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[摘 要]本文介绍了现行飞行试验遥测系统，对编码正交频分复用（COFDM）信号调制技术的工作原理和特点进行了分析，并针对某型号飞行试验遥测传输中遇到的问题，提出了利用COFDM调制技术搭建相应遥测传输系统的解决方案。
[关键词]飞行试验；COFDM；遥测技术
中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0343-02
COFDM Telemetry Technology Application and Research for Flight Test Telemetry System
YI Xiao-qian
[Abstract]This article describes the current flight test telemetry system， analyzes the working principle and characteristics of the COFDM signal modulation technology，and proposes the solution of building COFDM telemetry system using COFDM modulation technology according to the problems now.
[Key words]Flight Test ；COFDM ；Telemetry Technology
1 引言
隨着电子技术、通信技术、计算机技术、网络技术的飞速发展，民用飞机的试飞技术已日趋成熟，遥测传输技术也打破了原有的PCM/FM调制方式，采用了诸多新型的具有国际先进性的调制方式。建立在OFDM基础上的编码正交频分复用（COFDM）正是其中的一种，它凭借其较高的频谱利用率、较大的传输速率和较强的抗多径干扰能力，在遥测传输领域应用越来越广泛。
国内目前使用的遥测技术已经20多年没有根本性突破，而飞行试验对遥测监控的要求却在不断地提高，现阶段遥测技术已渐渐难以满足某型号的试飞需要。通过对国际上较为先进和最具发展潜力的COFDM传输体制进行研究，可解决遥测传输链路的多径干扰与带宽瓶颈等关键问题，并可提升遥测系统的可靠性，大大地提高试飞效率，降低试飞成本，推进型号的研制。
2 现行遥测系统简介
遥测系统用于完成机载遥测信号接收、解调以及遥测参数的实时、事后处理和远程实时传输。通过遥测可以在第一时间了解飞机在飞行过程中的各参数变化，地面指挥员根据显示终端观察飞行过程以正确地进行飞行指挥，工程技术人员跟据遥测接收数据的分析与回放，判定试验过程及飞行动作的质量，及时对突发问题采取相应对策，从而可大大缩短试飞周期，提高试飞效率，保证试飞安全和试飞质量。
目前主流试飞遥测系统所采用的是传统的PCM/FM调制方式，该方式已经沿用了数十年，存在着带宽窄、可靠性低、作用距离有限等诸多无法克服的缺点，且传输的数据量较小、信号抗干扰能力较差，对试飞环境要求较高。而对视频的遥测传输更是采用对模拟CCIR 标准视频信号进行FM 直接调制后无线传输的方式，遥测的实际上是模拟信号，相比数字信号的PCM 遥测传输，这种传输方式有着更大的缺点：一是抗干扰能力差；二是传输带宽大，紧张的频点资源利用率低[1]。
随着新技术、新结构、新材料在某型号上的应用，使得试飞测试参数比以往飞机试飞测试的参数提高了几倍，预计某型飞机试飞测试参数可多达上万个，其中模拟量参数比以前试飞测试的参数提高了近10倍，数据传输率提高了几十倍，遥测传输的带宽和速率急剧提高。同时，依照某型飞机试飞规划，其空域主要分布在海平面附近及城市密集建筑物周边，这些复杂特殊的非视距传输环境对于遥测传输链路存在着较大的多径干扰效应；且试飞空域附近进出港航班众多，无线电环境较为复杂，试飞空域存在无线电电磁相互干扰的风险。
这就对遥测实时传输系统的要求越来越高，遥测系统自身构架也越来越复杂，试飞遥测系统在型号研制过程中的重要作用也日益凸显。
3 COFDM调制技术
