衛(wèi)星通信在無人機監(jiān)管中的應用

于春雷

摘 要 無人機作為信息時代科技發(fā)展的產(chǎn)物，近年來在民用市場應用廣泛，但是對無人機的監(jiān)控技術(shù)并未成熟，無人機的“黑飛”，不當操作等給社會治安和航空秩序帶來了諸多挑戰(zhàn)。本文首先介紹了無人機及其監(jiān)管背景，分析了現(xiàn)有無人機監(jiān)管策略及相關技術(shù)，最后提出衛(wèi)星通信應用于無人機監(jiān)管的初步思考。

關鍵詞 無人機；監(jiān)管策略；監(jiān)管技術(shù)；衛(wèi)星通信

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）199-0100-02

1 概述

無人機是利用無線電進行遠程操控或者自動駕駛的無人飛行器。它具有操作成本低、運用范圍廣等特點。近年來，無人機發(fā)展飛速，在民用領域的應用日漸增多。資料顯示，無人機已廣泛應用于公共安全、應急搜救、農(nóng)林、環(huán)保、交通、通信、氣象、影視航拍等多個領域。但無人機科技的飛速發(fā)展，同時也給社會治安和航空秩序帶來了諸多挑戰(zhàn)。其中最大的挑戰(zhàn)當屬無人機的“黑飛”。2015年11月，空軍駐河北涿州部隊進行直升機訓練時，發(fā)現(xiàn)有無人機在附近活動；2016年1月，無人機闖入貴州機場禁飛區(qū)，對航班飛行安全帶來威脅；2017年4月，成都雙流機場凈空區(qū)連續(xù)發(fā)生多起無人機非法闖入事件，導致多架航班備降、返航或延誤，對人們生命安全帶來嚴重隱患。此外，無人機帶來的社會治安問題也頻發(fā)，已有多起利用無人機侵犯個人隱私的案件發(fā)生。鑒于此，無人機的安全監(jiān)管勢在必行，制定合理的監(jiān)管政策、研究先進高效的監(jiān)管技術(shù)也迫在眉睫。

2 無人機監(jiān)管現(xiàn)狀

2.1無人機監(jiān)管政策

為規(guī)范無人機在低空領域的飛行，目前國內(nèi)相關管理部門已陸續(xù)出臺了多部法律法規(guī)[ 1 ]，如《民用無人機空中交通管理辦法》《關于民用無人機管理有關問題的暫行規(guī)定》等。此外，各地也會根據(jù)經(jīng)濟或政治活動需要，在特定區(qū)域及時間內(nèi)實行必要的禁飛措施。這些措施在一定程度上規(guī)范了無人機飛行狀態(tài)，減少了“黑飛”出現(xiàn)的頻率。但是由于在某些特殊管理空白區(qū)域，存在執(zhí)法機構(gòu)不明確，以及目前無人機種類眾多，其登記審批等環(huán)節(jié)尚未完善、法律法規(guī)的適用性也存在爭議等原因，監(jiān)管政策并不能解決所有問題。在加強政策建設的同時，還需研究先進全面的無人機監(jiān)管技術(shù)。

2.2 無人機監(jiān)管技術(shù)

2.2.1 地面移動通信網(wǎng)絡

在城市和郊區(qū)等用戶密集區(qū)域，無人機可以通過地面移動通信網(wǎng)絡進行信息交互[2]。如無人機可以接入到LTE網(wǎng)絡中上傳實時的位置或狀態(tài)信息，如圖像、視頻數(shù)據(jù)，氣象信息、空中交通信息和管制指令等。此外，無人機也可以通地面控制站報告相應的位置信息和狀態(tài)信息，地面控制站與無人機之間對獲取的空管指令等信息進行交互。

無人機和地面控制站均可通過地面移動通信網(wǎng)絡連接到無人機云系統(tǒng)，這樣無人機運營商和監(jiān)管部門可以通過互聯(lián)網(wǎng)登錄云系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理。

2.2.2 地面雷達系統(tǒng)

雷達技術(shù)是一種通過無線電發(fā)現(xiàn)目標并測定它們的空間位置及運動狀態(tài)的技術(shù)。隨著雷達技術(shù)的發(fā)展，雷達的種類越來越多，不同雷達的功能范圍也從單純的測量目標位置擴展到測量目標速度，甚至測量目標的尺寸、形狀、表面粗糙度及介電特性等。利用地面雷達系統(tǒng)來進行無人機的監(jiān)控和制約[3]是一種有效的策略。

