基于自由空間光的無人機集群通信載荷技術發展現狀與趨勢

　　摘要:對基于自由空間光(FreeSpaceOptical，FSO)的無人機集群通信載荷技術應用需求進行了歸納總結，論述了FSO通信技術及應用在無人機載荷的國內外發展現狀，展望了高速移動通信環境下無人機集群FSO通信載荷技術的未來發展趨勢，進一步深入分析了應用于無人機集群的FSO通信鏈路的關鍵技術。可以預見，基于FSO的通信載荷將廣泛應用于未來無人機集群的大帶寬通信組網。

　　本文源自蘇紹璟;童小鐘;魏俊宇;吳鵬，國防科技大學學報發表時間：2021-07-23

　　關鍵詞:自由空間光通信;無人機集群;發展現狀與趨勢

　　隨著無人駕駛飛行器應用領域的擴大，無人機作為新時期的高科技裝備，對改變作戰樣式、打贏未來戰爭起著至關重要的作用。傳統的射頻(RadioFrequency，RF)通信在高壓線和通信基站等環境下易受磁場干擾影響，難以實時高效地通信，影響無人機集群的協同作戰效能，此外，RF通信的廣播特性容易產生同頻干擾和安全問題，制約了無人機的隱身性能。而自由空間光(FreeSpaceOptical，FSO)通信擁有大帶寬，免許可證，隱秘安全且不易受干擾的優勢，在安全和保密性能方面是傳統的RF通信無法比擬的，因此非常適合軍事通信[1-3]。同時，無人機在商業領域的發展也非常迅速，已經廣泛應用于搜索和救援[4]、工農業檢測[5]、道路交通監控[6]、地震災區評估[7]、地理信息三維測繪[8]等領域。

　　近年來，無人機集群承擔的任務向多元化方向發展。在軍事方面，美國和俄羅斯等國家已經讓其擔負戰場情報搜索、監視和偵察打擊等任務，任務復雜度對信息傳輸提出了低延時、大帶寬和高保密性的要求，通信質量的好壞決定了其生存能力和任務成功與否。基于FSO的無人機集群通信僅需通過光強便可及時有效進行沖突檢測和避免碰撞，有效提升其在復雜電磁干擾環境下通信抗干擾和任務執行能力，FSO通信能夠滿足4K視頻回傳等高速實時業務的需求，能夠實現無人機集群通信隱身化，提高無人機集群協同作戰效能。因此，基于FSO的無人機集群通信鏈路的研究已成為各國的熱點[9]。

　　本文研究內容和總體框架如圖1所示。首先，對基于FSO的無人機集群通信載荷的應用需求進行了梳理歸納，認真分析了近幾年國內外相關技術的研究現狀;然后，深入探討了FSO通信載荷中主要應用關鍵技術;最后，展望了FSO通信載荷技術的未來發展趨勢，以期為提高基于FSO的無人機集群通信載荷技術提供借鑒與參考。

　　1應用需求

　　現代戰場環境日趨復雜，利用無人機進行情報搜集和偵察，實時圖像回傳等都需要大量的數據傳輸和信息快速交換，集群之間的通信要求低延時，寬帶寬及高保密性來保證不易被攔截竊聽。因此，無人機集群FSO通信存在諸多通信需求，具體有以下幾個方面[9-11]。

　　1)數據隱秘安全傳輸需求。目前，大多數無人機集群通信都是基于已有的RF無線電基站和協議基礎上進行改進和優化后使用的。無人機集群參與諸如戰場偵察監視，情報搜索和目標定位跟蹤等隱秘任務時，傳統RF通信因其傳輸信道具有廣播特性，容易產生同頻干擾及安全問題，這些都可能使無人機集群系統性能嚴重下降。此外，無人機集群RF通信使用的WiFi和LORA等無線通信網絡在高壓線、通信基站和金屬設施多的工廠等復雜電磁環境容易受到磁場干擾，難以做到高效穩定通信，這將大大降低無人機集群協同作戰和工程實際應用的能力。而FSO采用點對點定向通信，鏈路間干擾小且有效避免信息竊取，保密性高，因此，為了滿足數據隱秘安全傳輸以及未來無人機集群多場景全天候的實戰需求，需要深入研究基于FSO的無人機集群通信技術。