COFDM信号调制技术，既编码正交频分复用的简称，是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。其基本原理是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。编码（C）是指信道编码采用编码率可变的卷积编码方式，以适应不同重要性数据的保护要求；正交频分[2]（OFD）指使用大量的载波（副载波）， 它们有相等的频率间隔， 都是一个基本振荡频率的整数倍；复用（M）指多路数据源相互交织地分布在上述大量载波上，形成一个频道。
COFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。COFDM 每个载波所使用的调制方法可以不同，各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。COFDM技术使用了自适应调制，可根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。COFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调工作方式，信道好的时候，发射功率不变， 可以增强调制方式（如64QAM），或者在低调制方式（ 如QPSK）时降低发射功率。
4 某型号COFDM遥测传输系统方案及功能设计
针对COFDM调制技术的上述特点，某型号飞机COFDM遥测系统由机载遥测发射子系统和地面遥测接收子系统两大部分组成。机载遥测发射子系统将机载数据采集/记录系统发出的PCM数据流与待发送的数字视频图像数据融合，融合后信号进入COFDM调制器中进行调制，输出RF调制信号。该信号经专用电缆传输到耦合器，耦合器输出的两个RF信号相位相同、功率相等。两路RF信号经射频电缆，分别传输给两个功率放大器，进行功率放大输出。功放安装在发射天线附近，其信号经过比较短的射频电缆分别传送到两个对应的发射天线，由这两个天线将RF调频信号以电磁波形式辐射到空间。 地面遥测接收子系统实时接收机载COFDM遥测发射子系统传输的遥测信号，遥测信息由接收天线经电缆传送到COFDM专用接收机中，COFDM接收机解调还原出PCM数据和数字视频数据。PCM信号经位同步、帧同步后发送至实时处理服务器转换为可观测的物理量。数字视频信号经过去加重电路处理后，还原出数字视频图像，在图像监视器上显示。所有遥测数据在地面接收解算后，发送至地面监控大厅的监控终端，供飞机各系统工程师及地面指挥员实时分析试飞科目進行状态、实时监控飞机状态，以提高试飞效率和保障试飞安全。
（1）机载遥测发射子系统设备
包括可编程S波段COFDM遥测发射机、功率分配器、线性功率放大器、机载遥测发射天线、低损耗电缆等。
组成图如下：
（2）地面遥测接收子系统设备
包括地面遥测接收天线、天线控制单元、天线跟踪接收机、S波段COFDM数字遥测接收机、低损耗电缆等。
组成图如下：
（3）系统主要技术参数及性能指标
机载遥测发射系统技术指标
调制方式：COFDM
极化方式：水平/垂直极化
发射功率：20W
工作频段：2.2GHz～2.4GHz
可编程信道带宽：5～8MHz
传输速率：最高30Mbps
传输距离：不小于300公里
工作温度：0°C～50°C
地面遥测接收系统技术指标
接收天线：抛物面天线/全向天线
解调方式：COFDM
工作频段：2.2GHz～2.4GHz
信道带宽：5～8MHz
接收距离：不小于300公里
工作温度：10°C～40°C
5 结论
采用COFDM遥测传输体制，可实现飞行试验测试数据和多路视频图像从机上到地面监控指挥中心间的超视距、远距离、高速遥测传输，开创了一条全新的遥测传输技术途径，同时可大大降低传输误码率，提高信道利用率，使有限的频率资源得以充分使用。
基于该技术体制构建的遥测系统，具有较高的软件协议兼容性和硬件平台可扩展性，既满足了某型号试飞需要，也可延用于未来机型的研制试飞过程，其革命性的技术突破，将影响现阶段的遥测监控体制及试飞工作方式，为我国未来机型的试验试飞提供了一个广阔的应用前景。
参考文献
[1] 周自全.飞行试验工程.北京：航空工业出版社，2010
[2] Jeffrey S.Beasley Gary M.Miller著，肖善鹏 张蕾译.现代电子通信[M].北京：清华大学出版社，2003
[3] 李永志.COFDM技术用于无线图像传输系统的优势[J].无线通信技术， 2007， 2，61-62.
