专利名称：一种应用于微型飞行器的多址数字通信方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于微型飞行器的多址数字通信方法及其系统，属于微型飞行器技术领域。
背景技术：
微型飞行器(Micro Aerial Vehicles，简称MAV)是目前世界前沿科技领域中的一项极富挑战性的研究课题，其尺寸小、重量轻、隐蔽性好，可广泛应用于空中侦察、目标定位等，但由于微型飞行器的载重及能量供给有限，因而需要特殊的通信系统实现地面监控通信和微型飞行器之间的数据通信。
目前随着微型飞行器技术的蓬勃发展，其执行的任务多种多样，应用于其上的通信系统技术要求高质量低于15克；发射功率低于100mW；要求传输的距离远，大于1km，传输速率不低于2.4kb/s。
数字通信系统相对于模拟通信系统，具有抗干扰能力强，无噪声积累，通信质量受环境干扰小、加密方便，保密度高、便于集成化、一体化设计、采用数字接口易于直接连入计算机、发射和接收均为数字信号，便于对进行后期处理等优势而成为微小飞行器的主体通信系统。
现有的市场上可提供的远距离数字通信系统，质量高，均在130g左右，发射功率大，距离远的均大于150mW，传输速率一般为9.6kb/s，功耗会超过500mw，且对于通用的适应于二次开发的数字通信系统，均未提供相关的纠错编码，这就对应用于微型飞行器的数字通信系统开辟了广阔的研究领域和市场。
发明内容
本发明的目的是针对目前微型飞行器的技术需求，提出一种应用于微型飞行器的多址数字通信方法及其系统，以满足微型飞行器技术领域的通信技术要求。
本发明提出的应用于微型飞行器的多址数字通信方法，包括以下步骤(1)对第一微型飞行器发送的数据信息进行加密和协议转换；(2)对上述转换后的数据信息进行信道编码；(3)对上述编码后的数据信息进行数字调制；(4)对于调制后的数据信号进行放大；(5)将放大后的数据信息经声表滤波器进行滤波，并发送到第一地面站或其他的微型飞行器；(6)上述第一微型飞行器接收第一地面站或其它微型飞行器的数据信息，使用声表滤波器进行滤波；(7)对上述步骤(6)滤波后的数据信息进行低噪声放大；(8)对上述放大后的数据信息进行数字解调；(9)对上述解调后的数据信息进行信道解码；
(10)对于上述的数据信息进行解密和协议转换。
上述方法中的加密和解密算法是n-数据加密标准，其中n为自然数。
上述方法中的协议，包括引导字、帧头、源地址、目标地址、状态字、数据接口速率、长度、数据和结束字。
上述方法中的信道编码为卷积编码或RS编码。
上述方法中的信道解码维特比译码。
上述方法中的数字调制和解调，为M-ASK、M-FSK、M-MSK或M-QPSK调制中的任意一种，M为自然数。
本发明提出的应用于微型飞行器的多址数字通信系统，包括(1)基带处理器，用于对第一微型飞行器发送和接收的数据进行协议转换、信道编码解码和加密解密处理；(2)调制处理器，用于对上述经基带处理器处理后的数据信息进行调制，以得到调制信号；(3)射频发射器，用于对上述调制信号进行放大，以得到高增益发射信号；(4)天线，用于发射上述高增益发射信号，并接收第一地面站或其它微型飞行器发送的数据信息；(5)射频接收器，用于接收和放大上述天线接收的数据信息，以得到高信噪比的待解调数据信息；(6)解调处理器，用于解调上述高信噪比的待解调数据信息。
上述系统中的射频接收器包括声表滤波器和低噪声放大器，其中的声表滤波器包括芯片U5、电阻、电容以及晶体管的组成滤波电路，信号由天线输入，经过该声表滤波器后，形成窄带信号；所述的低噪声放大器由芯片MR0、电阻、电容U2_C1、U2_C4、U2_C6以及50欧姆的阻抗线共同组成，经过声表滤波器后形成的窄带信号，经过放大器MR0放大后，输入到PORT端口。
上述系统中的射频发射器由功率放大器、匹配网络、声表滤波器组成；所述的功率放大器由芯片U2、电阻和电容组成，用以放大PORT端口输入的信号；所述的匹配网络包括电容U2_C1、U2_T1、U2_C6和U2_C4，经过放大器放大后形成的信号，经过匹配网络输入到声表滤波器；所述的声表滤波器由芯片U11、电阻、电容组成，将上述经过匹配网络的信号输入声表滤波器后，形成高频输出信号输出到天线。