　　2)實時高速傳輸需求。無人機偵察打擊要求實時數據傳輸，其通信鏈路的高速率對戰場決策起著至關重要的作用，以無人機為節點構建高速傳播的空中骨干節點網絡，對構建空天一體化作戰指揮體系實時通信具有關鍵作用。例如，利用無人機FSO通信鏈路轉發指揮控制指令、監視和感知戰場態勢等任務，需要快速共享指令或者各種傳感器捕獲的情報信息，只有實時高速的傳輸速率才能滿足現代復雜戰場環境下高質量的通信。若要構建人與無人機結合的作戰體系，則需利用FSO通信實時信息傳輸來滿足人-機一體化的要求，使其能夠作為指揮員的“千里眼”和“順風耳”，幫助指揮員實時掌握戰場態勢，提高戰場決策和任務完成能力。

　　3)良好的抗干擾性能需求。復雜的戰場環境下，無人機集群之間的通信質量直接決定了任務的成功與否，通信數據鏈路必將成為敵我雙方電子偵察與干擾的重點。因此，數據鏈路的抗干擾性能是通信連接中值得關注的因素。傳統的RF通信由于其安全性差，易被捕獲和干擾，難以在復雜電磁環境下充分發揮效能。FSO通信在發射和接收可見光時難以被敵方捕獲和偵察識別，通信過程不易被破壞和竊聽，具備強抗干擾特性，能夠幫助無人機集群高效傳輸信息，從而提升戰場任務執行能力和生存能力。

　　4)拓展頻譜資源帶寬的需求。無人機集群在戰場上擔負著越來越豐富且關鍵的角色，任務執行領域和范圍都將有所增加。傳統的RF通信無線電頻譜在米到毫米范圍，采用6～60GHz范圍的頻率帶寬[12]，日益增加的頻譜帶寬需求使得頻帶資源(例如13GHz、15GHz和23GHz)正變得擁塞[13]，同時，RF通信不可避免地存在頻率干擾問題。而FSO激光束的波長在微米范圍[14]，工作頻段在全球不受管制，可以免費使用且無須申請審批，能夠有效擴展無人機集群高動態通信的頻譜資源，提高頻譜資源利用率，并且其不易受到頻率和相鄰頻段帶來的干擾，能夠滿足日益增長的頻譜資源需求，有效解決頻譜資源擁擠和沖突問題。

　　5)無人機集群通信智能化需求。現代戰場瞬息萬變，作戰時不同時間和空間的互聯關系難以預先規劃，通信連接具有高機動性，這就要求通信系統在建立連接時具備“高智能化”，即具備無中心自組織的智能組網通信特性，在應對復雜的電磁環境背景下遭遇干擾竊聽時能夠主動防御，通信被破壞之后能夠利用系統智能算法主動修復，完成高質量的通信連接，保證戰場通信的安全性、可靠性和持續性。智能化通信技術能夠使無人機集群協同作戰能力大大提升，增強系統的自適應以及抗打擊能力，提供良好的人機交互性和多功能的信息處理，幫助指揮員快速決策，取得戰場先機。同時，稍縱即逝的戰機要求無人機集群主動判斷和戰場感知能力的智能化，從而實現先發制人，克敵制勝。

　　6)配置靈活與降低成本需求。隨著無人機集群執行任務的多樣化，其作戰環境和作戰范圍將發生巨大的變化。傳統的RF通信無法在各種陌生惡劣的環境快速靈活配置通信，并且設備及維修費用高，通信功耗大，不能夠滿足未來全空域多場景的任務持續性需求。而FSO通信鏈路的功耗小，靈活性高，能夠在各種環境靈活實現通信連接配置。同時，FSO通信設備簡單，僅需激光發射器和信號探測儀便可實現FSO通信，成本低廉并且易于維護。因此，FSO通信載荷能夠滿足配置靈活和降低成本的需求，從而提升無人機集群任務廣度和執行能力[14]。

