无人机激光通信技术的应用需求分析

汪　熙，朱　刚

（装甲兵工程学院， 北京 100072）

（Armoured Forces Engineering Academy， Beijing 100072， China）

无人机激光通信技术的应用需求分析

汪熙，朱刚

（装甲兵工程学院， 北京 100072）

随着社会发展步伐的不断加快，新技术、新理念层出不穷，无人机技术也得到了空前地发展，不管是在发展规模方面或是技术方面都取得了一定的成绩，其已从传统的单一侦查模式逐渐向多元化与自动化方向发展。基于此，文章对无人机激光通信技术进行了探讨与研究，分析无人机激光通信荷载中的关键技术的应用分析以及所面临的难题，为自主研制无人机激光通信荷载提供一定的借鉴。

无人机；激光通信技术；应用分析

近些年来，随着我国科技发展浪潮地不断推进，无人机（Unmanned Aerial Vehicle， UAV）激光通信技术也得到了突飞猛进的发展，不管是在发展规模方面还是技术层面上都取得了显著的成绩。无人机激光侦察模式已从先前的单一侦查方式逐渐向多元化模式转变。本文通过对无人机激光通信技术应用需求的探讨与分析，旨在说明无人机激光通信技术的重要性，并对存在的问题采取行之有效的解决策略加以应对。在文章的最后论述了无人机激光通信荷载未来的发展方向以及所面临的挑战，为自主研制无人机激光通信荷载技术提供一定的指引。

1　应用需求

1.1 数据传输的海量需求

当前我国航空、航天侦察平台正在向多元化方向发展，这使得传统的数据处理模式已远远不能满足实际所需，因此需对海量原始数据采取无损压缩方式借助侦察平台进行传输，从而迎合现代军事发展之所需。现以机载停损点转向指标（Stop and Reverse，SAR）为例加以说明，机载SAR的数据传输速率可达到3Gbps以上，但由于机载SAR受微波传输速率的制约，系统所获取的图像以及数据很难借助微波系统在第一时间进行传输，阻碍了无人机侦探技术的精准性，所以新型系统的应运而生可弥补这一缺陷，实现信息的高速运转。

1.2 定向隐秘传输需求

纵观当前站场上的通信方式大都采取的是无线电通信模式，这种通信模式容易受到外来信号的干扰而且保密性能差，易泄露重要信息。而采取激光通信技术则可大大弥补上述缺点，其具有较高的保密性能而且信息不容易被拦截。激光通信技术的优越性主要表现为：首先激光是沿直线方向传播的，束散角度很小，被拦截的可能性微乎其微；其次，所选择的通信激光一般是红外光，此种激光属于不可见光，因此不容易被外敌发现与捕获，隐蔽性较高。所以，激光通信满足定向隐秘传输的相关要求，而且具有高效、安全的特征，值得大力应用。

1.3 空间高速组网需求

由于无人机成本的不断降低再加之其处理模式的多样化，其将引领未来站场，为我国航空作战提供可靠的支撑。随着各类飞机之间数据信息交流地日益频繁性，机群内各飞机之间的组网运行也变得日益普及，为了更好地实现这一有效运转，无人机激光通信技术的应用则显得尤为关键。

1.4 轻小型、低功耗需求

无人机平台对荷载重量以及功耗有着非常严格的要求，通常情况下，激光通信荷载材料选择的是重量较轻而且能耗低的半导体激光器件。所以激光通信荷载完全满足无人机平台的相关要求。

1.5 技术发展推动需求

与传统作战存在一定的差异，现代作战由于环境条件等因素的影响，对无人机的需求度较之前出现了明显的增长趋势，无人机在很多领域都得到了广泛应用。迄今为止，有很多国家都配备有一定数量的无人机装备，有的发达国家还专门从事军用无人机的研发与生产工作。如对美国通用原子航空公司进行数据统计后知，此过往20年中，此公司相继研发出无人机近20种，平均每天每秒会有无人机GA-ASI大约67架在全球飞行，如图1所示。所以，对无人机激光通信荷载关键技术的深入探讨，打造空天一体化联合作战通信网络平台，可为军事行业的发展起到一定的促进作用。

图1 无人机统计数据示意

2　关键技术及有效解决策略

2.1 轻小型化设计技术

由于无人机的承载能力有限，怎样才能在确保荷载重量满足相关要求的基础上确保激光通信荷载性能稳定运行时当前亟待解决的难题。通过研究得知国外一些发达国家所生产的无人机激光通信荷载重量可控制在l0kg以下，而国内的机载激光通信载荷只能做到70kg左右，很难满足其相关要求。所以，研制轻小型激光通信荷载设计技术很重要。