本发明提出的应用于微型飞行器的多址数字通信方法及其系统，具有以下特点和优点1、质量低；2、集成度高；3、可靠性高，系统整体的误码率低于10-5；4、传输速率高，可扩到64kb/s。5、成本低廉；6、安全性高；7、易于其他厂商二次开发；8、适用于不同的带宽应用；9、单对多集群通信模式。
图1是本发明提出的应用于微型飞行器的多址数字通信系统的结构框图。
图2是本发明通信系统中的射频接收器的电路图。
图3是本发明通信系统中的射频反射器的电路图。
具体实施例方式
本发明提出的应用于微型飞行器的多址数字通信方法，首先对第一微型飞行器发送的数据信息进行加密和协议转换；对转换后的数据信息进行信道编码；对编码后的数据信息进行数字调制；对调制后的数据信号进行放大；将放大后的数据信息经声表滤波器进行滤波，并发送到第一地面站或其他的微型飞行器；第一微型飞行器接收第一地面站或其它微型飞行器的数据信息，使用声表滤波器进行滤波；对滤波后的数据信息进行低噪声放大；对放大后的数据信息进行数字解调；对解调后的数据信息进行信道解码；对数据信息进行解密和协议转换。
上述方法中的加密和解密算法是n-数据加密标准，其中n为自然数。
上述方法中的协议，包括引导字、帧头、源地址、目标地址、状态字、数据接口速率、长度、数据和结束字。
上述方法中的信道编码为卷积编码或RS编码。
上述方法中的信道解码维特比译码。
上述方法中的数字调制和解调，为M-ASK、M-FSK、M-MSK或M-QPSK调制中的任意一种，M为自然数。
本发明提出的应用于微型飞行器的多址数字通信系统，其结构如图1所示，包括(1)基带处理器，用于对第一微型飞行器发送和接收的数据进行协议转换、信道编码解码和加密解密处理；(2)调制处理器，用于对上述经基带处理器处理后的数据信息进行调制，以得到调制信号；(3)射频发射器，用于对上述调制信号进行放大，以得到高增益发射信号；(4)天线，用于发射上述高增益发射信号，并接收第一地面站或其它微型飞行器发送的数据信息；(5)射频接收器，用于接收和放大上述天线接收的数据信息，以得到高信噪比的待解调数据信息；(6)解调处理器，用于解调上述高信噪比的待解调数据信息。
上述系统中的射频接收器，其电路图如图2所示，由声表滤波器、射频晶体管、匹配网络组成图2中的横线虚框部分为声表滤波器部分，主要由芯片U5(型号为SAFUW110MCA0T00)、电阻、电容以及晶体管型号为2SC3356组成滤波电路，信号由天线输入，经过该声表滤波器后，形成窄带信号。
图2中的点线虚框部分为低噪声放大器部分，主要由芯片MR0(型号为MGA86563)、电阻和电容以及后续的匹配网络，包括电容U2_C1、U2_C4、U2_C6以及50欧姆的阻抗线共同组成，经过声表滤波器后形成的窄带信号，经过放大器MR0放大，输入到PORT端口。低噪声放大器可实现宽带DC-1.5GHz信息增益，增益值达到10dB@433MHz，噪声指数1.0dB@433MHz，1dB压缩点近似-10dB@433MHz。
上述系统中的射频发射器，其电路图如图3所示，由功率放大器、匹配网络、声表滤波器组成。
图3中的点线虚框部分为功率放大器部分，主要由芯片U2型号为RF206、电阻和电容组成。放大PORT端口输入的信号，输出功率极限30dBm，PA的增益10.1dB@433MHz。
图3中的实线框部分是匹配网络，包括电容U2_C1、U2_T1、U2_C6和U2_C4共同组成，经过放大器放大后形成的信号，经过匹配网络输入到声表滤波器。
图3中的横线虚框部分为声表滤波器部分，主要由U11型号为RF433、电阻、电容组成滤波电路，将上述经过匹配网络的信号输入声表滤波器后，形成高频输出信号输出到天线。
上述系统中的天线随着频率的不同长度有所不同，依据的长度和频率关系为四分之一波长。
上述系统中基带处理器采用的运行速率为25MIPS的8位单片处理器，利用软件完成数据信息的协议转换、信道编码解码以及加密解密。
上述系统中的调制处理器和解调处理器采用的是RF1000单片处理器，实现信息的调制和解调。
权利要求
