无人机中继通信系统具有以下特点：
- 灵活性和机动性：无人机中继通信系统具有高度的灵活性和机动性，可以通过调整飞行轨迹来避开障碍物，选择最佳传输位置，从而提高系统的可靠性和通信质量。这种灵活性使得无人机中继系统在复杂环境中能够有效应对各种挑战。
- 自组网能力：无人机中继通信系统通常采用自组网技术，这种技术允许无人机在动态环境中自主组织通信网络，实现多点之间的信息传递和共享。自组网技术使得无人机群系统不依赖于单独的个体，即使部分无人机离开或加入，整个系统仍能保持完整性。
- 高可靠性：无人机中继通信系统通过部署多个中继节点，可以提高通信的可靠性。例如，在紧急通信场景中，无人机可以作为中继节点维持基站与地面用户之间的通信链路。此外，系留无人机通过线缆与地面站相连，提供持续稳定的电源和高速数据传输能力，进一步增强了系统的可靠性。
- 低延迟和高效率：相比传统的卫星通信系统，无人机中继通信系统的延迟较小，且成本较低。无人机可以在低空飞行时通过可视距链路与地面设备建立主导的通信信道，从而降低设备的发射功率并延长网络寿命。
- 多用途和多功能性：无人机中继通信系统不仅能够提供基本的通信服务，还可以支持多种应用，如环境监测、灾害应急通信等。此外，无人机中继系统还可以与其他通信技术结合使用，如自由空间光(FSO)通信技术，以提高数据传输速率和安全性。
- 抗干扰能力：无人机中继通信系统能够兼容处理各种信号，并采取抗电磁干扰措施，确保指令的有效传输和多机的协同通信。这使得无人机中继系统在复杂电磁环境下仍能保持高效的通信性能。
- 快速部署和低成本：无人机中继通信系统具有快速部署的特点，相对于移动通信和卫星通信系统，其部署周期短、成本低。这对于需要迅速响应的应急通信场景尤为重要。
无人机中继通信系统以其灵活性、高可靠性、低延迟、多功能性和快速部署等优势，在现代通信领域展现出广阔的应用前景。
一、 无人机中继通信系统在自组网技术方面的最新进展是什么?
无人机中继通信系统在自组网技术方面的最新进展主要体现在以下几个方面：
- 动态组网与自组织能力：无人机自组网采用动态组网和无线中继技术，能够实现无人机间的互联互通，具备自组织、自修复的能力和高效、快速组网的优势。这种自组织网络能够在动态自治性区域内实现无线通信网络，支持多跳传输和多任务协作。
- 多址接入与路由协议研究：基于飞行自组网(FANET)的研究，重点分析了多址接入协议和路由协议的设计挑战，包括高移动性、冲突避免和时延要求等方面。这些研究旨在提高FANET的吞吐量、降低时延和网络开销，使其能够更广泛地应用于军事和民用领域。
- 基站式自组网电台技术：新型的基站式自组网电台技术，通过大功率发射和覆盖通信距离远的特点，集成了数据收发、动态路由和中继转发功能，与其他形态节点设备快速自组构成无线多跳宽带网络，为用户提供语音、数据及视频等服务。
- 应用场景拓展：无人机与自组网技术结合的中继通信增强技术在多个领域具有广泛的应用前景，例如应急救援、军事协同作战、情报收集以及提升民用航空安全和服务质量等方面。
- 技术架构创新：当前的研究还涉及将软件定义网络(SDN)技术和网络功能虚拟化(NFV)技术应用于FANET网络架构中，以构建更加安全高效的网络架构，增强节点的移动性和自主控制能力。
二、 如何提高无人机中继通信系统的抗电磁干扰能力?
要提高无人机中继通信系统的抗电磁干扰能力，可以采取以下几种方法：
- 环境感知与动态调整：通过集成电磁干扰环境感知、数据链电磁干扰预测和自适应抗干扰措施，无人机可以根据实时监测的电磁环境动态调整飞行姿态和航迹。例如，当无人机检测到强电磁干扰时，可以通过改变飞行姿态(如由水平飞行变为盘旋飞行)来远离干扰源，从而降低干信比，提高数据链的抗干扰能力。
- 多频道切换与功率控制：基于电磁干扰环境监测，无人机可以切换到多个工作频道，并根据干扰信号特征参数进行地面发射功率控制。这种方法可以避免信道互扰现象，并确保数据链的稳定运行。
- 利用缓存辅助技术：在无人机中继通信系统中，通过在无人机上添加缓存单元，可以在有利的信道条件下存储和分发数据。这不仅可以减少因无人机不稳定引起的随机波动对链路质量的影响，还可以在传输信道质量良好时进行数据传输，从而降低中断概率，提升通信网络服务质量。
- 采用混合通信技术：结合自由空间光(FSO)和射频(RF)通信技术，无人机中继可以根据信道环境动态调整位置，避开障碍物并选择最佳传输位置。这种混合系统可以提高系统的灵活性和可靠性，同时扩展通信范围。
- 屏蔽、滤波和接地：在硬件层面，可以采用屏蔽、滤波和接地等措施来抑制电磁干扰。屏蔽可以减少电磁场的穿透，滤波可以过滤掉不需要的频率成分，而接地则可以消除静电耦合。
三、 无人机中继通信系统与其他通信技术(如自由空间光通信)结合使用的案例研究有哪些?
