孟國杰

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

0 引 言

隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷演進(jìn)，無人機(jī)在運(yùn)輸、遙感、通信等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，超視距作業(yè)時(shí)無人機(jī)衛(wèi)通鏈路的質(zhì)量監(jiān)測與維護(hù)一直是一個(gè)重要的研究課題。無人機(jī)衛(wèi)通鏈路中的信號(hào)干擾、天氣變化、衛(wèi)星覆蓋質(zhì)量變動(dòng)等因素都可能影響通信質(zhì)量，進(jìn)而影響無人機(jī)超視距作業(yè)。為提高無人機(jī)衛(wèi)通鏈路的穩(wěn)定性和可靠性，引入人工智能技術(shù)。

1 人工智能技術(shù)應(yīng)用于無人機(jī)衛(wèi)通鏈路的概述

在無人機(jī)衛(wèi)通測控領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的應(yīng)用廣泛而深遠(yuǎn)。信號(hào)處理方面，通過深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，可以實(shí)時(shí)處理和優(yōu)化傳輸信號(hào)，減少噪聲和干擾的影響，從而提升通信的可靠性和穩(wěn)定性。頻譜管理方面，人工智能技術(shù)可以智能化分配和管理頻譜資源，預(yù)測未來需求，實(shí)現(xiàn)頻譜的高效利用。同時(shí)，人工智能賦予衛(wèi)通鏈路自主決策的能力，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以應(yīng)對(duì)各種通信場景和故障情況。在安全與隱私保護(hù)方面，人工智能技術(shù)可以應(yīng)用于通信內(nèi)容的加密、安全威脅的識(shí)別以及通信鏈路的監(jiān)控，確保通信數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。

2 人工智能技術(shù)在無人機(jī)衛(wèi)通鏈路應(yīng)用的重要性

2.1 增強(qiáng)通信效率與穩(wěn)定性

無人機(jī)衛(wèi)星通信鏈路面臨眾多挑戰(zhàn)，如大氣層干擾、電磁波干擾、天氣變化等，易引發(fā)信號(hào)弱化或中斷。通過分析歷史通信數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)，人工智能技術(shù)可以建立預(yù)測模型，預(yù)測天氣、地理位置等因素對(duì)通信的影響。衛(wèi)星系統(tǒng)根據(jù)預(yù)測模型的信息提前作出調(diào)整，如調(diào)整信號(hào)功率、信號(hào)頻率等，以確保穩(wěn)定的通信連接。人工智能技術(shù)可以優(yōu)化信號(hào)調(diào)制和糾錯(cuò)編碼等傳輸參數(shù)，最大限度地提高信號(hào)傳輸效率，從而在不穩(wěn)定的條件下保持更穩(wěn)定的通信鏈路[1]。

2.2 智能資源管理

人工智能可以實(shí)時(shí)監(jiān)測通信需求和資源供應(yīng)情況，智能地分配資源。例如，在通信需求較低的情況下，人工智能技術(shù)可以將資源分配給其他任務(wù)，以提高資源的利用效率。另外，人工智能技術(shù)可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測未來通信需求的變化趨勢，從而更好地規(guī)劃資源分配和調(diào)度策略，減少資源的浪費(fèi)和閑置。

2.3 故障診斷與維護(hù)

人工智能可以通過監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，人工智能技術(shù)可以自動(dòng)發(fā)出警報(bào)并提供詳細(xì)的故障分析報(bào)告，有助于維護(hù)人員確定問題所在。此外，人工智能技術(shù)可以運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在大量歷史故障數(shù)據(jù)中找出潛在的故障模式，預(yù)測設(shè)備可能出現(xiàn)故障的類型和時(shí)間，有針對(duì)性地制定維護(hù)計(jì)劃，降低維護(hù)成本和系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。

