CN109921881A - 基于高效低复杂度ldpc码的无人机中继指控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，包括：控制终端；中继站，通过蜂窝移动通信网络与控制终端连接，用于将接收到的所述控制指令转码为无人机可接收的格式化控制消息，并在进行包括调制、编码、纠错、校验和信号放大在内的处理后通过外置超短波天线发送至无人机机载电台；中继站还用于接收来自无人机机载电台的信息并译码解调出二进制比特信息，再转码为符合蜂窝通信移动网络格式的信号后发送给所述控制终端；无人机。本发明通过蜂窝移动网络的充分使用对无人机实现远程异地控制，提高数据传输的可靠性和有效性，对所传输信息进行高效的编解码处理，达到多方面全方位使用无人机，尽最大努力投入到社会的各个行业领域。

Description

基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统

技术领域

本发明涉及基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统。

背景技术

目前国内外对无人机中继电台系统的研制基本处于空白状态，对无人机的操作应用绝大部分仍处于传统的人机同地工作模式。

国内外某些大型企事业单位，研制了一些军用无人机电台，但由于其行业的特殊性(军事目的)，其功能往往以追求大带宽、高性能为主，较少考虑成本、功耗、数量等因素，大规模应用会有诸多的限制。这部分军用无人机电台中继方式一般不采用民用蜂窝网作为延展距离的介质，而是采用微波接力的式达到中继目的，其技术手段与本发明有一定的区别，军用无人机电台一般采用软件无线电构架，价格昂贵，单节点价格较高。而国内外部分小微企业，为减少研发实现难度、降低硬件材料成本，无人机中继台一般都是基于802.11abgn协议或802.16等公开标准研制，其产品实现方式均是以市面上较为常见的无线Wifi网络芯片为主处理器芯片，该类芯片已经集网络层、链路层、物理层于一体，要想改变其中部分参数(如频率、功率、组网协议、调制方式、编解码选择和格式化消息字等)的可能性极其小，甚至是不可能实施。同时，该类芯片被美国TI、AD等公司垄断，要针对无人机-电台之间的专用数据链网络做定制化二次开发的可能性极小。

然而，基于802.1x芯片设计出的无人机中继电台，产品同质化现象很明显，本身带有不可弥补的缺陷：①小功率，一般在100mW以下；②重复频率，集中在2.4G或5.8G，信道拥挤，传输信息易受干扰；③组网方式固定不可变通，只能基于TCP/IP网络，对无人机-地面台之间的专用数据链网络不可适用；④频段高，导致传输损耗大，一般控制距离不超过1000米，严重阻碍抑制了无人机在多方面的大范围使用；⑤信息传输采用传统编解码方式，纠检错能力相对较差，信道误码率较大，信息传输可靠性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，通过蜂窝移动网络的充分使用对无人机实现远程异地控制，提高数据传输的可靠性和有效性，对所传输信息进行高效的编解码处理，进而达到多方面全方位使用无人机。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，包括：

控制终端，用于通过中继器向无人机发送控制指令，并接收经中继器译码解调后的无人机态势信息；

中继站，通过蜂窝移动通信网络与控制终端连接，用于将接收到的所述控制指令转码为无人机可接收的格式化控制消息，并在进行包括调制、编码、纠错、校验和信号放大在内的处理后通过外置超短波天线发送至无人机机载电台；所述中继站还用于接收来自无人机机载电台的信息并译码解调出二进制比特信息，再转码为符合蜂窝通信移动网络格式的信号后发送给所述控制终端；

无人机，其上设置有无人机机载电台，通过超短波地空数据链网络与所述中继站连接，所述无人机机载电台用于在接收到经过处理后的控制信息后通过总线获取到无人机态势信息，对所述无人机态势信息的二进制信号进行包括调制、编码、纠错、校验和信号放大在内的处理后通过机载超短波天线发送至中继器。

