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现代化战场中,由于作战形式的复杂性和作战任务的多样性,战场通信占据着极其重要的地位,通信的质量对战争局势起着决定性作用。通过在临近空间引入无人机作为通信中继来辅助完成战场的超视距信息交互已炙手可热。在这一背景下,本文针对无人机中继通信系统的中继协议关键技术,提出几点改进措施,达到提高系统稳定性和可靠性、传输的实时性,以及减小实施复杂度的目的。本文着眼于无人机通信系统中继协议,主要完成了以下研究内容:针对中继通信系统在不同信道状态下的转发协议调度问题,提出了自适应解调转发(Adaptive Demodulation-Forward,ADMF)和混合型转发协议。将直接DMF(Demodulation-Forward)协议和差分DMF协议相结合,以两条链路传输符号的对数似然比为仲裁依据,自适应地根据不同的信道状态调度合适的中继转发协议,进一步设置对数似然比阈值,提出混合型转发协议。仿真得出,混合型和ADMF协议的误码性能明显优于前两种转发协议,在误符号率为10^-2时信噪比损失减少约5dB。提出了一种基于SNR反馈的机会中继选择(SNR-Feedback Opportunistic Relay Selection,SNR-FORS)协议。在考虑了反馈噪声影响的情况下,利用LASSO(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator)方法估计出预选中继ID信息,利用LS(Least Square)估计中继反馈的等效信噪比信息,在有限的反馈时间开销内,传输速率和吞吐量高于Timer和Subset两种中继选择协议,当中继个数为50时,SNR-FORS的传输速率分别比Subset和Time提高0.43bps/Hz、0.33bps/Hz,并且接近全反馈性能。在SNR-FORS选择协议的基础上,进行了双向DF、ANC和ADMF转发协议的中断概率仿真,结果表明ADMF协议的中断性能优于另外两种协议。在单向多跳中继通信系统中基于SWVA(Sliding Window Viterbi Algorithm)的选择协议基础上,进一步提出了双向多跳中继通信系统下的Bi-SWVA中继选择协议,以及一种涉及ADMF协议的信息交互模型,实验结果证明,在有限的内存需求与复杂度下,Bi-SWVA的中断性能可接近最优选择。进行了整个无人机中继通信系统的仿真分析与验证。基于无人机通信信道,引入扩频及捕获跟踪技术,在系统达到精确同步后,通过对以上各中继协议的仿真验证,证明了其可行性。