　　2發展現狀與趨勢

　　2.1國外發展現狀

　　FSO通信具有不易被攔截和竊聽、不會對附近的射頻造成干擾等多種戰術優勢[15]，不少發達國家早已從事飛機間的機載激光通信載荷及鏈路的理論和關鍵技術研究。早在1984年，美軍資助的HAVELACE項目就已經在兩架KC-135A飛機間實現160km通信距離、19.2kbit/s傳輸速率以及10-6誤碼率的通信[16]。1998年，美國空軍實驗室在兩架T-39飛機間實現12192m飛行高度、50～500km通信距離、1Gbit/s傳輸速率以及10-6誤碼率的通信演示試驗[17]。1999年，美國的ThermoTrex公司和Lucent公司相繼進行了機載激光通信實驗，并分別實現了50～500km通信距離、1Gbit/s傳輸速率以及10-6誤碼率和20km通信距離、波長為1550nm和2.5Gbit/s傳輸速率的通信演示試驗[18-19]。2003年，美國空軍研究室研制實現了100km通信距離、1～2.5Gbit/s傳輸速率以及10-7誤碼率的通信原理樣機，并于2006年完成搭載飛機的測試實驗[20]。2008年，德國宇航中心完成了Do-228飛機與地面站間10～85km通信距離、155Mbit/s通信速率的激光通信實驗，并于2013年成功在“狂風”戰斗機和地面移動站之間完成50km通信距離、1.25Gbit/s傳輸速率的實驗[21]。2009年，麻省理工學院進行了搭載在雙獺飛機上激光終端的通信實驗，并實現了25km通信距離、2.5Gbit/s傳輸速率的目標[22]。2010年，美國空軍實驗室進行了DC-3飛機之間94～132km通信距離、2.5Gbit/s傳輸速率以及10-6誤碼率的雙向激光通信實驗[23-25]。

　　在無人機載激光通信領域，近幾年發展也十分迅速。2006年，文獻[26]首次提出在無人機集群之間應用FSO通信鏈路，并指出FSO通信在無人機集群中可能的應用場景和顯著優勢。2008年，文獻[27]進一步討論了FSO通信在無人機集群中應用所具備的優勢和帶來的挑戰。文獻[28]指出FSO通信非常適合應用在需要高速數據連接的無人機集群中，并討論使用FSO連接的對準以及由大氣引起的光束衰減和波動等問題。文獻[29]在基于FSO的無人機鏈路上進行了大容量通信，并討論了實現這一技術潛在的困難和挑戰。文獻[30]研究了由于無人機位置和方向的隨機波動而引起的FSO通道的幾何損失并對FSO通道質量進行了量化。文獻[31]研究了無人機的隨機懸停波動對跟蹤方法性能的影響，并基于無人機的不穩定性程度，分析推導了用于跟蹤和誤碼率的封閉形式表達式。文獻[32]提出了不同的基于深度學習的新型FSO系統，其中深度學習[33]應用在檢測器、聯合信道估計器等方面，并考慮到大氣湍流對所提出結構的符號誤碼率性能進行了研究，提出的結構不需要導頻序列，能夠實現低成本并且具有良好的性能。在無人機FSO通信工程實際應用方面，2014年，美國通用原子公司提出的搭載在MQ-9無人機載激光通信載荷并于2020年2月已完成通信系統部分試驗，該系統在1.064μm和1.550μm兩個光波波長下工作，能夠保證無人機通信鏈路的低可截獲和低可檢測概率[34-35]。

　　2.2國內發展現狀

　　國內對FSO通信載荷技術研究是從點對點機載激光通信開始的[36]，對基于FSO的無人機集群通信研究則相對更晚，所以與國外相比，存在較大的差距。不過近幾年發展十分迅速，取得了不少顯著的成果[37]。