进一步地，所述的控制终端为能使用蜂窝移动网络的移动终端或PC终端。

进一步地，所述编码采用经过变换的LDPC编码，LDPC码的码长为n，编码码字为c，信息码长度为k，信息码字为u，校验码长度为m＝n-k；其中，所述经过变换的LDPC编码采用的校验矩阵为对标准LDPC编码中的校验矩阵做行列置换，让校验矩阵中间子模块出现近似上三角结构，再对校验矩阵进行分块处理，使中间子模块的上三角矩阵独立成一个子矩阵，继而对该子矩阵的特殊结构进行高效迭代编码；具体地，校验矩阵记为：

其中，矩阵T是尺寸为(m-g)×(m-g)的上三角矩阵，即T的对角线上的元素都为1，对角线下的元素都为0；矩阵A的尺寸为(m-g)×g；矩阵B的尺寸为(m-g)×k；矩阵E的尺寸为g×(m-g)，矩阵C的尺寸为g×g；矩阵D的尺寸为g×k，g为扩展因子，g越小则编码的复杂度就越低；

对校验矩阵H中的子矩阵E经过初等变换化为零矩阵，相当于将校验矩阵H左乘以矩阵变换后的校验矩阵为：

其中，I_m-g和I_g分别是大小为(m-g)×(m-g)和g×g的单位矩阵；

记C'＝C-ET^-1A，D'＝D-ET^-1B，则有：

设码字矢量表示为c＝[p₁ p₂ s]，其中s为信息位，p₁和p₂表示校验位；由校验方程c·H′^T＝0可知，码字矢量与各校验子矩阵的关系为：

计算过程中如果C′不可逆，则对矩阵H′进行行列置换直到C'可逆为止；在求得p₁后，则可求解出p₂，矩阵A，B和T都是稀疏矩阵，T^-T是下三角矩阵；

所述编码的步骤包括：

S11：计算p₁＝s·D′^T·C′^T；

S12：计算f₁＝s·B^T；

S13：计算f₂＝p₁·A^T；

S14：计算p₂＝(f₁+f₂)·T^-T。

进一步地，所述的译码采用BPSK调制方式，取值为{0,1}的码字c_i映射为{+1,-1}的符号序列x_i(i＝0,…,n-1)，经信道传输后的接收符号为y_i＝x_i+n_i，其中n_i是均值为0方差为σ²的统计独立同分布的加性高斯噪声变量；

