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浅谈基于LTE的无人机应急通信技术姜春光

摘要：无人机测控与信息传输系统是无人机系统的重要组成部分，是无人机远

距离操作和侦察信息实时获取的桥梁。天地一体化信息传输系统已成为无人机测

控与信息传输系统发展的趋势。空间数据系统咨询委员会CCSDS为航空器和地面

系统中实现链路层协议携带IP数据建立了规范。由于无人机通信网络的自组织特

点，它极易受到干扰和黑客攻击，威胁无人机通信的安全性。针对多架无人机组

成的无人机群在执行需要相互通信的任务的情况，从安全通信的角度展开研究，

提出了一种无人机群网络安全通信的实现新方法。

关键词：LTE；无人机；应急；通信技术

导言1

无人机（UnmannedAerialVehicles，UAV）在军用与民用领域应用广泛。随着

无人机应用的拓展，由多架无人机组成的无人机群被应用到了执行复杂任务的场

景。在无人机通信网络中，由于无线传输范围有限，无人机间的通信经常需要多

跳完成，由参与其中的无人机担当网络各中继节点。近年来，随着无人机技术的

成熟，通过无人机载荷快速搭建空中基站，可以极大的提升应急通信系统整体的

适用范围和工作效率，是建设多层次、立体化、融合空天地多种通信技术于一体

的应急通信网络的前提。

方案设计2

链路层数据传输架2.1构

在无人机测控与信息传输系统中空间和地面两端均采用TCP/IP协议作为数据

传输标准，采用SDL帧携带IP数据，完成CCSDS空间数据链路协议与IP数据协

议的融合。硬件设计采用PowerPC+FPGA的架构，PowerPC主要完成IP数据转发

和协议控制等功能，FPGA主要完成接口处理、SDL封装和解析、CCSDS封装和解

析等功能。FPGA运行效率高、实时性强，在高速场景使用FPGA完成数据包封装

和解析工作，极大的缓解PowerPC工作压力，提高了链路层传输的稳定性，减小

了处理时延。

空间链路数据2.2封装流程

空间链路FPGA数据封装首先对IP数据进行SDL封装，再根据各用户提供数

据情况，完成自定义CCSDS封装。首先在FPGA中开辟不同缓存空间存储

PowerPC下发的宽带IP数据包、遥测数据包和CCSDS封装帧头信息。对宽带IP

数据包进行高速SDL封装，同时实时监测SDL数据包状态，数据低于CCSDS封装

数据长度要求时，填充SDL空帧直到满足要求。根据CCSDS封装帧头信息、遥测

数据包和SDL数据包，按照信道速率要求进行CCSDS数据包封装，变为固定帧长，

发送给信号处理进行信道编码等处理。空间链路数据封装流程如图1所示。

图1空间链路数据复接流程图

无人机网络的安全3问题

无人机网络是一种移动自组织网，有无线通信、无网络中心、拓扑结构多变

和多跳中继等特点。传统的有线网络和无线传感器自组网的网络拓扑结构往往比

较稳定甚至固定，拥有安全可信的证书权威机构（CA）和中心服务器。当前，围

绕着它们已经提出了大量的安全通信机制，如安全路由、加密信息、身份认证和

权限管理等。传统网络依靠这些手段、方法，也能够很好地实现安全通信。

而无人机群通信网络基本不依赖固定基础设施或者基础设施有限，本身作为

对等网络没有安全可信的中心节点。每架无人机就是一个节点，地位相当，节点

间彼此通信通过无线链路，构成的网络结构极其不稳定。因此，现有的常规网络

信息通信安全策略很难适用于无人机群通信网络。图2为无人机群自组网模拟示

意图，是研究制订的适合无人机群通信网络的信息通信安全方案。

图2无人机群自组网模拟

基于4LTE的无人机应急通信技术

无人机平台选型4.1

无人机按照不同平台构型来分类，主要有固定翼无人机多旋翼无人机两大平

台。其中多旋翼无人机分为普通多旋翼无人机和系留式多旋翼无人机，普通多旋

翼无人机具有操纵简单、成本较低、轻巧灵活、起飞降落影响因素小；系流式多

旋翼无人机作为一种近两年发展起来的多旋翼无人机分支，通过光电综合缆绳传

输电能，使无人机可以不受电能限制而长时间停留在空中，具有续航时间长、承

载重量大、灵活性强、可扩展性强等优势，非常适用于对空中覆盖的应用需求。

在对抢险救灾区域实施长时间、相对固定区域无线通信保障时（保障时间在1~２

天甚至更长），可采用系留式旋翼无人机搭载TD-L