无人机由于具有体积小、造价低、灵活方便等特点,在军用和民用领域中都得到了飞速的发展。无人机数据链系统是连接无人机与地面站之间的纽带,其包括地面站到无人机终端的上行链路以及无人机终端到地面站的下行链路。随着应用领域的不断扩延,人们对无人机功能的需求不断增多,传感器、雷达等载荷设备的不断升级,地面站与无人机终端之间的数据通信的可靠性、有效性、隐蔽性等要素也被提出了更高的要求。无人机数据链具有两条不对称性。第一,下行链路传输图像与测距信息的信息量大且要求更高的有效性,而上行链路传输遥控指令的信息量相对较小但要求更高的可靠性;第二,下行链路传输的图像数据的数据量大,数据速率快,但是可靠性要求较低,而遥测数据的数据量小,数据速率慢,但是要求传输定时信息且可靠性要求相对较高。本文根据无人机数据链的两条不对称性设计采用上行BPSK-DSSS传输遥控指令,下行UQPSK链路I路扩频、Q路不扩频的方式传输遥测以及图像数据。并且本文设计了具有四种速率模式的下行链路,用于满足不同电磁环境下的通信需求。由于UQPSK调制为非平衡的调制方式,本文设计采用基于扩频I路的捕获辅助未扩频Q路进行位同步的方法,以及采用基于二阶判决反馈环进行载波同步的方法。文章给出了上下行链路的载波调制、捕获、位同步、载波同步等模块的Matlab仿真和Verilog HDL硬件描述语言的功能实现情况,证明了本文提出的无人机数据链系统设计的可行性。本文设计的无人机数据链系统采用Xilinx公司Virtex-7系列XC7K480T的FPGA进行实现。该系统已通过有线测试、室内无线测试、室外无线测试、远距离拉距测试和悬停测试,目前已装载在某无人机上,其图像传输速率、通信距离、小体积等特点均满足了用户的需求,在一定程度上替代了同类的国外产品。