假设在第k次译码迭代过程中，表示第n位输入数据的后验对数似然比值，表示变量节点n向校验节点m传递的消息，表示校验节点m向变量节点n传递的消息，则译码的步骤包括：

S21：初始化：对n∈{1,2,…,N}，m∈M(n)，则经过信道传输后接收到的初始对数似然比值为：

表示变量节点n的初始对数似然比值，M(n)表示与变量节点n相连的所有校验节点的集合，N_(m)表示与校验节点m相连的所有变量节点的集合；

S22：校验节点更新：对每个变量节点n和n∈N_(m)，计算：

式中，函数sign(x)和Φ(x)分别定义为：

N(m)\n表示集合N(m)中去掉变量节点n后的所有变量节点的集合；M(n)\m表示集合M(n)中去掉校验节点m后的所有校验节点的集合；

S23：变量节点更新：对每个校验节点m和m∈M(n)，计算：

则可知对每个变量节点，后验对数似然比值为：

S24：译码判决：

可得到译码后的码字根据校验方程计算伴随式：

如果伴随式S＝0，则译码成功结束译码，并将译码后的码字作为有效值输出；如果伴随式S≠0，则需重复步骤S22～S24，直至达到预设的最大迭代次数停止迭代。

进一步地，步骤S22中，所述校验节点更新的公式替换为最小和算法SM的公式：

进一步地，基于所述最小和算法SM的公式，步骤S22中，所述校验节点更新的公式替换为归一化最小和算法Normalized SM的公式：

或者替换为偏移最小和算法Offset SM的公式：

进一步地，以上最小和算法Normalized SM和偏移最小和算法Offset SM中，最优的α和β值通过计算机仿真或密度进化理论得到。

进一步地，采用更便于硬件实现的偏移最小和算法Offset SM。

进一步地，所述无人机用于农业灌溉、播种、植保和农药喷洒领域，还用于警用作业、电力勘测、抗震救灾、野外临时通信保障和部分军事活动领域。

进一步地，所述调制和解调在满足可解调的信噪比前提下，采用π/4-DQPSK高效调制和解调方式。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提出了一种新型的基于高效低复杂度LDPC编解码的能够使用于蜂窝移动网络的无人机中继指控系统，通过蜂窝移动网络的充分使用对无人机实现远程异地控制，提高数据传输的可靠性和有效性，对所传输信息进行高效的编解码处理，进而达到多方面全方位使用无人机，尽最大努力投入到社会的各个行业领域，促进我国经济社会的快速发展。此系统的研制，可解决以往无人机和控制者必须在同一地域的限制，同时还可以提高控制信息的高速精确可靠传输，无人机控制者也可在异地通过蜂窝移动网的传输控制，达到实时监控、指挥无人机的飞行，并获取无人机捕获的各种信息，解决异地控制无人机的难题。

(2)调制/解调方式：在个人移动终端(或PC端)、中继台和无人机内部进行数据信息处理时，在满足可解调的信噪比前提下，采用π/4-DQPSK高效调制/解调方式，可以克服解调信号的相位模糊，提高带宽的有效利用率；

(3)信道编解码方式：首次采用具有稀疏校验矩阵的性能接近香农限的LDPC(LowDensity Parity Check Code)码，并对现有LDPC编解码算法进行优化改进达到高效低复杂度，使得信息能够高效可靠的传输，这是本发明的一大亮点，将当前最为优秀的信道编解码应用到无人机中继指控系统。

(4)架设方便：无人机控制者和中继电台只要安装在3G/4G信号覆盖到的地方即可工作，随着开发应用的进一步深入，在后续的开发中，只需将无人机控制者和中继台置于Internet网络覆盖的地方即可。

(5)中继台与无人机通信使用的地空无线网络，不采用传统的802.1X网络和频率(2.4G和5.8G)，采用超短波频率构建的专用地空网络，实现中继器与飞机之间的远程通信，在115.2kbps速率下控制距离理论上可达100km。

(6)系统具备安全功能，具备信息加密功能，仅授权用户能使用，同时设备也具有便携性，可适应外场的工作环境，具有良好的环境适应性，适用于车载或地面站等设备，满足车载电子设备的抗振要求、工业级运行温度范围、小型化、轻重量、低功耗及性能稳定等要求。

(7)相较于现有技术，采用不同译码方式，在保证译码性能的情况下降低译码算法的实现复杂度。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为实施例2中校验矩阵形式示意图；

图3为实施例2中编码器结构示意图；

图4为实施例2中编码性能比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，该系统可适用于农业灌溉、播种、植保和农药喷洒领域，还用于警用作业、电力勘测、抗震救灾、野外临时通信保障和部分军事活动领域，可解决以往无人机和控制者必须在同一地域的限制，同时还可以提高控制信息的高速精确可靠传输，无人机控制者也可在异地通过蜂窝移动网的传输控制，达到实时监控、指挥无人机的飞行，并获取无人机捕获的各种信息，解决异地控制无人机的难题。

具体地，如图1所示，基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，包括：

控制终端，用于通过中继器向无人机发送控制指令，并接收经中继器译码解调后的无人机态势信息；

中继站，通过蜂窝移动通信网络与控制终端连接，用于将接收到的所述控制指令转码为无人机可接收的格式化控制消息，并在进行包括调制、编码、纠错、校验和信号放大在内的处理后通过外置超短波天线发送至无人机机载电台；所述中继站还用于接收来自无人机机载电台的信息并译码解调出二进制比特信息，再转码为符合蜂窝通信移动网络格式的信号后发送给所述控制终端；

无人机，其上设置有无人机机载电台，通过超短波地空数据链网络与所述中继站连接，所述无人机机载电台用于在接收到经过处理后的控制信息后通过总线获取到无人机态势信息，对所述无人机态势信息的二进制信号进行包括调制、编码、纠错、校验和信号放大在内的处理后通过机载超短波天线发送至中继器。

