保山市無線電監(jiān)測中心 朱自林

計算機信息技術(shù)的發(fā)展為無線電技術(shù)帶來了更多的發(fā)展可能，進入信息時代后無線電技術(shù)的應(yīng)用范圍顯著擴大，雖陸續(xù)出現(xiàn)了諸多新技術(shù)，但存在頻譜資源短缺、電磁環(huán)境惡化等問題。隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，無線電監(jiān)測成為了行業(yè)內(nèi)的核心議題。無人機技術(shù)在無線電監(jiān)測中的優(yōu)越性明顯，在當(dāng)前及未來的發(fā)展中，相關(guān)人員需加大在無人機技術(shù)方面的研發(fā)投入?；诖?，本文重點分析了無線電監(jiān)測中無人機技術(shù)的具體應(yīng)用，對推廣無人機技術(shù)、提高無線電技術(shù)水平具有指導(dǎo)價值。

長期的通信行業(yè)發(fā)展中，相關(guān)單位和個人在無線電監(jiān)測方面投入了較大的資源，展開了一系列的技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，但結(jié)合實際的工作情況，查找信號的常用手段為固定監(jiān)測站側(cè)向定位，監(jiān)測車無限接近被監(jiān)測對象，最后由移動設(shè)備來精準定位。這一方式對監(jiān)測無線電雖有一定的作用，但受到建筑物阻擋等的干擾較大，無法保障監(jiān)測結(jié)果的可靠性。為改變這一局面，無人機技術(shù)受到了高度關(guān)注與認可，因為無人機的靈活性高、可靠性強，有利于提高無線電監(jiān)測水平，指導(dǎo)實際工作。

1 無人機的分類

1.1 固定翼無人機

固定翼無人機的飛行中升力由機體上固定的機翼提供，其結(jié)構(gòu)體系中包含發(fā)動機、機翼、機身、尾翼、起落架等，通過這些部分之間的相互配合，可促進機體的穩(wěn)定、安全飛行，機翼由內(nèi)側(cè)襟翼、外側(cè)副翼構(gòu)成，無人機飛行時襟翼、副翼分別負責(zé)提升飛機升力、控制飛機的滾轉(zhuǎn)運動狀態(tài)。無人機尾翼能使飛機飛行姿態(tài)更為平穩(wěn)，包含水平、垂直尾翼，分別負責(zé)縱向、橫向運動管理，可使飛機飛行時免受其他因素的干擾[1]。

1.2 旋翼無人機

1.2.1 直升機

直升機為一種典型的旋翼無人機，其一般有一個或多個旋翼，這些旋翼能使無人機飛行時獲得足夠的升力、推力，進而保障飛機良好的飛行狀態(tài)。直升機與固定翼無人機相對比，前者的優(yōu)越性明顯，具體表現(xiàn)為：能小幅度千戶慢速飛行、懸停與垂直升降都具有操作的靈活性，但即使如此，直升機也存在諸多不足，飛行速度相對緩慢，且在長航程下不適用。直升機升力由旋翼供給，在此過程中存在反扭矩影響，如以反扭矩為劃分基準，直升機又包含單旋翼帶尾槳式、多軸飛行器、雙軸雙槳式幾種，實際的工作中，相關(guān)人員需考慮現(xiàn)實情況來選擇特定類型的直升機[2]。

1.2.2 自旋翼無人機

自旋翼無人機的特殊性就在于此飛機無動力驅(qū)動裝置，依賴前進中的相對氣流吹動旋翼形成自轉(zhuǎn)，在持續(xù)的自轉(zhuǎn)作用下為飛機提供了較大升力，促進了飛機的正常起飛。結(jié)合自旋翼飛行機的這一原理，其在最初飛行時需在跑道內(nèi)滑跑，當(dāng)達到特定要求后再加大速度，促進其順利起飛。自旋翼無人機有機身、旋翼、起落架、尾翼等關(guān)鍵部分，其構(gòu)成如圖1 所示，整體結(jié)構(gòu)相對簡單，成本投入低較低。

圖1 自旋翼無人機Fig.1 Spin wing UAV

1.2.3 變模態(tài)旋翼無人機

變模態(tài)旋翼無人機屬于無人機領(lǐng)域的特殊類型，其旋翼位置特殊，位于固定翼結(jié)構(gòu)的機翼上，飛機起降、低速狀態(tài)下依賴旋翼飛行，而高速狀態(tài)下為固定翼模式，其構(gòu)成如圖2 所示。

