CN107395266A - 分布式无人机测控数据链综合测试系统及方法 - Google Patents

分布式无人机测控数据链综合测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

分布式无人机测控数据链综合测试系统是针对无人机测控数据链设备的技术性能指标的测试。无人机测控数据链设备分为两部分：地面数据终端和机载数据终端，综合测试系统设计了两个机柜，分别放置地面数据终端和机载数据终端附近，测试需要在典型工况电磁环境下进行测试，设计了电磁环境干扰仿真模拟机柜(简称抗干扰机柜)放置在机载数据终端附近发射干扰信号，测试无人机测控数据链设备的抗干扰性能。分布式无人机测控数据链综合测试系统包括连接地面站的主测试机柜、连接无人机的副主测试机柜、抗干扰机柜、多径反射板、天线、互联光缆和配套设备等。

Description

分布式无人机测控数据链综合测试系统及方法
技术领域
本发明涉及无人机测控数据链自动测试领域中，使用分布式的自动测试系统，构建典型工况电磁环境下的对无人机测控数据链设备的技术性能测试的综合测试系统。
背景技术
近年来无人机的安全检测日益受到重视，已成为迫切需要解决的问题。其主要原因是随着飞行空域的逐渐开放，大量的无人机将应用于各个领域。无人机系统的安全性不仅关系到其自身，更关系到同一空域内其它飞行器的安全，以及无人机飞行区域内的人民生命和财产的安全。现今我国还没有一套关于无人机安全性检测的标准法规，无人机的安全性存在着巨大隐患。安全检测和评估是消除隐患的有效方法之一。
无人机测控数据链是无人机系统中的重要组成部分，无论无人机的自主性有多高，其安全保证还是依赖于地面导航员的正确操作。测控数据链是连接无人机和导航员的唯一纽带，因此对飞机系统的安全起着至关重要的作用。无人机测控数据链的可靠性、安全测试与评估是无人机系统安全检验中不可或缺的重要环节。
目前，无人机测控数据链的安全可用性只能靠长时间的飞行试验来检验，这个过程耗时长，成本高。而且飞行试验也只能在少数几个典型的工况、环境下进行，难以覆盖所有的状况。当无人机需要在新环境下执行任务时，只能重新做飞行验证，不然就面临着巨大的风险。因此探索一套可覆盖各种工况和环境且行之有效地安全可用性检测方法来部分代替飞行验证就成为当务之急。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是能够实现在典型工况电磁环境下的对无人机测控数据链设备的技术性能进行自动测试。
本发明采用的技术方案为：
分布式无人机测控数据链综合测试系统，使用分布式的自动测试系统，在典型工况电磁环境下的对无人机测控数据链设备的技术性能进行测试；
分布式无人机测控数据链综合测试系统，包括主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜；其中，所述的无人机测控数据链包括地面数据终端和机载数据终端；
主测试机柜用于测试地面数据终端的信号性能并接收副测试机柜发送的机载数据终端的信号性能；还用于产生上行信号发送至地面数据终端，产生下行信号发送至副测试机柜；还用于对接收到的耦合入干扰信号的上行信号进行比对并计算时间差，对接收到的耦合入干扰信号的下行信号计算时间差；还用于控制抗干扰测试机柜产生干扰信号；
地面数据终端用于通过射频传输将上行信号耦合入干扰信号后传输至机载数据终端，还用于将耦合入干扰信号的下行信号解调后传输至主测试机柜；
机载数据终端用于将耦合入干扰信号的上行信号解调后发送至副测试机柜；还用于通过射频传输将下行信号耦合入干扰信号后发送至地面数据终端；
副测试机柜用于将耦合入干扰信号的上行信号发送至主测试机柜；还用于将下行信号发送至机载数据终端；还用于测试机载数据终端的信号性能，将测试结果发送至主测试机柜；
抗干扰测试机柜用于在主测试机柜的控制下产生干扰信号。
其中，地面数据终端和机载数据终端之间的射频传输为有线传输或无线传输。
其中，射频传输为有线传输时还包括程控衰减器和射频合路器，程控衰减器用于在主测试机柜的控制下分别衰减下行信号或上行信号；射频合路器用于分别将干扰信号耦合到上行信号或下行信号中。
其中，主测试机柜放置在地面站附近，连接地面数据终端；副测试机柜放置在机载数据终端附近，连接机载数据终端，抗干扰机柜放置在机载数据终端附近，发射干扰信号，三个机柜形成一个通信网。
其中，还包括多径反射板，多径反射板用于加强多径信号。
分布式无人机测控数据链综合测试方法，具体包括以下步骤：
(1)搭建分布式无人机测控数据链测试系统，所述的测试系统包括主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜；主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜分别包括测试计算机和测试仪器；