作者简介：
易小谦（1987.5-），毕业于西北工业大学探测制导与控制技术专业，主要从事飞行试验遥测技术工作。
[关键词]飞行试验；COFDM；遥测技术
中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0343-02
COFDM Telemetry Technology Application and Research for Flight Test Telemetry System
YI Xiao-qian
[Abstract]This article describes the current flight test telemetry system， analyzes the working principle and characteristics of the COFDM signal modulation technology，and proposes the solution of building COFDM telemetry system using COFDM modulation technology according to the problems now.
[Key words]Flight Test ；COFDM ；Telemetry Technology
1 引言
隨着电子技术、通信技术、计算机技术、网络技术的飞速发展，民用飞机的试飞技术已日趋成熟，遥测传输技术也打破了原有的PCM/FM调制方式，采用了诸多新型的具有国际先进性的调制方式。建立在OFDM基础上的编码正交频分复用（COFDM）正是其中的一种，它凭借其较高的频谱利用率、较大的传输速率和较强的抗多径干扰能力，在遥测传输领域应用越来越广泛。
国内目前使用的遥测技术已经20多年没有根本性突破，而飞行试验对遥测监控的要求却在不断地提高，现阶段遥测技术已渐渐难以满足某型号的试飞需要。通过对国际上较为先进和最具发展潜力的COFDM传输体制进行研究，可解决遥测传输链路的多径干扰与带宽瓶颈等关键问题，并可提升遥测系统的可靠性，大大地提高试飞效率，降低试飞成本，推进型号的研制。
2 现行遥测系统简介
遥测系统用于完成机载遥测信号接收、解调以及遥测参数的实时、事后处理和远程实时传输。通过遥测可以在第一时间了解飞机在飞行过程中的各参数变化，地面指挥员根据显示终端观察飞行过程以正确地进行飞行指挥，工程技术人员跟据遥测接收数据的分析与回放，判定试验过程及飞行动作的质量，及时对突发问题采取相应对策，从而可大大缩短试飞周期，提高试飞效率，保证试飞安全和试飞质量。
目前主流试飞遥测系统所采用的是传统的PCM/FM调制方式，该方式已经沿用了数十年，存在着带宽窄、可靠性低、作用距离有限等诸多无法克服的缺点，且传输的数据量较小、信号抗干扰能力较差，对试飞环境要求较高。而对视频的遥测传输更是采用对模拟CCIR 标准视频信号进行FM 直接调制后无线传输的方式，遥测的实际上是模拟信号，相比数字信号的PCM 遥测传输，这种传输方式有着更大的缺点：一是抗干扰能力差；二是传输带宽大，紧张的频点资源利用率低[1]。
随着新技术、新结构、新材料在某型号上的应用，使得试飞测试参数比以往飞机试飞测试的参数提高了几倍，预计某型飞机试飞测试参数可多达上万个，其中模拟量参数比以前试飞测试的参数提高了近10倍，数据传输率提高了几十倍，遥测传输的带宽和速率急剧提高。同时，依照某型飞机试飞规划，其空域主要分布在海平面附近及城市密集建筑物周边，这些复杂特殊的非视距传输环境对于遥测传输链路存在着较大的多径干扰效应；且试飞空域附近进出港航班众多，无线电环境较为复杂，试飞空域存在无线电电磁相互干扰的风险。
这就对遥测实时传输系统的要求越来越高，遥测系统自身构架也越来越复杂，试飞遥测系统在型号研制过程中的重要作用也日益凸显。
3 COFDM调制技术
COFDM信号调制技术，既编码正交频分复用的简称，是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。其基本原理是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。编码（C）是指信道编码采用编码率可变的卷积编码方式，以适应不同重要性数据的保护要求；正交频分[2]（OFD）指使用大量的载波（副载波）， 它们有相等的频率间隔， 都是一个基本振荡频率的整数倍；复用（M）指多路数据源相互交织地分布在上述大量载波上，形成一个频道。
COFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。COFDM 每个载波所使用的调制方法可以不同，各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。COFDM技术使用了自适应调制，可根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。COFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调工作方式，信道好的时候，发射功率不变， 可以增强调制方式（如64QAM），或者在低调制方式（ 如QPSK）时降低发射功率。
4 某型号COFDM遥测传输系统方案及功能设计
针对COFDM调制技术的上述特点，某型号飞机COFDM遥测系统由机载遥测发射子系统和地面遥测接收子系统两大部分组成。机载遥测发射子系统将机载数据采集/记录系统发出的PCM数据流与待发送的数字视频图像数据融合，融合后信号进入COFDM调制器中进行调制，输出RF调制信号。该信号经专用电缆传输到耦合器，耦合器输出的两个RF信号相位相同、功率相等。两路RF信号经射频电缆，分别传输给两个功率放大器，进行功率放大输出。功放安装在发射天线附近，其信号经过比较短的射频电缆分别传送到两个对应的发射天线，由这两个天线将RF调频信号以电磁波形式辐射到空间。 地面遥测接收子系统实时接收机载COFDM遥测发射子系统传输的遥测信号，遥测信息由接收天线经电缆传送到COFDM专用接收机中，COFDM接收机解调还原出PCM数据和数字视频数据。PCM信号经位同步、帧同步后发送至实时处理服务器转换为可观测的物理量。数字视频信号经过去加重电路处理后，还原出数字视频图像，在图像监视器上显示。所有遥测数据在地面接收解算后，发送至地面监控大厅的监控终端，供飞机各系统工程师及地面指挥员实时分析试飞科目進行状态、实时监控飞机状态，以提高试飞效率和保障试飞安全。
（1）机载遥测发射子系统设备
包括可编程S波段COFDM遥测发射机、功率分配器、线性功率放大器、机载遥测发射天线、低损耗电缆等。
组成图如下：
（2）地面遥测接收子系统设备
包括地面遥测接收天线、天线控制单元、天线跟踪接收机、S波段COFDM数字遥测接收机、低损耗电缆等。
组成图如下：
（3）系统主要技术参数及性能指标
机载遥测发射系统技术指标
调制方式：COFDM
极化方式：水平/垂直极化
发射功率：20W
工作频段：2.2GHz～2.4GHz
可编程信道带宽：5～8MHz
传输速率：最高30Mbps
传输距离：不小于300公里
工作温度：0°C～50°C
地面遥测接收系统技术指标
接收天线：抛物面天线/全向天线
解调方式：COFDM
工作频段：2.2GHz～2.4GHz
信道带宽：5～8MHz
接收距离：不小于300公里
工作温度：10°C～40°C
5 结论
采用COFDM遥测传输体制，可实现飞行试验测试数据和多路视频图像从机上到地面监控指挥中心间的超视距、远距离、高速遥测传输，开创了一条全新的遥测传输技术途径，同时可大大降低传输误码率，提高信道利用率，使有限的频率资源得以充分使用。
基于该技术体制构建的遥测系统，具有较高的软件协议兼容性和硬件平台可扩展性，既满足了某型号试飞需要，也可延用于未来机型的研制试飞过程，其革命性的技术突破，将影响现阶段的遥测监控体制及试飞工作方式，为我国未来机型的试验试飞提供了一个广阔的应用前景。
参考文献
[1] 周自全.飞行试验工程.北京：航空工业出版社，2010
[2] Jeffrey S.Beasley Gary M.Miller著，肖善鹏 张蕾译.现代电子通信[M].北京：清华大学出版社，2003
[3] 李永志.COFDM技术用于无线图像传输系统的优势[J].无线通信技术， 2007， 2，61-62.
作者简介：
易小谦（1987.5-），毕业于西北工业大学探测制导与控制技术专业，主要从事飞行试验遥测技术工作。