其中，控制终端(所述的控制终端为能使用蜂窝移动网络的移动终端或PC终端)不需单独开发，可任选一款能正常使用蜂窝移动网络的终端设备；机载电台安装于无人机上，实现控制指令的接收处理和飞机态势信息的发送处理，考虑到机载电台的通信距离与信号稳定性的特征，选择超短波频段作为机载电台的工作频率，发射功率视机载供电环境和通信距离要求，在5W～100W之间选择确定；中继器必须安装于有蜂窝移动网络信号覆盖的地方，可安置于车辆或室内等位置，中继器与机载电台之间的覆盖半径可延扩到100km(此时要求无人机高度≥1000m)范围。中继器与控制终端之间的信号传输通过蜂窝移动网络实现，只要在基站覆盖范围内就能实现信号的可靠传输，理论上通信距离是不受限制的；中继器对外有两个射频接口，一个外接超短波频段(30MHz～900MHz)天线，实现对机载电台信号的收发，另一个外接个人移动终端(或PC端)天线，实现与控制终端之间信号的可靠稳定传输，进而实现终端信息的发送和无人机态势信息的获取、处理和传送等。

无人机中继指控系统的工作程序主要分为终端控制信号的上传和飞机态势信息的下传两部分。控制终端对机载电台发送控制指令，首先是通过蜂窝移动网络将指令传输到离无人机最近的中继器上，放置在移动基站覆盖范围内的中继器，可正常接收控制终端发出的指令；中继器将接收到的指令，转码为无人机可接收的格式化控制消息送入超短波无线通信电台内部，在电台内进行一系列的信号处理(调制、编码、纠错、校验和信号放大等)后，通过外置的超短波天线发送到无人机机载电台上，从而实现整个控制过程信号的传送。在终端控制信号传输到无人机机载电台后，机载电台迅速进行信号处理，进而将无人机的态势信息(如油量、经纬度、高度及所需获取的其他信息等)正确的反向传回到个人移动终端(或PC端)，实现地面操作人员在异地对无人机运行状态的实时监视控制及处理。无人机通过总线(如RS422、RS485等)，将态势信息传送回机载电台，机载电台对送入的二进制信号进行系列的处理(调制、编码、纠错、校验和信号放大等)后，通过机载超短波天线发送到中继器上，中继器接收到来自机载电台的信息后，译码解调出二进制比特信息，再转码为符合蜂窝移动网络格式的信号，通过就近的移动基站发送给异地的控制终端，进而实现整个监控信号的实时高效传送和处理。

另外，控制终端、中继台和无人机内部进行数据信息处理时，在满足可解调的信噪比前提下，采用π/4-DQPSK高效调制/解调方式，可以克服解调信号的相位模糊，提高带宽的有效利用率。

实施例2

基于实施例1的实现，本实施例提供基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，并进一步公开了编码的具体实现。

首先对现有技术的标准LDPC编码进行说明，设LDPC码的码长为n，编码码字为c，信息码长度为k，信息码字为u，校验码长度为m＝n-k。校验矩阵H经高斯消元可化为：

H＝[P_m×k I_m×m]

式中：P_m×k是m×k的二进制矩阵，I_m×m是m×m的单位矩阵。由校验方程G·H^T＝0可以得到生成矩阵：

G＝[I_k×k P^T _k×m]

由c＝u·G可得到编码后的码字c。设码率R＝k/n，则可知编一帧码的乘法次数为k·n＝R·n²，加法次数为(k-1)·n＝R·(n-1/(2R))²-1/(4R)。标准LDPC编码算法的计算复杂度为O(n²)，在信息码长达到几千数万比特时，编码复杂度会特别的大进而会影响到编码器的实现。

采用标准的LDPC编码算法，通过生成矩阵生成码字，最大的弊端在于高斯消元过程中破坏了校验矩阵的稀疏性，导致编码复杂度与码长的平方成正比，最终在编码过程需要消耗大量的硬件资源，也会带来更大的延时。

而在本实施例中，对校验矩阵构造分析的基础上提出了一种高效低复杂度的迭代编码算法，通过对校验矩阵做行列置换，让校验矩阵中间子模块出现近似上三角结构，再对校验矩阵进行分块处理，使中间子模块的上三角矩阵独立成一个子矩阵，继而对该子矩阵的特殊结构进行高效迭代编码。这样既能保证预处理后形成的校验矩阵是稀疏矩阵，又使得编码能以迭代的方式进行。