(2)将主测试机柜放置在地面数据终端附近，副测试机柜和抗干扰机柜分别放置在机载数据终端附近，主测试机柜与副测试机柜通过光纤连接，副测试机柜与抗干扰机柜通过网线连接；
(3)分别开启主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜各自的测试计算机和测试仪器，测试各部分的通信功能正常；
(4)启动测试系统，对地面数据终端和机载数据终端的性能指标进行测试；
(5)主测试机柜根据测试数据计算测试结果，记录测试结果，输出XML格式的测试结果报表；
其中，步骤(4)具体为：
主测试机柜测试地面数据终端的信号性能，副测试机柜测试机载数据终端的信号性能；主测试机柜产生上行信号，上行信号经地面数据终端并耦合入干扰信号后传输至机载数据终端，依次经机载数据终端和副测试机柜传输至主测试机柜，主测试机柜将耦合入干扰信号的上行信号进行比对并计算时间差；主测试机柜产生下行信号，下行信号依次经副测试机柜和机载数据终端并耦合入干扰信号后传输至地面数据终端，经地面数据终端传输至主测试机柜，主测试机柜将耦合入干扰信号的下行信号计算时间差。
其中，步骤(3)中测试各部分的通信功能正常具体为：分别测试主测试机柜与副测试机柜的光纤通信正常，副测试机柜与抗干扰测试机柜的网络通信正常，主测试机柜与抗干扰测试机柜的通信正常，主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜各自的测试计算机与测试仪器通信正常。
本发明与背景技术相比有如下优点：
1.本发明根据无人机测控数据链设备的特点采用分布式的综合测试系统，能够自动测试出无人机测控数据链设备的技术性能指标。
2.本发明计算出的测试结果不受人为因素的影响。
3.本发明能够产生典型工况电磁信号干扰无人机测控数据链的通信信号，测试无人机测控数据链设备的抗干扰性能。
4.本发明使用多径反射板测试无人机测控数据链的抗多径性能。
5.本发明缩短了无人机测控数据链设备的性能指标检测的时间。
附图说明
图1是本发明分布式无人机测控数据链综合测试系统的硬件连接关系图；
图2是本发明分布式无人机测控数据链综合测试系统的数据流图；
图3是本发明有线测试的测试框图；
图4是本发明无线测试的测试框图；
图5是本发明抗干扰测试的测试框图。
具体实施方式：
下面，结合图1至图5对本发明作进一步说明。
无人机测控数据链设备分为两部分：地面数据终端和机载数据终端，地面数据终端放置在地面站中，机载数据终端放置在无人机设备舱内。测试无人机测控数据链设备的性能指标即测试这两个数据终端的接收和发送信号的性能指标，在进行无线测试时，地面数据终端和机载数据终端需拉开1～2公里的距离，如图1和图2，综合测试系统设计了两个机柜，分别放置地面数据终端和机载数据终端附近，放置在地面站附近，连接地面数据终端的命名为主测试机柜，放置在无人机附近，连接机载数据终端的命名为副测试机柜，整个测试流程由主测试机柜控制，主测试机柜与副测试机柜有数据交互，硬件由光纤连接。测试需要在典型工况电磁环境下进行测试，设计了电磁环境干扰仿真模拟机柜(简称抗干扰机柜)放置在机载数据终端附近发射干扰信号，测试无人机测控数据链设备的抗干扰性能。抗干扰机柜根据测试需求发射相应的干扰信号，接收主测试机柜的控制命令，抗干扰机柜通过网线与副测试机柜连接，三个机柜形成一个通信网。主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜分别由测试计算机和测试仪器构成；
分布式无人机测控数据链综合测试系统组成包括连接地面站的主测试机柜、连接无人机的副主测试机柜、抗干扰机柜、互联光缆、多径反射板、功放天线组合、配套设备等，综合测试系统的设备都可移动，机柜底部设计了用于移动的滚轮，其他配套设备都小型化或有滚轮易移动，综合测试系统根据测试的需求，放置在测试需要的位置。
如图3和图4所示为有线和无线测试系统框图，分布式无人机测控数据链综合测试系统中主测试机柜用于测试地面数据终端的信号性能并接收副测试机柜发送的机载数据终端的信号性能；还用于产生上行信号发送至地面数据终端，产生下行信号发送至副测试机柜；还用于对接收到的耦合入干扰信号的上行信号进行比对并计算时间差，对接收到的耦合入干扰信号的下行信号计算时间差；还用于控制抗干扰测试机柜产生干扰信号；
地面数据终端用于通过射频传输将上行信号耦合入干扰信号后传输至机载数据终端，还用于将耦合入干扰信号的下行信号传输至主测试机柜；
机载数据终端用于将耦合入干扰信号的上行信号发送至副测试机柜；还用于通过射频传输将下行信号耦合入干扰信号后发送至地面数据终端；
