无线连通航空航天和国防世界.PDFVIP

技术文章 ?????? 加入我们 无线连通航空航天和国防世界 作者：Duncan Bosworth，ADI公司 随着国防领域信息和监控需求的不断增长，无线技术的普及性及 其需求达到了前所未有的高度。在整个航空航天和国防工业，无 线系统已部署于广泛的应用之中，为单兵系统、无人系统控制、 系统级健康、生命体征监控等众多应用提供支撑。 国防界曾广泛讨论过增加通向战士的数据流量的必要性问题。 然而，无线通信已开始从根本上改变新一代系统的发展动向。 增加数据流量、加强监控、无线革命和物联网(IoT)(对于商业和工 业领域二者实为同义词)，所有这些都将会对航空航天和国防市 场产生同样深远的影响。 过去10年，随着新波形、宽带宽信号的出现，军事通信系统多 次升级，为增加通向战士的数据流量创造了条件。目前，采用 AD9361一类收发器的战术电台已能充分发挥软件定义无线电(SDR) 架构的优势，根据需要实时适应战区内的不同通信标准和协议。 带宽更宽的数据链路不但可以实现向战士传输数据，还可实现从 战士接收数据。这类数据可能包括实时视频影像和资产跟踪信 息，将来还可能包括健康监控等功能以及惯性导航信息等。图1 所示为现代及新一代战士可能使用的多种系统。 随着传感器集成度的提高，随着尺寸、重量和功耗(SWaP)的下 降，将会有更多的传感器集成到单兵系统中，以实现这些功能及 类似功能。 传感器的数量以及所产生的数据量都将要求使用无线互联技术， 要求先用短程数据链把数据聚合起来，然后再由战术电台把数据 传送回指挥中心，以便指挥机构对战士进行监控并为其提供更好 的支持。无人驾驶飞行器，尤其是无人机(UAV)的运用进一步推高 了对无线数据的需求，同时也对频谱的利用起着推动作用。在国 防领域，目前有大量的各类飞行器在役，从Northrop Grumman公司 全球鹰等大型平台到Aerovironment公司大乌鸦无人机等小型平台 系统，应有尽有。对于这些飞行器和波形来说，无线网络和卫星 通信链显然是一个主要要求。业内专门为这些系统制定了标准， 包括小型无人机系统数字数据链(SUAS DDL)波形。借助这样的波 形，不但可以实现对小型无人机的控制，更重要的是，还能将机 载传感器网络发来的数据和视频信息传到控制器。利用该网络可 以更加灵活、更加有效地收集现场情报。然而，这些平台功率有 限，并且在可用带宽有限且要求多个系统在同一频段工作的情况 下，它们推高了对通信链中所用收发器的需求。 BLAST DETECTION MONITOR RADIO AND GPS HEALTH MONITOR REMOTE CONTROL KEYPAD, RADIO, AND CAMERA 图1. 士兵系统 RETRACTABLE NIGHT VISION CENTRAL COMPUTER INERTIAL NAVIGATION SENSOR 尽管国防工业在无人机系统领域处于领先地位，但大量报道显 示，许多商业系统和运营商计划将来采用无人机技术，据报道， 亚马逊、谷歌等公司正在开发这些系统。诸如此类的商业活动同 样要求无线和安全数据链。随着这一市场领域的发展，分配频谱 需求将继续水涨船高，进一步推高对高级通信收发器的需求。 进一步深入航空航天领域，在如今商用飞机上，无线宽带通信系 统大行其道，如此一来，乘客就可在飞行途中通过WiFi访问互联 网。目前，对这些服务的需求及其延伸必将延续下去，大量利用 卫星通信以在全球实现宽带连接。除这些发展动向以外，航空航 天市场已开始主动寻求将无线技术引入一系列其他应用领域。业 内已开始主动评估无线传感器的应用价值，以期提高安全性和燃 油效率。通过降低飞机重量，可以提高燃油效率。为此，对传感 器技术以及传感器之间的互联选择也在进行严格审核。在现代高 级军用和商用飞机中，所用线缆可能多达100000条，长度可能超 过470米，重量可能高达5700公斤，这还不包括结构固定点的基 础设施和导线，这些可能再增加30%。虽然用无线传感器取代所 有这些的可能性不大，但由企业、学术界和政府机构成立的合作 /cn 组织航空航天飞行器系统研究所(AVSI)已着手对这种可能性展开 研究。AVSI成立了一个工作组，专门研究无线航天电子内部通信 (WAIC)技术，其目标是在不使用电缆和线束的情况下，把多种多 样的飞机传感器相互连接起来。 尽管在这种应用中，无线传感器无疑会减轻重量，传感器网络还 能带来其他好处，包括可再配置能力，可能还有利于提高安全 性，但更重要的是，无线传感器还能快速添加和升级传感器，无 需增加布线和基础设施。对飞机上更多功能进行监控和调整的能 力有可能大幅提高效率，因为可以实时调整发动机、热管理系统 等组件。此外，添加设备健康监控和额外的安全监控功能以R