具体地，校验矩阵先通过行列置换，可化为如图2所示的近似上三角结构形式。校验矩阵记为：

其中，矩阵T是尺寸为(m-g)×(m-g)的上三角矩阵，即T的对角线上的元素都为1，对角线下的元素都为0；矩阵A的尺寸为(m-g)×g；矩阵B的尺寸为(m-g)×k；矩阵E的尺寸为g×(m-g)，矩阵C的尺寸为g×g；矩阵D的尺寸为g×k，g为扩展因子，g越小则编码的复杂度就越低。

由于上述变换只涉及到行列置换，变换后的矩阵仍是稀疏矩阵。对校验矩阵H实施高斯消元清除子矩阵E后，只有C'和D'受到影响，校验矩阵的其他部分仍然保持稀疏特性。

对校验矩阵H中的子矩阵E经过初等变换化为零矩阵，相当于将校验矩阵H左乘以矩阵变换后的校验矩阵为：

其中，I_m-g和I_g分别是大小为(m-g)×(m-g)和g×g的单位矩阵；

记C'＝C-ET^-1A，D'＝D-ET^-1B，则有：

设码字矢量表示为c＝[p₁ p₂ s]，其中s为信息位，p₁和p₂表示校验位；由校验方程c·H^′T＝0可知，码字矢量与各校验子矩阵的关系为：

计算过程中如果C′不可逆，则对矩阵H′进行行列置换直到C'可逆为止；在求得p₁后，则可求解出p₂，矩阵A，B和T都是稀疏矩阵，T^-T是下三角矩阵。

采用高效低复杂度的迭代编码算法对LDPC码进行编码，计算p₁的运算复杂度为o(n+g²)，计算p₂的运算复杂度为o(n)，能够保证在高编码性能的同时降低编码实现复杂度，减少编码器实现过程中对硬件的需求和延时。

所述编码的步骤包括：

S11：计算p₁＝s·D′^T·C′^T；

S12：计算f₁＝s·B^T；

S13：计算f₂＝p₁·A^T；

S14：计算p₂＝(f₁+f₂)·T^-T。

其中，该编码步骤可以采用图3所示的编码器结构进行实现。

如图3所示，编码器实现结构主要包括输入串并转换模块、前向置换器模块、矩阵乘法器模块、缓存器模块和码字合成器模块。由于LDPC码在码长较长时性能更为优异，在编码器结构中添加串并转换模块，将处理模块设计成并行处理，不仅可以提高运算速度，在一定程度上还能减少延迟时间，进一步提高编码器的编码性能。

两种编码算法的性能比较示意图如图4所示，通过仿真性能图可知，本实施例的高效低复杂度编码算法(图4中实线)在性能上远优于标准编码算法(图4中虚线)，且在实现复杂度上也相差不大。

实施例3

基于实施例1的实现，本实施例提供基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，并进一步公开了译码的具体实现。

具体地，在现有技术中，LDPC码的译码算法分为硬判决译码算法和软判决译码算法，软判决译码算法的基础是置信传播算法(BP)。BP算法的每次迭代包括两步：校验节点的处理和变量节点的处理，BP算法的消息通常是概率形式表示，还可表示为对数似然比的形式，对数似然比BP算法相对于概率域BP算法的最大优点是将大量的乘法运算变为加法运算，极大的降低了译码实现复杂度，并且在译码性能上基本保持不变。

在本实施例中，所述的译码采用BPSK调制方式，取值为{0,1}的码字c_i映射为{+1,-1}的符号序列x_i(i＝0,…,n-1)，经信道传输后的接收符号为y_i＝x_i+n_i，其中n_i是均值为0方差为σ²的统计独立同分布的加性高斯噪声变量；

假设在第k次译码迭代过程中，表示第n位输入数据的后验对数似然比值，表示变量节点n向校验节点m传递的消息，表示校验节点m向变量节点n传递的消息，则译码(LLR-BP算法)的步骤包括：