　　2001年，上海光機所開始研制點對點的機載激光通信樣機，該通信樣機可以實現50～100km通信距離、1Gbit/s傳輸速率以及10-6誤碼率的通信[36，38];2006年，武漢大學首次成功實現了42Mbit/s的多業務機載激光通信試驗，而且次年又成功地在國內進行了全空域的機載激光通信自動跟蹤伺服系統試驗[36];2009年，西安理工大學成功研制了基于以太網的大氣激光視頻傳輸系統，實現了3～5km通信距離，24小時全天候無間斷實時視頻網絡數據通信[36-37];2011年，長春理工大學實現直升機之間的通信距離為20km的動態激光通信野外實驗[36，39];2013年，長春理工大學對無人機載激光通信的關鍵技術進行了詳細分析，建立了機載激光通信原型研制并在兩架運12型固定翼飛機之間進行了高速長距離通信測試，并實現了通信距離為144km，通信速率為2.5Gbit/s的通信[40];2016年，中國科學院上海光學精密機械研究所實現了通信距離為3110m飛機-水下的無線光通信試驗;2017年，中電三十四研究所采用小型旋翼無人機平臺實現了6.7km通信距離、1.25Gbit/s通信速率前提下穩定的信號傳輸，對信號傳輸的質量進行了測試分析[41]。然而，與國外相比，我國FSO通信技術工業應用發展相對滯后，尤其是在無人機領域存在較大差距。因此，加快推進國內基于FSO的無人機集群通信技術研究和應用具有重要意義。

　　綜合國內外的研究現狀發現，在FSO通信載荷機載應用方面，主要涉及有人機載激光通信載荷的點對點激光通信，暫未進行大規模集群間的FSO通信試驗;而有關無人機集群的FSO通信載荷試驗則更是鮮有報道。現階段關于FSO通信研究主要存在以下幾個方面的局限性:①FSO通信系統是通信載荷發展的基礎，而現有的FSO通信系統主要應用在衛星或中大型有人機，其功率和尺寸等都無法直接匹配無人機通信載荷。②現階段FSO通信載荷試驗都是采取點對點通信，這種通信方式受大氣環境的影響導致鏈路可靠性變差，影響網絡拓撲的生成和優化，網絡容錯性差[42]，FSO通信鏈路的狀態隨著網絡環境的變化而發生改變，需要網絡拓撲重置(包括光路邏輯和物理拓撲的重置)來保證網絡通信，這些因素都限制了FSO通信在無人機集群中的工程應用。③未能很好地解決無人機集群大規模網絡接入進行超密集型業務造成網絡中FSO鏈路(包括地面網絡與無人機之間的鏈路，無人機與無人機之間的鏈路)的負載和鏈路利用率不均衡的問題。④FSO通信由于光束的方向性使得無人機集群面臨通信鏈路難以快速建立的問題，FSO鏈路的獲取、跟蹤和指向都是不小的挑戰。此外，機載終端之間視線損失和大氣影響等問題也限制了無人機集群FSO通信載荷的發展。

　　綜上所述，盡管FSO通信在理論和應用上取得了一定程度的進展，并開展了機載激光通信載荷相關的仿真和試驗，但仍然面臨諸多問題和挑戰，限制了基于FSO的無人機集群通信的發展，應該充分認識到當前試驗的局限和不足，深入進行相關領域的研究。

　　2.3發展趨勢

　　結合國內外無人機集群FSO通信發展現狀，可以總結以下幾點主要發展趨勢[9，32，43-49]:

　　1)無人機集群通信朝著RF/FSO異構融合方向發展。未來無人機集群通信將朝著RF/FSO混合通信發展，最大限度地發揮不同譜段通信系統的優勢。不同的譜段均有各自的特點，無線電易受電磁干擾，難以實時高效通信，但其穿透云霧能力強;可見光抗干擾能力強，具有很高的方向性和安全性，但易受大氣環境和天氣因素影響。構建無線電和可見光的異構融合通信，能夠最大限度地發揮各自的優勢，可以有效拓展無人機集群高動態通信的頻譜資源，提供更好的數據連接的安全性和可靠性，提高頻譜資源利用率和數據傳輸速率，實現特定區域的無縫高速通信連接，為日益錯綜復雜的戰場環境提供全天候、全方位的通信保障服務[50]。