圖2 變模態(tài)旋翼機Fig.2 Variable mode gyrocopter

2 無人機監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 無人機監(jiān)測平臺

無線電監(jiān)測中應(yīng)用無人機技術(shù)時，關(guān)鍵需引入現(xiàn)代化技術(shù)配備無人機監(jiān)測平臺，該平臺內(nèi)可根據(jù)需求配備多種型號的無人機，后續(xù)無線電監(jiān)測任務(wù)中平臺需自動對比不同類型無人機在續(xù)航時間、抗風(fēng)能力、起降方式、懸停等方面的情況，自動調(diào)取符合要求的無人機。一般情況下，在無線電監(jiān)測方面可選擇工業(yè)級無人固定翼機、直升機或者無人多旋翼機。為有效保障無線電監(jiān)測工作的順利進行，該平臺兼具數(shù)據(jù)整合、分析能力，能自動接收無人機采集的信息并分析，得到可靠結(jié)論。

2.2 無人機飛行控制

無人機監(jiān)測系統(tǒng)為動態(tài)監(jiān)測無線電的狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)需引入遠程遙控方式，精準控制無人機飛行狀態(tài)，使無人機能發(fā)揮其功能優(yōu)勢。市場上的無人機種類繁多，這些無人機在操控方式方面各有特點，但遙控方式下比較常見的操控方式為：（1）舵面遙控，直接在控制站內(nèi)控制操縱桿，通過控制舵面來更改無人機的飛行狀態(tài)；（2）姿態(tài)遙控，在無人機穩(wěn)定飛行姿態(tài)的前提下由操縱桿綜合諸多因素調(diào)整俯仰角、滾轉(zhuǎn)角；（3）指令遙控，由上行鏈路的指令完成自動控制，無人機計算機接收到由上行鏈路發(fā)送的指令后執(zhí)行動作[3]。

2.3 監(jiān)測任務(wù)控制

用無人機監(jiān)測無線電時，監(jiān)測系統(tǒng)和平臺需加強監(jiān)測任務(wù)管理，整個監(jiān)測工作中的任務(wù)控制由地面任務(wù)站、無人機控制單元協(xié)同完成，地面任務(wù)站的相關(guān)人員綜合諸多因素，合理發(fā)送控制指令，無人機控制單元接收指令后自動執(zhí)行，由這一控制過程自動監(jiān)測無線電傳輸過程、設(shè)備運行狀態(tài)等，如監(jiān)測中存在異常情況，及時反饋信息并發(fā)送預(yù)警信號。

3 無人機技術(shù)在無線電監(jiān)測中的具體應(yīng)用

3.1 “黑廣播”查找和取證

近年來的無線電通信領(lǐng)域，雖通信技術(shù)持續(xù)進步，但“黑廣播”現(xiàn)象時有發(fā)生，因為其具有高度隱秘性，要實現(xiàn)高效、精準查找面臨諸多技術(shù)難題，通常由固定監(jiān)測站或移動監(jiān)測車根據(jù)采集的無線電信號，確定“黑廣播”范圍，再由專人配備PR100 便攜式設(shè)備等鎖定最終區(qū)域，如接收信號電平值呈增大趨勢，說明此時所處區(qū)域與“黑廣播”區(qū)域相接近。但是，“黑廣播”發(fā)射天線一般布設(shè)在樓頂或者建筑物高層，采取了一定的偽裝措施，單純通過人眼目測的方式很難精準分析。

面對上述情況，相關(guān)單位在查找“黑廣播”時可配備四旋翼無人機，這種無人機的體積小、攜帶方便，能克服不利地形條件的限制，在垂直空域120m 高度飛行的特點決定了其在飛行的同時能準確獲取被測區(qū)域內(nèi)的高清影像，后續(xù)相關(guān)人員通過分析這些影像即可判定是否存在“黑廣播”，或者“黑廣播”所處區(qū)域內(nèi)的周邊環(huán)境，如有異常情況可及時安排專人進入現(xiàn)場或者配備專業(yè)化設(shè)備來核查。

