電信號分類模擬信源，數(shù)字信源模擬信源模擬信源輸出連續(xù)的模擬信號如話筒，攝像機(jī)輸出離散的數(shù)字信號，如電傳機(jī)（鍵盤字符—>數(shù)字信號）、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端數(shù)字信源信宿：電信號

消息信號發(fā)送設(shè)備作用原始電信號

適合于在信道中傳輸?shù)男盘?如：編碼，調(diào)制使發(fā)送信號與信道特性匹配抗信道干擾功率夠，傳輸距離遠(yuǎn)發(fā)送設(shè)備作用原始電信號

適合于在信道中傳輸?shù)男盘?如：編碼，調(diào)制使發(fā)送信號與信道特性匹配抗信道干擾功率夠，傳輸距離遠(yuǎn)信號放大和反變換，其目的是從收到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號接收設(shè)備信道作用信道是一種物理媒質(zhì)，用來將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端有線：明線、電纜和光纖無線：自由空間分類信道既給信號以通路，也會對信號產(chǎn)生各種干擾和噪聲信道的固有特性及引入的干擾和噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量兩對重要變換模擬消息原始電信號（基帶）-信源信宿基帶信號已調(diào)信號（帶通）-調(diào)制，解調(diào)器模擬通信系統(tǒng)的模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源編碼模/數(shù)轉(zhuǎn)換，提高有效性信道編碼增強(qiáng)抗干擾能力調(diào)制解調(diào)調(diào)制：把信息寄托到載波上解調(diào)：從已調(diào)信號中卸載信息數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)需要較大的傳輸帶寬；對同步要求高。抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累；傳輸差錯(cuò)可控；便于處理、變換、存儲；便于將來自不同信源的信號綜合傳輸；易于集成；易于加密。缺點(diǎn)數(shù)據(jù)通信方式3rd同一個(gè)通信系統(tǒng)可以分屬于不同分類AM廣播系統(tǒng)——中短波通信、模擬通信、帶通傳輸系統(tǒng)

通信系統(tǒng)分類3456傳輸方式通信業(yè)務(wù)工作波段復(fù)用方式基帶傳輸、帶通傳輸電話、數(shù)據(jù)、圖像通信等長波、中波、短波、微波、紅外以及激光通信等頻分、時(shí)分、碼分復(fù)用有線通信、無線通信2信道類型1模擬通信、數(shù)字通信信號類型按傳輸方向和時(shí)間分單向

如：廣播，電視，尋呼雙向、不同時(shí)

如：對講機(jī)雙向、同時(shí)

如：電話，手機(jī)單工方式半雙工方式全雙工方式按數(shù)字碼元傳輸時(shí)序分在并行信道上同時(shí)傳輸n個(gè)比特信息01100100數(shù)字碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在一條信道中傳輸優(yōu)點(diǎn)：成本低，只需一條通信信道；缺點(diǎn)：速度慢，