地空数据传输是地面站点与无人机点对点通信的业务之一,起源于军用领域。地空数据传输环境复杂多变,面临着高动态、多普勒频移大、通信距离远等问题。论文针对地空数据传输波形关键问题展开研究,提出了地空数据传输点到点通信方案并验证了方案的可行性,主要工作如下:第一,分析地空数据传输波形功能需求与性能需求,详细分析了同步精度、频率偏移与传输距离需求项。通过同步精度分析,定时偏差超过1/8个码片会造成码间信干比严重下降,故在4倍码片速率上设计粗同步与精同步方案;通过频率偏移分析,设计合适同步头结构与同步方案进行可靠同步;通过传输距离分析获得在高斯信道下接收机灵敏度为-110.3dBm,为实验室与外场测试提供参考值。第二,在理论与需求分析基础上进行波形设计。为了提高传输距离,我们采用扩频通信技术为基础并根据需求展开设计;为了在14kHz频偏内、低信噪比下进行可靠时频同步,我们设计了8段256序列的同步头结构,在接收机灵敏度点的捕获概率大于99.8%、虚警概率小于0.1%;此外,我们提出了一种基于多段同步序列的频率同步方案,在接收机灵敏度内可以保证残余频偏在1kHz以内;为了提升解调性能,采用导引与数据正交扩频并叠加的方法,信道均衡时分组使用4个导引的估计均值对4个数据信号进行补偿。Simulink仿真结果表明,相比于理论误比特曲线,在频偏14kHz时仿真链路性能恶化3.3dB,这是由于传输携带导引使得有效传输信号损失了3dB,其余0.3dB则是信道估计误差与噪声导致的损失。第三,我们使用软件无线电平台U2上的FPGA实现链路,设计优化后的资源消耗少且满足时序要求。实验室环境下,频偏14kHz时误比特率达到1?10^-5时,实现链路所需信噪比比Simulink仿真差1.7dB;外场环境下,发射机功率10W,频偏14kHz时在距离8.5km时还有18dB的裕量。经过实验室与外场实验验证了该方案的可行性。论文对地空数据传输波形的研究成果,对高速、远距离数据传输波形设计与应用具有理论与实现参考意义。