以大疆Mavic Pro 和大疆精靈Pantom 4 Pro+展開分析，對比這兩種無人機的信號接收范圍情況。將無人機和操作者之間的圖傳/遙控鏈路斷開飛機返航水平飛行距離當(dāng)做信號接收范圍，如表1 所示。

表1 信號接收范圍測試Tab.1 Test of signal receiving range

結(jié)合上述一系列分析，在操作無人機查找“黑廣播”時，為得到可靠結(jié)果，主要的注意事項為：（1）將四旋翼無人機的飛行起點定在目標地點周圍某一點，考慮到其他建筑物、樹木等的遮擋、飛行安全因素，覆蓋范圍應(yīng)以起飛點為圓心，高度、半徑分別為120m、400m，呈近圓形。（2）四旋翼無人機在目標地點垂直起飛，當(dāng)達到指定高度后再重新向目標地點飛行，在此飛行模式下監(jiān)控目標區(qū)域及其附近。無人機飛行的過程也是其采集信息的過程，通過無人機返回的現(xiàn)場環(huán)境圖像等，相關(guān)人員調(diào)整無人機的飛行參數(shù)，選定最佳位置拍攝高清圖像。無人機飛行過程中雖具有高度的靈活性，但為得到高清圖片，有關(guān)人員需密切關(guān)注飛行區(qū)域內(nèi)的高層建筑物、大型樹木等分布，與這些建筑物保持安全距離，促進無人機的安全、平穩(wěn)飛行。（3）無人機飛行中也需關(guān)注電池續(xù)航時間，當(dāng)無人機到達指定位置立即返回，以無人機飛行速度展開分析，當(dāng)電池容量還有富余，則可懸停觀測。在飛行過程中應(yīng)合理地把控飛行時間與距離，避免無人機飛行距離過長或者電池沒電。

3.2 空中無線電監(jiān)測

當(dāng)前城市化進程顯著加快，在城市內(nèi)分布有各種類型和規(guī)模的高層建筑，再加上城市內(nèi)配備的金屬設(shè)施多、機械設(shè)備噪音大，都干擾了監(jiān)測設(shè)備對無線電的監(jiān)測，使設(shè)備在監(jiān)測時接收到了很多干擾信號，后續(xù)辨別和處理信號時相對困難。目前，在經(jīng)濟社會發(fā)展的趨勢下，城市呈現(xiàn)向外發(fā)展的態(tài)勢，部分固定監(jiān)測站周圍的噪聲干擾多，影響了實際的監(jiān)測工作，得到的無線電監(jiān)測結(jié)果可靠性不足。

一般的移動監(jiān)測車在當(dāng)前的無線電監(jiān)測方面暴露了諸多問題，在當(dāng)前技術(shù)進步的過程中，空中無線電監(jiān)測越發(fā)受到了人們的關(guān)注，基于空中平臺的無線電監(jiān)測，可實現(xiàn)立體化、三維性監(jiān)測，減少不利地形條件等對監(jiān)測的干擾，不僅能提高監(jiān)測效率，還能保障監(jiān)測精度。與地面監(jiān)測技術(shù)相對比，空中無線電監(jiān)測有更為優(yōu)越的電磁傳播環(huán)境，且監(jiān)測范圍廣，整個操作過程的靈活度更高，兼具聯(lián)合側(cè)向、重點監(jiān)測、精確定位等功能，得到的監(jiān)測結(jié)果更為可靠與有效。

我國與發(fā)達國家相比較，在空中無線電監(jiān)測方面的起步較晚，最早的研究始于2007 年，通過驗證空中無線電監(jiān)測的可行性，國家在這一方面給予了巨大的資金、技術(shù)等投入。2010 年上海世博會、2011 年深圳大運會，分別配備車載系留氣球、警用載人直升機搭載無線電監(jiān)測系統(tǒng)，創(chuàng)造了空中、地面相結(jié)合的監(jiān)測模式[4]。隨后進入信息時代下，空中無線電監(jiān)測技術(shù)進一步發(fā)展，在無線電監(jiān)測方面該技術(shù)應(yīng)用范圍顯著擴大，特別是空中監(jiān)測平臺的無人機操作者定位系統(tǒng)，無論在當(dāng)前還是未來都有巨大的應(yīng)用空間。