副测试机柜用于将耦合入干扰信号的上行信号发送至主测试机柜；还用于将下行指令信号发送至机载数据终端；还用于测试机载数据终端的信号性能，将测试结果发送至主测试机柜；
抗干扰测试机柜用于在主测试机柜的控制下产生干扰信号。
地面数据终端和机载数据终端之间的射频传输为有线传输或无线传输。射频传输为有线传输时还包括程控衰减器和射频合路器，程控衰减器用于在主测试机柜的控制下分别衰减下行信号和上行信号；射频合路器用于分别将干扰信号耦合到上行信号和下行信号中。抗干扰测试时还包括多径反射板，多径反射板用于加强多径信号。
分布式无人机测控数据链综合测试方法，具体包括以下步骤：
(1)搭建分布式无人机测控数据链测试系统，所述的测试系统包括主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜；主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜分别包括测试计算机和测试仪器；
(2)将主测试机柜放置在地面数据终端附近，副测试机柜和抗干扰机柜分别放置在机载数据终端附近，主测试机柜与副测试机柜通过光纤连接，副测试机柜与抗干扰机柜通过网线连接；连接关系如图1所示。多径反射板放置在无人机附近。
(2)分别开启主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜各自的测试计算机和测试仪器，测试各部分的通信功能正常；测试各部分的通信功能包括：：分别测试主测试机柜与副测试机柜的光纤通信正常，副测试机柜与抗干扰测试机柜的网络通信正常，主测试机柜与抗干扰测试机柜的通信正常，主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜各自的计算机与测试仪器通信正常，测试计算机与其他配套设备通信正常。通信的数据流图如图2所示。
(3)启动测试系统，根据测试项连接被测设备，对地面数据终端和机载数据终端的性能指标进行测试；具体为：
主测试机柜测试地面数据终端的信号性能，副测试机柜测试机载数据终端的信号性能；主测试机柜产生上行信号，上行信号经地面数据终端并耦合入干扰信号后传输至机载数据终端，依次经机载数据终端和副测试机柜传输至主测试机柜，主测试机柜将耦合入干扰信号的上行信号进行比对并计算时间差；主测试机柜产生下行信号，下行信号依次经副测试机柜和机载数据终端并耦合入干扰信号后传输至地面数据终端，经地面数据终端传输至主测试机柜，主测试机柜将耦合入干扰信号的下行信号计算时间差。
测试项包括工作频段、作用距离、上行传输速率、下行传输速率传、输误码率、误指令率、漏指令率、上行链路时延、下行链路时延、上行抗干扰容限、频率准稳度、信号带宽、抗多径频率选择性衰落中断概率测试等测试项。
首先进行无人机测控链路的有线测试，测试框图见图3。有线测试即无人机测控数据链的地面数据终端通过射频电缆、程控衰减器、射频合路器与机载数据终端相连；主测试机柜通过网络、射频电缆和串口与无人机测控数据链的地面数据终端(包括硬件和软件)相连，测试仪器中误码仪接口与GDT相连；副测试机柜需要按照机载数据终端与航电总线接口与其相连，与航电总线接口一般包括异步串口、1553总线、CAN总线，误码仪接口与机载数据终端相连。抗干扰测试机柜输出干扰信号通过射频合路器耦合到射频电缆中。有线测试项包括：地面、机载发射射频信号工作频段、频率准稳度、信号带宽、输出功率、有线的抗干扰性能、上行传输速率、下行传输速率、输误码率、误指令率、漏指令率、上行链路时延、下行链路时延。有线的抗干扰性能是在上行、下行接收机灵敏度电平、误码率测试状态下，抗干扰测试机柜发送典型干扰射频信号，通过射频合路器将干扰信号耦合到上行、下行信道。调节干扰信号电平，测试出满足误码率要求的干信比。
再进行无人机测控链路的无线测试，测试框图见图4。视距链路无线拉距试验主要完成链路抗多径、抗干扰性能测试，地面站与无人机间拉开1km，上行、下行小功率，主测试机柜网络连接无人机测控数据链的地面数据终端，程控衰减器串入遥控发射信道；副测试机柜通过机载数据终端接口转换设备与机载数据终端相连，射频衰减器串入遥测发射信道；主、副测试机柜通过光缆互连。抗干扰机柜与无人机距离50m，发射天线对准机上天线，通过网络与副测试机柜互连，再与主测试机柜相连。
无线上行抗干扰测试框图如图5所示，无线上行抗干扰测试在上行、下行接收机灵敏度电平、误码率测试状态下，抗干扰测试机柜发送典型干扰射频信号，通过射频合路器将干扰信号耦合到上行、下行信道。调节干扰信号电平，测试出满足误码率要求的干信比。上行、下行链路抗多径平衰落性能测试，在视距无线信道中央加入多径反射板，加强多径信号，观察上行链路是否稳定，上行误码率是否提高。移动、转动多径反射板，法向移动会使多径衰落达到最大，判断抗多径平衰落性能。观察宽带下行链路误码率、图像是否流畅，测试下行链路抗多径性能。