S21：初始化：对n∈{1,2,…,N}，m∈M(n)，则经过信道传输后接收到的初始对数似然比值为：

表示变量节点n的初始对数似然比值，M(n)表示与变量节点n相连的所有校验节点的集合，N_(m)表示与校验节点m相连的所有变量节点的集合；

S22：校验节点更新：对每个变量节点n和n∈N_(m)，计算：

式中，函数sign(x)和Φ(x)分别定义为：

N(m)\n表示集合N(m)中去掉变量节点n后的所有变量节点的集合；M(n)\m表示集合M(n)中去掉校验节点m后的所有校验节点的集合；

S23：变量节点更新：对每个校验节点m和m∈M(n)，计算：

则可知对每个变量节点，后验对数似然比值为：

S24：译码判决：

可得到译码后的码字根据校验方程计算伴随式：

如果伴随式S＝0，则译码成功结束译码，并将译码后的码字作为有效值输出；如果伴随式S≠0，则需重复步骤S22～S24，直至达到预设的最大迭代次数停止迭代。

BP算法在译码性能上非常优异，但在迭代过程的校验节点更新时存在非线性函数Φ(x)，硬件实现中常通过查找表的方式实现函数Φ(x)，对Φ(x)的量化实现将会直接影响到查找表的精确度和复杂度，在一定程度上也会影响到译码器的实现。

因此，在本实施例的优选方案中，最小和算法(SM)是基于BP算法的简化算法，该算法将校验节点的更新进行简化，具体地，步骤S22中，所述校验节点更新的公式替换为最小和算法SM的公式：

SM避免了函数Φ(x)的实现，只需求解最小值和进行加法操作，在一定程度上降低了算法的实现复杂度，但译码性能有少量的损失，在低码率情况下译码性能损失更为严重。为了尽可能减少译码性能的损失，在SM算法的基础上提出了归一化最小和算法(Normalized SM)和偏移最小和算法(Offset SM)，尽可能在保证译码性能的情况下降低译码算法的实现复杂度。

因此，更优地，在本实施例中，基于所述最小和算法SM的公式，步骤S22中，所述校验节点更新的公式替换为归一化最小和算法Normalized SM的公式：

或者替换为偏移最小和算法Offset SM的公式：

其中，以上最小和算法Normalized SM和偏移最小和算法Offset SM中，最优的α和β值通过计算机仿真或密度进化理论得到。并且，在本实施例中，采用更便于硬件实现的偏移最小和算法Offset SM。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：包括：

控制终端，用于通过中继器向无人机发送控制指令，并接收经中继器译码解调后的无人机态势信息；

中继站，通过蜂窝移动通信网络与控制终端连接，用于将接收到的所述控制指令转码为无人机可接收的格式化控制消息，并在进行包括调制、编码、纠错、校验和信号放大在内的处理后通过外置超短波天线发送至无人机机载电台；所述中继站还用于接收来自无人机机载电台的信息并译码解调出二进制比特信息，再转码为符合蜂窝通信移动网络格式的信号后发送给所述控制终端；

无人机，其上设置有无人机机载电台，通过超短波地空数据链网络与所述中继站连接，所述无人机机载电台用于在接收到经过处理后的控制信息后通过总线获取到无人机态势信息，对所述无人机态势信息的二进制信号进行包括调制、编码、纠错、校验和信号放大在内的处理后通过机载超短波天线发送至中继器。

2.根据权利要求1所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：所述的控制终端为能使用蜂窝移动网络的移动终端或PC终端。

3.根据权利要求1所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：所述编码采用经过变换的LDPC编码，LDPC码的码长为n，编码码字为c，信息码长度为k，信息码字为u，校验码长度为m＝n-k；其中，所述经过变换的LDPC编码采用的校验矩阵为对标准LDPC编码中的校验矩阵做行列置换，让校验矩阵中间子模块出现近似上三角结构，再对校验矩阵进行分块处理，使中间子模块的上三角矩阵独立成一个子矩阵，继而对该子矩阵的特殊结构进行高效迭代编码；具体地，校验矩阵记为：