　　2)FSO通信載荷智能化。近年來，機器學習飛速發展，其在智能識別、目標檢測等各個領域的應用已經有了卓越的表現，將機器學習與FSO通信技術結合，有助于實現載荷智能化。一方面，機器學習的強大學習能力有利于實現載荷對通信環境的態勢感知;另一方面，將機器學習應用于FSO通信鏈路中，有利于通信鏈路快速建立連接，提高通信傳輸速率和抗干擾、抗損衰的性能[51]。機器學習與FSO通信技術構建的載荷智能化有助于提升無人機集群FSO通信性能，進一步減少成本、降低功耗和復雜性。因此，與機器學習深度融合的智能化載荷是未來無人機集群FSO通信應用研究的熱點。

　　3)FSO通信組網智能化。目前，無人機集群主要采用基于基礎設施和基于自組網(ad-hoc)的集群架構[52]。基于基礎設施通信架構雖可減少計算能力和無人機有效負載，但容易受到干擾，限制集群功效和規模的增加[53-54]。基于自組網的通信架構不依賴于任何基礎設施，臨時建立適應動態變化節點的機器對機器(MachinetoMachine，M2M)通信網絡[55]，但仍需有一個節點連接地面基站或衛星。FSO通信采取智能化組網策略有利于應對不同傳感器采取不同傳輸策略，面對突發、隱秘和嚴峻任務時，主動構建無中心自組織的效能最大化通信網絡，遭遇干擾和破壞時主動防御和自動修復，降低數據丟包率，維持高質量的通信連接，保證任務執行通信的可靠性，提升集群協同探測和規劃性能[56]。

　　4)FSO通信載荷多功能復用的新型應用模式。無人機集群擔負的任務更加多元后，不可避免的需要搭載更多的任務載荷，受制于無人機平臺空間的尺寸和功耗，FSO通信載荷將集成不同功能模塊的任務載荷，這種具備多功能的FSO通信載荷將是新的應用模式。多功能集成化不僅能夠降低載荷體積質量，而且有利于降低系統功耗和成本，進一步推動FSO通信載荷在機載平臺的工程應用。利用激光測距的精確性，結合FSO安全高速的通信，在無人機集群間建立測距、通信與偵察成像多功能復合的FSO數據鏈以及共跟蹤系統，采用成像與通信共用光學天線，通信與跟蹤系統共光路，提高系統的高度集成化，豐富無人機集群FSO通信功能的同時擴大執行任務的領域。

　　5)帶有FSO通信載荷的無人機作為靈活通信中繼點提升數據傳輸鏈路性能[57-59]。隨著5G技術進入商用化階段，數據傳輸速率以及容量將會進一步擴大，而無人機集群將成為5G無線通信中的重要元素。在許多情況下，將使用FSO通信技術提供高速無線連接。一方面，可以將數據連接實體安裝在多旋翼無人機集群中以提供蜂窩連接，它們具有固定基礎結構中沒有的某些功能，例如易于部署，強大的視距連接以及具有受控移動性的自由度。另一方面，在中大型固定翼無人機集群間利用通信載荷作為空中骨干網絡節點進行數據高速傳輸交換，覆蓋大范圍通信，提供遠程機動作戰通信保障，解決復雜環境數據資源需求。此外，基于FSO通信的無人機作為靈活通信中繼點還具有多種用途，例如增強網絡連接性、火災檢測、災難應急服務、高速列車回傳、安全和事故監視、污染監視、停車監視等[60-63]。

　　6)FSO通信載荷朝著模塊化、小型化和標準化方向發展。隨著FSO通信技術的不斷成熟，此項技術將會應用在更多的領域，對于不同的平臺和不同的場景，模塊化將有助于充分發揮FSO通信優勢，拓寬其廣闊的發展空間，便于與其他技術的融合;載荷輕小型化能夠推動FSO通信載荷廣泛應用于各類無人機型，低功率有助于提升無人機續航性能，進而提升無人機集群任務屬性;標準化將有助于無人機配備兼容的系統體制和統一的標準化接口，提高無人機集群的統一協調控制性能，提高通用性，降低系統的復雜度和維修成本，縮短維修周期，提升無人機集群戰場通信性能[43]。