多旋翼無人機的體積小，載重負荷偏低，靈活性強，操作便捷，在各種條件下都能取得良好的應(yīng)用效果，即使現(xiàn)場條件相對惡劣，多旋翼無人機可克服不利條件的限制，在規(guī)范操作下得到相對可靠的監(jiān)測結(jié)果。如將多旋翼無人機作為載體平臺負責(zé)空中監(jiān)測，后續(xù)工作中具備智能化、精確化操作特點，不僅能懸停監(jiān)測、路徑規(guī)劃，更能聯(lián)合側(cè)向、重點監(jiān)控，監(jiān)測中遇到突發(fā)情況時多旋翼無人機監(jiān)測平臺可根據(jù)其采集的信息進行調(diào)整與控制。當(dāng)多旋翼無人機負責(zé)監(jiān)測工作時，為促進有關(guān)工作的高效實施，重點需關(guān)注以下部分：（1）日常監(jiān)測中合理投放旋翼無人機，以地面監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測盲點為基準，由無人機對這些盲點實施自動化監(jiān)測，完成空中、懸停監(jiān)測；（2）突發(fā)應(yīng)急事件的處理中，空中無線電監(jiān)測往往無法起到應(yīng)有的作用，需保持空中無線電監(jiān)測與傳統(tǒng)監(jiān)測手段的融合，各自發(fā)揮其在無線電監(jiān)測中的優(yōu)勢。

3.3 固定監(jiān)測站巡檢

固定監(jiān)測站對無線電監(jiān)測也相對有效，如在實際的工作中采用固定監(jiān)測站這一方式，許多因素都會干擾設(shè)備接收信號，不利于監(jiān)測工作的高效實施。為此，針對這一情況，相關(guān)人員必須在日常的工作中定期維護、檢修與校準設(shè)備，及時處理設(shè)備問題。

如超短波監(jiān)測網(wǎng)，為在實際的工作中完成30 ～3000MHz 全頻段監(jiān)測目標，常規(guī)的固定監(jiān)測站一般有4組傘狀全向監(jiān)測天線、8 組45°間隔垂直極化對數(shù)周期天線、4 組雙極化對數(shù)周期天線，不同天線經(jīng)由開關(guān)矩陣、天線共用器與監(jiān)測測向接收機保持可靠連接[5]。隨著時間的延長，無線電監(jiān)測中可能發(fā)生設(shè)備磨損等異常，相關(guān)單位需安排專人負責(zé)處理設(shè)備問題。

多旋翼無人機在無線電監(jiān)測中的優(yōu)勢明顯，實際的工作中高山、高樓固定監(jiān)測站的天線高架塔桿塔本體的巡視任務(wù)，就可配備特定型號的多旋翼無人機，通過合理設(shè)置該無人機的飛行參數(shù)，如飛行高度、速度等，就可通過無人機飛行來獲取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的天線、桿塔等運行情況。多旋翼無人機用于巡視工作時主要為超低空飛行模式，其懸停于天線桿塔每一層進行拍照，經(jīng)由圖像識別有關(guān)人員掌握天線桿塔的工作情況。實際的操作過程中主要需注意以下幾個方面：（1）通過智能化調(diào)節(jié)與控制使多旋翼無人機飛行到天線塔以上，將機載攝像頭向下調(diào)整，擴大攝像機的拍攝范圍；（2）拍攝得到塔頭圖像后，由系統(tǒng)原位調(diào)整攝像頭角度，進入俯拍環(huán)節(jié)，監(jiān)測天線塔基礎(chǔ)運行情況和工作狀態(tài)；（3）規(guī)范操作多旋翼無人機，拍攝并檢測每個天線的具體情況，依據(jù)無人機采集到的天線數(shù)據(jù)，分析天線是否處于正常工作狀態(tài)下，如存在異常，再依據(jù)數(shù)據(jù)分析故障類型、原因、位置等，制定有效的解決措施。

4 結(jié)語

當(dāng)前通信行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的過程中，為營造良好的無線電通信環(huán)境與條件，相關(guān)人員在具體的工作中需立足當(dāng)下的技術(shù)發(fā)展情況，重視無線電監(jiān)測，使用無人機技術(shù)實現(xiàn)自動化、智能化監(jiān)測。