无人机中继通信系统与其他通信技术(如自由空间光通信)结合使用的案例研究主要集中在以下几个方面：
- 无人机作为中继的混合FSO/RF通信系统：在一些研究中，无人机被用作中继，以增强自由空间光(FSO)链路的可用性。例如，通过部署无人机作为中继，可以连接机载平台和地面站的FSO链路，从而避免云层阻塞，提高恶劣天气条件下的通信可靠性。
- 基于统计信道状态信息的波束成形方案：在混合光电传输架构中，无人机中继通信系统利用自由空间光技术和射频传输完成通信过程。这种架构通过统计信道状态信息来优化波束成形，以降低系统的中断概率。
- 自适应资源分配策略：在应急通信场景下，研究提出了一种联合优化算法，通过自适应资源分配策略来提高无人机的位置部署和功率分配，从而满足用户公平性和信息因果约束的同时达到最大吞吐量。
- 对抗大气湍流的增强型调制技术：一种基于增强型完全光广义空间调制的串行无人机中继自由空间光通信系统被提出，旨在对抗大气湍流，实现更稳定和灵活的通信。
四、 在紧急通信场景中，无人机中继通信系统的部署策略和效果评估。
在紧急通信场景中，无人机中继通信系统的部署策略和效果评估涉及多个方面，包括无人机的高度、功率、位置选择以及优化轨迹等。
无人机中继通信系统的设计通常考虑最佳的高度、功率和位置部署。对于短距离或城市内的通信，无人机可能在100米至600米的高度运行，以提供更好的信号质量和更快的数据传输速度。而在需要更大范围覆盖的农村或远程地区，无人机可能会升至1公里以上，以减少地面障碍物的影响，但需注意飞行稳定性和电池续航。
无人机作为移动中继，可以将宏基站的信息转发给紧急区域的用户，通过联合优化MBS功率分配、无人机服务区域选择和用户调度来提高总频谱效率。此外，在灾后应急通信网络下，无人机中继的选择和轨迹优化也是关键因素，通过联合优化无人机的可用通信能量、最大飞行速度和实时通信质量，可以有效提升通信效果。
无人机中继系统在应急通信中的应用具有快速部署的优势，尤其是在地面通信基础设施损毁的情况下，无人机集群能够深入受灾区域作为空中基站或无线中继，快速恢复通信网络。无人机中继传输系统效能评估分析表明，选择最佳的中继方案对于完成传输任务至关重要，需要系统性并且全面地评估无人机中继系统的性能。
无人机中继通信系统在紧急通信场景中的部署策略应综合考虑无人机的高度、功率、位置选择以及优化轨迹等因素，以确保信号覆盖范围广、传输稳定且能有效避免干扰。
五、 无人机中继通信系统在环境监测和灾害应急通信中的应用案例。
无人机中继通信系统在环境监测和灾害应急通信中有着广泛的应用案例。
在环境监测方面，无人机中继通信系统能够实现无公网覆盖的偏远地区实时数据采集。例如，中国科学院青藏高原研究所利用自主研发的无人机物联网中继系统，成功实现了青藏高原等偏远区域环境监测设备数据的实时采集。该系统包括无人机机载中继设备和地面物联网终端设备，在无人机飞至地面终端附近区域时，通过建立远距离无线电通信链路并发送唤醒命令，实现对环境监测设备的远程唤醒和数据传输。此外，该系统还采用了低功耗、长距离传输的LoRa无线通信技术，可以在无人机到达环境监测区域2.5公里范围内发送设备唤醒命令，实现远程唤醒高功耗的5GHz模块。
在灾害应急通信方面，无人机中继通信系统同样发挥了重要作用。例如，在河南省遭遇大规模极端强降雨导致部分区域通信中断的情况下，应急管理部紧急调派翼龙无人机空中应急通信平台，跨区域长途飞行，历时4.5个小时抵达巩义市米河镇通信中断区，利用翼龙无人机搭载的移动公网基站，实现了该区域的通信恢复。此外，翼龙-2H应急救灾型无人机系统也能够定向恢复50平方公里的移动公网通信，并建立覆盖15000平方公里的音视频通信网络，通过融合空中组网、高点中继等技术，实现图像、语音、数据的上下贯通横向互联。