　　3關鍵技術研究

　　通過FSO通信系統的發展歷史可以看出，盡管其已經有了較為漫長的研究歷史，但仍然未能在無人機集群中廣泛應用。這主要是由FSO的固有特性以及飛行環境的復雜性決定的。尤其是在無人機集群應用方面，還面臨著平臺的不穩定性，溫度、氣壓的變化以及功耗的限制等方面的影響。為了推動FSO通信載荷技術工程應用，應該著力研究以下幾個方面的關鍵技術。

　　1)基于FSO的無人機集群通信信道特性研究[64-68]。一體化作戰背景下，無人機集群面臨的戰場環境日趨復雜，情報偵察、實時圖像傳輸等都需要高保密、高速率的數據流，通信性能好壞直接影響其戰術目的和技術性能。信道模型是評價通信系統性能的關鍵，信道特性對信號傳輸具有很大的影響。因此，建立適合無人機特點的信道模型對于改善數據鏈路性能具有重要作用[69]。無人機集群FSO通信信道主要受到直射激光信號視距(LineOfSight，LOS)對不準的幾何損失和近地大氣湍流中弱透鏡渦旋隨機分布構成的近地湍流信道非理想特性影響。對于LOS導致的通信信號損衰，主要通過捕獲、對準、跟蹤(AcquisitionPointingTracking，APT)機載系統，完成運動中的無人機視軸快速、高概率的捕獲對準以及高精度、高動態性的跟蹤[70-71];對于近地湍流損傷，現有基于FSO通信信道主要是按照隨機分布湍流強度大小分類，按照從弱到強主要有三種模型:服從對數正態分布模型、伽馬-伽馬模型和負指數分布模型等[72-74]。

　　完善信道估計是一項復雜的任務，具有較高的功耗，并且成本高昂，此外，傳統的信道估計方法還需要導頻或者訓練序列輔助，將導致傳輸有效數據速率降低。目前，部分學者已經提出基于深度學習的FSO通信信道估計器，將深度學習用作檢測器、聯合信道估計器。深度學習考慮了廣泛的大氣湍流(從弱到強)的影響后能夠得到接近于理想的信道估計，并且其價格低廉、復雜度低。因此，在無人機集群通信中運用基于深度學習的FSO信道估計器對于提高FSO數據鏈路性能具有十分重要的意義[32]。

　　2)高動態無人機集群FSO通信數據鏈路快速建立技術研究。高動態條件下快速建立FSO通信數據鏈路是無人機集群實現FSO通信的前提和關鍵。無人機集群FSO通信覆蓋性能完全取決于視線的傳播，略微依賴于仰角。然而，FSO通信由于光束的方向性，使得光學鏈路在大規模無人機集群的建立比RF通信更加困難，其對收發器對準高度敏感[2]，在網絡建設中，沖突檢測和避免碰撞將變得更具挑戰;另外，機載平臺的飛行速度快、航跡不確定等高動態特性對通信數據鏈路的快速建立帶來了較大的挑戰。此外，機載平臺自身不穩定、天氣狀況和姿態變換等因素也對鏈路的精度產生嚴重的影響，從而加劇覆蓋和連接問題。在執行任務過程中，如何在高航速和未知航跡的80μrad信標光波束寬度的激光鏈路進行高精度跟蹤瞄準和快速捕獲，使節點快速地從任意方向與其他節點建立光鏈路是無人機集群通信必須解決的關鍵問題[75-76]。因此，為提升無人機集群快速反應能力必須深入高動態條件下快速建立通信的技術研究。

　　3)大規模無人機集群環境適應性技術研究[77-78]。隨著無人機集群任務執行逐漸向遠、中、近程拓展，在無人機集群之間通過FSO進行數據傳輸和通信時，最大的挑戰是指向誤差、大氣湍流和不利天氣因素[79]。由于存在指向誤差，通信時獲取和跟蹤的要求隨鏈路長度的增加而增加。陰雨天氣條件下，提高鏈路的可靠性和可用性意味著需要縮短集群間的通信距離。霧和云在FSO通信鏈路上容易造成高衰減，而濃霧是光學鏈路的最壞情況;晴朗天氣條件下，必須考慮由太陽加熱和風引起的溫度和大氣壓力的不均勻性引起的大氣湍流運動。有研究表明，霧天情況下的功率消耗比晴天情況下的功率消耗相差兩個數量級，所以還應考慮環境對其續航帶來的影響。此外，大規模集群無人機還受到大氣損失以及背景輻射等外部因素和機載平臺振動等自身因素的影響，若FSO通信在不同環境背景下不能快速適應，則難以實現高性能的FSO通信。因此，開展大規模無人機集群環境適應性技術研究有利于推動無人機集群FSO通信的工程應用。