1.一种应用于微型飞行器的多址数字通信方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)对第一微型飞行器发送的数据信息进行加密和协议转换；(2)对上述转换后的数据信息进行信道编码；(3)对上述编码后的数据信息进行数字调制；(4)对于调制后的数据信号进行放大；(5)将放大后的数据信息经声表滤波器进行滤波，并发送到第一地面站或其他的微型飞行器；(6)上述第一微型飞行器接收第一地面站或其它微型飞行器的数据信息，使用声表滤波器进行滤波；(7)对上述步骤(6)滤波后的数据信息进行低噪声放大；(8)对上述放大后的数据信息进行数字解调；(9)对上述解调后的数据信息进行信道解码；(10)对于上述的数据信息进行解密和协议转换。
2.如权利要求1种所述的方法，其特征在于其中所述的加密和解密算法是n-数据加密标准，其中n为自然数。
3.如权利要求1种所述的方法，其特征在于其中所述的协议中包括引导字、帧头、源地址、目标地址、状态字、数据接口速率、长度、数据和结束字。
4.如权利要求1种所述的方法，其特征在于其中所述的信道编码，为卷积编码或RS编码。
5.如权利要求1种所述的方法，其特征在于其中所述的信道解码维特比译码。
6.如权利要求1种所述的方法，其特征在于其中所述的数字调制和解调，为M-ASK、M-FSK、M-MSK或M-QPSK调制中的任意一种，M为自然数。
7.一种应用于微型飞行器的多址数字通信系统，其特征在于该系统包括(1)基带处理器，用于对第一微型飞行器发送和接收的数据进行协议转换、信道编码解码和加密解密处理；(2)调制处理器，用于对上述经基带处理器处理后的数据信息进行调制，以得到调制信号；(3)射频发射器，用于对上述调制信号进行放大，以得到高增益发射信号；(4)天线，用于发射上述高增益发射信号，并接收第一地面站或其它微型飞行器发送的数据信息；(5)射频接收器，用于接收和放大上述天线接收的数据信息，以得到高信噪比的待解调数据信息；(6)解调处理器，用于解调上述高信噪比的待解调数据信息。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于其中所述的射频接收器包括声表滤波器和低噪声放大器，所述的声表滤波器包括芯片U5、电阻、电容以及晶体管的组成滤波电路，信号由天线输入，经过该声表滤波器后，形成窄带信号；所述的低噪声放大器由芯片MR0、电阻、电容U2_C1、U2_C4、U2_C6以及50欧姆的阻抗线共同组成，经过声表滤波器后形成的窄带信号，经过放大器MR0放大后，输入到PORT端口。
9.如权利要求7种所述的系统，其特征在于其中所述的射频发射器由功率放大器、匹配网络、声表滤波器组成；所述的功率放大器由芯片U2、电阻和电容组成，用以放大PORT端口输入的信号；所述的匹配网络包括电容U2_C1、U2_T1、U2_C6和U2_C4，经过放大器放大后形成的信号，经过匹配网络输入到声表滤波器；所述的声表滤波器由芯片U11、电阻、电容组成，将上述经过匹配网络的信号输入声表滤波器后，形成高频输出信号输出到天线。
全文摘要
本发明涉及一种应用于微型飞行器的多址数字通信方法及其系统，属于微型飞行器技术领域。首先对第一微型飞行器发送的数据信息进行加密和协议转换；对转换后的数据信息进行信道编码；对编码后的数据信息进行数字调制；对于调制后的数据信号进行放大；将放大后的数据信息经声表滤波器进行滤波，并发送到第一地面站或其他的微型飞行器；第一微型飞行器接收第一地面站或其它微型飞行器的数据信息，使用声表滤波器进行滤波；对滤波后的数据信息进行低噪声放大；对放大后的数据信息进行数字解调；对解调后的数据信息进行信道解码；对数据信息进行解密和协议转换。本发明方法和系统，重量低、集成度高、可靠性高、传输速率高，适用于不同的带宽应用。
文档编号H04B7/00GK1561024SQ20041000452
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月20日 优先权日2004年2月20日
发明者周兆英, 王晓浩, 魏强, 熊沈蜀, 金敏, 肖萧, 索利洋 申请人:清华大学