3 人工智能技術(shù)在無人機(jī)衛(wèi)通鏈路中的具體應(yīng)用

3.1 無人機(jī)衛(wèi)通鏈路質(zhì)量監(jiān)測與維護(hù)的需求

3.1.1 鏈路質(zhì)量監(jiān)測與評(píng)估

實(shí)時(shí)監(jiān)測信號(hào)強(qiáng)度是保障通信系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。通過不斷跟蹤衛(wèi)星與地面站之間的信號(hào)強(qiáng)度變化，系統(tǒng)可以迅速識(shí)別出潛在的信號(hào)弱化或丟失情況，從而采取相應(yīng)措施來維持通信連接。信噪比可以衡量信號(hào)與背景噪聲之間的比例。一個(gè)良好的信噪比有助于提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。實(shí)時(shí)監(jiān)控信噪比的變化可以幫助系統(tǒng)檢測信號(hào)受干擾或衰減的情況，以便及時(shí)干預(yù)。誤碼可以反映數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的位錯(cuò)誤率。通過持續(xù)監(jiān)測和評(píng)估誤碼率，系統(tǒng)可以及早地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤率升高的情況并采取糾錯(cuò)措施，以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性。時(shí)延是另一個(gè)關(guān)鍵的監(jiān)測指標(biāo)，特別是在實(shí)時(shí)通信應(yīng)用中。較低的時(shí)延有助于實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)響應(yīng)速度，從而提升用戶體驗(yàn)。通過監(jiān)測時(shí)延變化，系統(tǒng)可以識(shí)別出通信鏈路中可能存在的延遲問題并針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化通信性能。

3.1.2 故障檢測與自動(dòng)化維護(hù)

大氣層干擾和天氣變化是常見的鏈路中斷因素。大氣層中的水蒸氣和其他氣體可能引起信號(hào)衰減，從而影響通信質(zhì)量。惡劣的天氣條件如暴風(fēng)雨、暴雪等也可能干擾信號(hào)傳輸。系統(tǒng)可以通過監(jiān)測大氣層的參數(shù)，提前預(yù)知可能的干擾情況，并在必要時(shí)自動(dòng)切換信號(hào)或調(diào)整通信參數(shù)，以保障通信的穩(wěn)定性。通信設(shè)備故障如硬件故障或軟件異常也是導(dǎo)致鏈路中斷的因素之一[2]。為應(yīng)對(duì)這類情況，系統(tǒng)需要實(shí)施定期的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，并針對(duì)設(shè)備故障采取自動(dòng)診斷和修復(fù)機(jī)制。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)化維護(hù)系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并嘗試開展自愈操作，如切換到備用鏈路、重啟設(shè)備等，以最大限度地減少通信中斷的影響。自動(dòng)化維護(hù)的優(yōu)勢在于減少人為操作的干預(yù)。通過自動(dòng)檢測異常和采取措施，系統(tǒng)可以在無人值守的情況下保障通信的穩(wěn)定性。

3.1.3 數(shù)據(jù)分析與預(yù)測性維護(hù)

通過了解鏈路的長期趨勢，能夠準(zhǔn)確預(yù)測潛在的鏈路問題，識(shí)別可能出現(xiàn)的瓶頸和故障點(diǎn)。根據(jù)這種預(yù)知性的信息提前采取維護(hù)措施，有效避免或降低潛在的服務(wù)中斷風(fēng)險(xiǎn)。為更具體地實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維護(hù)，可以建立一個(gè)高度精準(zhǔn)的預(yù)測性維護(hù)模型。該模型將結(jié)合歷史鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)、監(jiān)測信息和可能的干擾因素，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法進(jìn)行高效的預(yù)測。通過分析不同時(shí)間段的鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)，模型能夠識(shí)別出規(guī)律性的變化，預(yù)測潛在的異常情況。通過采用這種預(yù)測性維護(hù)模型，能夠在鏈路出現(xiàn)故障之前，實(shí)施必要的預(yù)防性措施。這不僅可以降低維護(hù)成本，減少不必要的維護(hù)任務(wù)，還能夠顯著減輕潛在的業(yè)務(wù)中斷對(duì)組織的影響。此外，及時(shí)的預(yù)防性維護(hù)有助于提升整體的衛(wèi)通網(wǎng)絡(luò)可靠性和穩(wěn)定性，為業(yè)務(wù)的持續(xù)流暢運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