主要解决方式：为了有效解决上述难题，设计师们经过综合权衡后对原有设计体系进行不断优化，尽可能地选择重量轻而且材料性能好的部件。此外在满足性能的基础上将光学、通信等系统进行集成设计。

2.2 大气信道补偿技术

在机载激光通信荷载技术的运行中，大气信道对其的影响力也是不容忽视的内容。大气对激光信号的吸收与散射会使得所接收到的信号逐渐衰减，若遇上强气流天气，会使得激光所发射出的频率波稳定性极差，最终影响激光通信跟踪的精确性。

主要解决策略：为了最大限度地消除大气信道所造成的不良影响，设计师们需要重视机载大气信道特性的研究工作，消除其不利因素。在设计中可根据需要扩大光学天线接收口径，利用孔径平滑效应尽可能地消除大气流对设备所造成的影响，减少误码率现象的发生，为作战人员提供准确的情报信息。

2.3 空间环境适应性设计

外界环境也会对无人机激光通信荷载系统造成一定的影响。气压差的变化、恶劣天气的干扰等都给机载激光通信设计带来了许多挑战。再加之战场形态的瞬息万变，处在这种环境下，无人机载激光通信系统的实际性能会受到不同程度的影响，给作战人员在实际使用中带来了些许不便。

主要解决途径：为了确保光学系统的精确度满足相关要求，在材料的选择上应挑选性能优良而且刚度强的材料。机载激光通信系统必须安装一定的防震减震系统，以确保其在高空运行中的稳定性。设计人员在安装中应严格按照标准进行科学安装，提高设备的使用性能。

3　应用方向与面临挑战

3.1 无人机情报侦察和战场监视

高空长航时侦查无人机不仅飞行高度高、续航时间较长，而且能够进行自主攻击，不易被敌人发现等特征。无人机上可搭载多种传感器装置，可在局部战争或者武装冲突中实现远程监控的目的。倘若有战争或者其他冲突现象发生时可以进行全方位立体侦查，为我方搜集敌方作战相关信息，打击敌方部队。无人机还可借助激光通讯模式将所获取的数据通过卫星等系统向指挥中心传输，保证情报的实时准确传输，为获取到精准的作战情报提供可靠的保障。

3.2 无人机激光中继通信、隐蔽通信、保密通信

激光通信荷载技术可应用到多个领域内，包括无人机中继通讯、保密通信等。该系统必须通过舰载无人机激光通信链路对掌握的情报或者其他作战信息进行传递与发送，保证了现代作战距离远、作战范围广的环境下能够将作战指挥指令的发布以及下达等进行准确传达，提高了现代信息化作战水平。

3.3 空中骨干网节点之间的高速数据传输

高指挥数据传输技术被应用于预警机与地面或者其他指挥节点大数据传输交互面上，其传输速度可达到l0Gbps以上，确保了大型骨干网络节点之间数据的高速传输效率。

3.4 海上联合执法及海上执法指挥通信系统

海上联合执法与海上执法指挥通信系统可以借助无人机激光通信荷载将无人机与军舰之间进行有效连接，强化执法力度。近些年来无人机激光通信荷载技术也在其他方面得到广泛的应用，比如民用应急信息传输等领域。然而由于我国技术条件的制约，在无人机激光通信荷载方面的发展还较发达国家相比处于劣势地位，特别是在解决海面湿汽、海浪杂光等方面还存在很多不足之处，仍需开展深入研究，为我国航海事业的发展做出一定的贡献。

4　结语

综上所述，随着我国科技发展步伐的不断推进，激光通信技术也在抢占先机，取得了大力发展。当前，激光通信荷载技术在无人机作战中得到了广泛的应用，可为我国军事行业的发展提供一定的帮助。

［1］王红星，宋博，吴晓军.指向误差对海上无线光通信误码率性能的影响分析［J］.光学学报，2016（9）：33-35.

［2］柯熙政，张雅.FSO系统中部分相干阵列光束的传输特性研究［J］.激光与光电子学进展，2016（10）：61-62.

Analysis of application requirement laser communication technology of UAV

Wang Xi， Zhu Gang

With the accelerating pace of social development， new technology， new ideas have been emerging in an endless stream， and UAV technology has also been an unprecedented development in the development of the scale and technology， which has made certain achievements， its development has transformd gradually from the traditional single mode of investigation to diversifcation and automation direction. Based on this， UAV laser communication technology is researched and discussed in this paper， and analysis of whose key technology of laser communication load and problems faced are analyzed to provide certain reference for the independent research of UAV laser communication load.

UAV（unmanned aerial vehicle）； laser communication technology； application analysis

（Armoured Forces Engineering Academy， Beijing 100072， China）

汪熙（1979— ），男，北京，硕士，讲师；研究方向：光电。