(4)根据读取的测试数据计算测试结果，记录测试结果，输出测试结果报表。测试结果报表是一个XML格式的文件，为无人机测控数据链可靠性评估提供评估依据。
完成在典型工况电磁环境下的对无人机测控数据链设备的技术性能的自动测试。

Claims (8)

1.分布式无人机测控数据链综合测试系统，其特征在于：包括主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜；其中，所述的无人机测控数据链包括地面数据终端和机载数据终端；
主测试机柜用于测试地面数据终端的信号性能并接收副测试机柜发送的机载数据终端的信号性能；还用于产生上行信号发送至地面数据终端，产生下行信号发送至副测试机柜；还用于对接收到的耦合入干扰信号的上行信号进行比对并计算时间差，对接收到的耦合入干扰信号的下行信号计算时间差；还用于控制抗干扰测试机柜产生干扰信号；
地面数据终端用于通过射频传输将上行信号耦合入干扰信号后传输至机载数据终端，还用于将耦合入干扰信号的下行信号解调后传输至主测试机柜；
机载数据终端用于将耦合入干扰信号的上行信号解调后发送至副测试机柜；还用于通过射频传输将下行信号耦合入干扰信号后发送至地面数据终端；
副测试机柜用于将耦合入干扰信号的上行信号发送至主测试机柜；还用于将下行信号发送至机载数据终端；还用于测试机载数据终端的信号性能，将测试结果发送至主测试机柜；
抗干扰测试机柜用于在主测试机柜的控制下产生干扰信号。
2.根据权利要求1所述的分布式无人机测控数据链综合测试系统，其特征在于：地面数据终端和机载数据终端之间的射频传输为有线传输或无线传输。
3.根据权利要求2所述的分布式无人机测控数据链综合测试系统，其特征在于：射频传输为有线传输时还包括程控衰减器和射频合路器，程控衰减器用于在主测试机柜的控制下分别衰减下行信号或上行信号；射频合路器用于分别将干扰信号耦合到上行信号或下行信号中。
4.根据权利要求1所述的分布式无人机测控数据链综合测试系统，其特征在于：主测试机柜放置在地面站附近，连接地面数据终端；副测试机柜放置在机载数据终端附近，连接机载数据终端，抗干扰机柜放置在机载数据终端附近，发射干扰信号，三个机柜形成一个通信网。
5.根据权利要求1所述的分布式无人机测控数据链综合测试系统，其特征在于：还包括多径反射板，多径反射板用于加强多径信号。
6.分布式无人机测控数据链综合测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)搭建分布式无人机测控数据链测试系统，所述的测试系统包括主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜；主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜分别包括测试计算机和测试仪器；
(2)将主测试机柜放置在地面数据终端附近，副测试机柜和抗干扰机柜分别放置在机载数据终端附近，主测试机柜与副测试机柜通过光纤连接，副测试机柜与抗干扰机柜通过网线连接；
(3)分别开启主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜各自的测试计算机和测试仪器，测试各部分的通信功能正常；
(4)启动测试系统，对地面数据终端和机载数据终端的性能指标进行测试；
(5)主测试机柜根据测试数据计算测试结果，记录测试结果，输出XML格式的测试结果报表；
完成对分布式无人机测控数据链的综合测试。
7.根据权利要求6所述的分布式无人机测控数据链综合测试方法，其特征在于，步骤(4)具体为：
主测试机柜测试地面数据终端的信号性能，副测试机柜测试机载数据终端的信号性能；主测试机柜产生上行信号，上行信号经地面数据终端并耦合入干扰信号后传输至机载数据终端，依次经机载数据终端和副测试机柜传输至主测试机柜，主测试机柜将耦合入干扰信号的上行信号进行比对并计算时间差；主测试机柜产生下行信号，下行信号依次经副测试机柜和机载数据终端并耦合入干扰信号后传输至地面数据终端，经地面数据终端传输至主测试机柜，主测试机柜将耦合入干扰信号的下行信号计算时间差。
8.根据权利要求6所述的分布式无人机测控数据链综合测试方法，其特征在于：步骤(3)中测试各部分的通信功能正常具体为：分别测试主测试机柜与副测试机柜的光纤通信正常，副测试机柜与抗干扰测试机柜的网络通信正常，主测试机柜与抗干扰测试机柜的通信正常，主测试机柜、副测试机柜和抗干扰机柜各自的测试计算机与测试仪器通信正常。
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