3.2 人工智能在鏈路質(zhì)量監(jiān)測與維護(hù)中的潛在應(yīng)用

3.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)測

人工智能可以利用傳感器數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)以及歷史數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)監(jiān)測鏈路的質(zhì)量。系統(tǒng)利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以自動(dòng)識(shí)別異常情況，如延遲增加、丟包率上升等，有助于快速發(fā)現(xiàn)潛在問題，并在問題發(fā)展到嚴(yán)重階段之前采取相應(yīng)措施予以解決。另外，基于歷史數(shù)據(jù)的模型可以預(yù)測未來鏈路質(zhì)量的變化，從而幫助網(wǎng)絡(luò)管理員采取相應(yīng)的優(yōu)化策略。

3.2.2 自動(dòng)化維護(hù)與優(yōu)化

人工智能可以自動(dòng)化地執(zhí)行鏈路維護(hù)和優(yōu)化任務(wù)。例如，當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)檢測到鏈路質(zhì)量下降時(shí)，人工智能技術(shù)可以自動(dòng)分析可能的原因，并提出修復(fù)方案，節(jié)省大量時(shí)間和人力的同時(shí)減少人為錯(cuò)誤。此外，人工智能技術(shù)可以根據(jù)實(shí)時(shí)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以優(yōu)化鏈路性能。這種自動(dòng)化的優(yōu)化可以提高衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的效率和穩(wěn)定性。

3.2.3 故障診斷分析

在鏈路質(zhì)量監(jiān)測中，如果發(fā)生故障或問題，人工智能可以快速開展診斷并分析根因。通過分析大量的數(shù)據(jù)和日志信息，人工智能技術(shù)可以定位故障位置，并提供解決方案。這種快速且準(zhǔn)確的診斷可以縮短故障恢復(fù)時(shí)間，減少業(yè)務(wù)中斷。同時(shí)，人工智能技術(shù)可以比較分析多個(gè)鏈路，找出共同的問題模式，以便更好地預(yù)防未來類似問題的發(fā)生[4]。

4 人工智能技術(shù)的無人機(jī)衛(wèi)通鏈路質(zhì)量監(jiān)測的有效策略

4.1 加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集與分析

在無人機(jī)衛(wèi)星通信中，數(shù)據(jù)的采集和分析是確保鏈路質(zhì)量監(jiān)測有效性的基礎(chǔ)?？梢栽跓o人機(jī)上布置傳感器網(wǎng)絡(luò)以監(jiān)測通信鏈路的關(guān)鍵參數(shù)，如信號(hào)強(qiáng)度、延遲、丟包率等。考慮無人機(jī)的特殊環(huán)境，傳感器的選擇和布局需要充分考慮環(huán)境適應(yīng)性和可靠性。針對(duì)傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，采用合適的采集頻率和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。由于資源有限，可以考慮采用壓縮算法和智能采樣策略，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可用性。在數(shù)據(jù)傳輸之前，進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，如校正、濾波、異常值檢測等，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.2 加強(qiáng)人工智能應(yīng)用

人工智能技術(shù)在無人機(jī)衛(wèi)星通信鏈路質(zhì)量監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用，基于歷史數(shù)據(jù)和環(huán)境信息，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建預(yù)測模型，預(yù)測未來鏈路質(zhì)量的變化，有助于提前采取相應(yīng)措施，避免通信中斷或降低鏈路質(zhì)量。結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)等技術(shù)，使衛(wèi)通鏈路能夠自主調(diào)整通信參數(shù)，以適應(yīng)不同的通信環(huán)境。這種自適應(yīng)優(yōu)化可以在復(fù)雜多變的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更好的鏈路性能[5]。借助人工智能技術(shù)，識(shí)別鏈路質(zhì)量異常和故障，并定位問題根源，有助于快速響應(yīng)和修復(fù)，提高無人機(jī)衛(wèi)通鏈路的可靠性和穩(wěn)定性。