　　4)FSO通信系統自適應傳輸技術研究。自適應傳輸技術早已廣泛應用于傳統RF通信，它根據通信信道在空間、時間和頻率等變化，動態地調整系統參數，例如發射功率、調制大小、調制類型、碼率或這些參數的組合，旨在保持傳輸質量的同時提高通信系統的信道資源和平均頻帶的利用率[80]。在FSO通信系統中，面臨大氣湍流緩慢變化的衰落、路徑損耗和天氣狀況等因素的影響，建立自適應傳輸技術有助于FSO通信系統顯著地提升通信性能的同時維持傳輸質量。基于路徑損耗或者最大化信道容量的條件下進行功率自適應研究，實現無人機集群FSO通信功率效用最大化;基于強大氣湍流背景下進行自適應調制編碼的研究，提升誤碼率性能和頻譜效率，使FSO通信系統在時變信道上實現魯棒和高效的頻譜傳輸[81];基于峰值功率的約束下，根據信道條件變化自適應調整傳輸功率或調制大小，從而實現頻譜效率和平均功耗的優化[82]。因此，深入研究自適應算法和FSO通信系統自適應傳輸技術，有利于提升通信鏈路可靠性和通信性能的同時推動無人機集群通信智能化發展。

　　5)FSO通信載荷輕小型集成化研究。受制于無人機搭載空間、承載能力和功耗，無人機集群通信載荷必須滿足輕小型化和低功耗的要求。在保證無人機集群通信性能的前提下，進一步減小載荷體積和質量是推動FSO通信載荷應用于各類無人機平臺的關鍵。深入FSO通信載荷輕小型集成化研究，從整機結構設計、光路設計以及材料選取等方面考慮通信載荷輕小型化設計，推動通信系統的光學、通信和跟蹤等分系統的集成設計，完善通信載荷功能的同時進行光機電一體化設計，有助于減小通信載荷體積和質量，降低通信載荷的成本和功耗，使無人機集群FSO通信載荷的適用性更加廣泛并且配置更加靈活，推動無人機集群FSO通信載荷的工程應用。

　　6)基于FSO通信多平臺融合的總體技術研究。隨著無人機、無人艇以及無人車等“無人化”裝備逐步在戰場上擔負越來越重要的角色，在“無人化”裝備之間建立機-艇、機-車和機-機通信將成為未來戰爭中的一種趨勢。FSO通信載荷能否完美地融合于不同的平臺，決定了未來“無人化”聯合作戰體系的效能。不同的平臺之間涉及了不同的學科和領域，彼此之間存在不小的跨度，這意味著應該牢牢抓住FSO通信多平臺融合的總體技術，將光學、通信和跟蹤技術有效地結合到一起，綜合考慮各平臺的特征，選擇性地應用一些新技術和新方法，努力推動FSO通信載荷不斷向前發展，使其進入更多的領域，牢牢把握各個平臺的核心技術，構建服務空天一體化作戰體系的通信載荷。

　　4結論

　　隨著無人機集群在戰場情報搜索、偵察監視和精確打擊等方面扮演越來越重要的角色，FSO通信載荷將廣泛應用于各類無人機平臺，提供高速率、高可靠的通信保障[83]。我國應不斷加強基礎理論研究并推進相關工程領域建設，積累經驗，充分借鑒國外成熟的FSO通信技術，推陳出新，發展具有獨特優勢的通信載荷技術，攻占FSO通信的制高點，為構建空天一體化作戰體系提供通信保障，為打贏未來戰爭奠定堅實基礎。