其中，矩阵T是尺寸为(m-g)×(m-g)的上三角矩阵，即T的对角线上的元素都为1，对角线下的元素都为0；矩阵A的尺寸为(m-g)×g；矩阵B的尺寸为(m-g)×k；矩阵E的尺寸为g×(m-g)，矩阵C的尺寸为g×g；矩阵D的尺寸为g×k，g为扩展因子，g越小则编码的复杂度就越低；

对校验矩阵H中的子矩阵E经过初等变换化为零矩阵，相当于将校验矩阵H左乘以矩阵变换后的校验矩阵为：

其中，I_m-g和I_g分别是大小为(m-g)×(m-g)和g×g的单位矩阵；

记C'＝C-ET^-1A，D'＝D-ET^-1B，则有：

设码字矢量表示为c＝[p₁ p₂ s]，其中s为信息位，p₁和p₂表示校验位；由校验方程c·H′^T＝0可知，码字矢量与各校验子矩阵的关系为：

计算过程中如果C′不可逆，则对矩阵H′进行行列置换直到C'可逆为止；在求得p₁后，则可求解出p₂，矩阵A，B和T都是稀疏矩阵，T^-T是下三角矩阵；

所述编码的步骤包括：

S11：计算p₁＝s·D′^T·C′^T；

S12：计算f₁＝s·B^T；

S13：计算f₂＝p₁·A^T；

S14：计算p₂＝(f₁+f₂)·T^-T。

4.根据权利要求3所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：所述的译码采用BPSK调制方式，取值为{0,1}的码字c_i映射为{+1,-1}的符号序列x_i(i＝0,…,n-1)，经信道传输后的接收符号为y_i＝x_i+n_i，其中n_i是均值为0方差为σ²的统计独立同分布的加性高斯噪声变量；

假设在第k次译码迭代过程中，表示第n位输入数据的后验对数似然比值，表示变量节点n向校验节点m传递的消息，表示校验节点m向变量节点n传递的消息，则译码的步骤包括：

S21：初始化：对n∈{1,2,…,N}，m∈M(n)，则经过信道传输后接收到的初始对数似然比值为：

表示变量节点n的初始对数似然比值，M(n)表示与变量节点n相连的所有校验节点的集合，N_(m)表示与校验节点m相连的所有变量节点的集合；

S22：校验节点更新：对每个变量节点n和n∈N_(m)，计算：

式中，函数sign(x)和Φ(x)分别定义为：

N(m)\n表示集合N(m)中去掉变量节点n后的所有变量节点的集合；M(n)\m表示集合M(n)中去掉校验节点m后的所有校验节点的集合；

S23：变量节点更新：对每个校验节点m和m∈M(n)，计算：

则可知对每个变量节点，后验对数似然比值为：

S24：译码判决：

可得到译码后的码字根据校验方程计算伴随式：

如果伴随式S＝0，则译码成功结束译码，并将译码后的码字作为有效值输出；如果伴随式S≠0，则需重复步骤S22～S24，直至达到预设的最大迭代次数停止迭代。

5.根据权利要求4所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：步骤S22中，所述校验节点更新的公式替换为最小和算法SM的公式：

6.根据权利要求5所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：基于所述最小和算法SM的公式，步骤S22中，所述校验节点更新的公式替换为归一化最小和算法Normalized SM的公式：

或者替换为偏移最小和算法Offset SM的公式：

7.根据权利要求6所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：以上最小和算法Normalized SM和偏移最小和算法Offset SM中，最优的α和β值通过计算机仿真或密度进化理论得到。

8.根据权利要求7所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：采用更便于硬件实现的偏移最小和算法Offset SM。

9.根据权利要求1所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：所述无人机用于农业灌溉、播种、植保和农药喷洒领域，还用于警用作业、电力勘测、抗震救灾、野外临时通信保障和部分军事活动领域。

10.根据权利要求1所述的基于高效低复杂度LDPC码的无人机中继指控系统，其特征在于：所述调制和解调在满足可解调的信噪比前提下，采用π/4-DQPSK高效调制和解调方式。