4.3 鏈路優(yōu)化與決策

根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群算法等，調(diào)整信道、功率等資源，以優(yōu)化通信鏈路的性能。基于監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)測模型，制定鏈路切換策略，確保在信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)能夠平滑切換到其他鏈路，保障通信的連續(xù)性。在多種通信協(xié)議可選的情況下，根據(jù)實(shí)時(shí)的鏈路質(zhì)量信息，動(dòng)態(tài)選擇最適合的通信協(xié)議，以提高鏈路的性能和穩(wěn)定性。

5 加強(qiáng)人工智能技術(shù)無人機(jī)衛(wèi)通鏈路質(zhì)量維護(hù)的有效策略

5.1 自動(dòng)化監(jiān)測與分析

在無人機(jī)衛(wèi)星通信鏈路中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)測和分析是較為關(guān)鍵的內(nèi)容。人工智能技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)采集、處理和分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測鏈路質(zhì)量的變化，如信號(hào)強(qiáng)度、延遲、丟包率等關(guān)鍵指標(biāo)。因此，可以開發(fā)智能化的傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于數(shù)據(jù)收集，將收集的數(shù)據(jù)傳輸至地面站點(diǎn)或云平臺(tái)進(jìn)行處理。采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，分析歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，預(yù)測鏈路質(zhì)量的趨勢和潛在問題。一旦檢測到異常情況，系統(tǒng)就可以自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，通知維護(hù)人員進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)鏈路質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動(dòng)化維護(hù)。

5.2 自適應(yīng)資源配置與優(yōu)化

人工智能技術(shù)可以幫助優(yōu)化無人機(jī)衛(wèi)星通信鏈路的資源配置，以最大限度地提高鏈路質(zhì)量。通過分析歷史數(shù)據(jù)和環(huán)境信息，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以預(yù)測不同時(shí)段、不同區(qū)域的通信鏈路質(zhì)量?；谶@些預(yù)測結(jié)果，不僅可以自動(dòng)調(diào)整通信參數(shù)，如頻率、調(diào)制方式、功率等，以適應(yīng)不同條件下的通信需求，還可以實(shí)現(xiàn)多鏈路冗余與切換，使得在鏈路質(zhì)量下降時(shí)能夠自動(dòng)切換到備用鏈路，保障通信的可靠性。通過持續(xù)的資源優(yōu)化，可以有效提升通信鏈路的穩(wěn)定性和性能。

5.3 異常檢測與故障預(yù)防

人工智能技術(shù)可以用于異常檢測和故障預(yù)防。通過訓(xùn)練模型，可以識(shí)別出通信鏈路中的典型異常模式，如突然的信號(hào)中斷、信號(hào)干擾等。一旦檢測到異常，系統(tǒng)就立即采取相應(yīng)措施，如自動(dòng)調(diào)整通信參數(shù)、切換到備用鏈路，或者通知維護(hù)人員開展進(jìn)一步的診斷和修復(fù)工作[6]?；跉v史數(shù)據(jù)的分析，可以預(yù)測潛在的故障點(diǎn)，提前進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，從而減少系統(tǒng)故障的可能性，提高通信鏈路的穩(wěn)定性和可用性。

6 結(jié) 論

人工智能技術(shù)在無人機(jī)衛(wèi)通鏈路質(zhì)量監(jiān)測與維護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。文章應(yīng)用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)衛(wèi)通鏈路的智能化監(jiān)測和自動(dòng)化維護(hù)，增強(qiáng)通信穩(wěn)定性和可靠性。未來，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)衛(wèi)通鏈路質(zhì)量監(jiān)測與維護(hù)方法將會(huì)不斷優(yōu)化，從而帶來更大的突破與進(jìn)步。