2.2.3 電子圍欄

電子圍欄為阻擋即將侵入特定區(qū)域的航空器，在相應電子地理范圍中畫出特定區(qū)域，并配合飛行控制系統(tǒng)、保障區(qū)域安全的軟硬件系[4]。技術(shù)上，電子圍欄一般通過紅外對射、高壓脈沖或震動光纖等方式來進行監(jiān)測。無人機觸發(fā)電子圍欄區(qū)域后，控制中心會立即告警，從而采取相應監(jiān)管辦法。

2.2.4 無線電監(jiān)測

無線電監(jiān)測管理系統(tǒng)[ 5 ]是通過多個監(jiān)測基站的協(xié)作，各基站依據(jù)接收到的信號的強弱程度來判斷是否有干擾信號并且可以通過對無線電信號的數(shù)據(jù)分析處理進行干擾源的定位的檢測系統(tǒng)。當有無人機飛入禁飛區(qū)時，通過對監(jiān)測基站的信號分析和處理，可以實時發(fā)現(xiàn)目標無人機的位置信息，采取告警或擊落等措施。

以上是無人機監(jiān)管過程中經(jīng)常采用的一些技術(shù)，但這些技術(shù)的使用還存在一些問題：地面移動通信網(wǎng)絡應用于無人機監(jiān)控中可以有效地對城市以及郊區(qū)的無人機進行監(jiān)管，但是在偏遠無地面網(wǎng)絡的盲區(qū)很難對無人機亂飛的現(xiàn)象進行監(jiān)控和管理；地面雷達系統(tǒng)雖可以精確實時的監(jiān)控無人機位置等信息，但設備成本昂貴，不適于民用場景；電子圍欄因不同的實現(xiàn)技術(shù)而存在各自的問題：紅外對射和震動光纖往往容易受到惡劣環(huán)境的影響，而利用高壓脈沖來進行24小時監(jiān)測能耗大且缺乏安全性；利用無線電監(jiān)測系統(tǒng)雖然可以有效監(jiān)測到目標，但信號傳輸易受到多徑效應和噪聲干擾，定位精度容易受到影響。通過以上分析，無人機監(jiān)管需要尋找更優(yōu)的技術(shù)和策略，而衛(wèi)星通信系統(tǒng)在無人機監(jiān)控中的應用則是一種可行的思路。

3 衛(wèi)星通信在無人機監(jiān)控的應用

3.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹

衛(wèi)星移動通信是以衛(wèi)星作為通信中繼站，實現(xiàn)移動用戶之間、移動用戶和地面網(wǎng)以及其它專網(wǎng)用戶之間通信的系統(tǒng)。衛(wèi)星移動系統(tǒng)可提供大范圍、遠距離和機動靈活的話音、短信、報文、采集和寬帶數(shù)據(jù)通信。由于衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍大、作用距離遠、組網(wǎng)靈活、通信費用基本與距離無關、受地形地物影響小等突出優(yōu)點。因此衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)尤其適用于分布范圍廣、通信條件惡劣、移動范圍大等應用環(huán)境中。

相比國外，我國衛(wèi)星通信起步較晚，但目前發(fā)展勢頭迅猛，我們平時觀看的比賽直播，游輪上打電話、上網(wǎng)等都是通過衛(wèi)星通信進行傳輸。自2011年起，我國開始了自主研制衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的歷程。2016年8月6日，我國天通一號衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)首星發(fā)射成功，這是我國自主研制的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，結(jié)束了之前一直使用國外衛(wèi)星進行移動通信服務的局面，可為我國衛(wèi)星移動通信用戶提供安全、可靠的語音、短消息和數(shù)據(jù)上網(wǎng)服務。目前，天通一號地面民用應用系統(tǒng)完成了全國重點和邊疆區(qū)域的業(yè)務在軌測試，已具備試運行條件，目前正在為軍隊、行業(yè)用戶提供業(yè)務保障，同時也在剛剛發(fā)生的九寨溝地震中，進行了救援和通信保障[6]。endprint

3.2 基于衛(wèi)星通信的無人機監(jiān)管考慮

基于衛(wèi)星通信的無人機監(jiān)管有效地彌補了地面移動通信網(wǎng)絡監(jiān)控無人機的不足。其在無人機監(jiān)控中的優(yōu)勢體現(xiàn)為：

1）設備部署簡單。衛(wèi)星通信不需要部署大量的地面基站和其他設備。

2）衛(wèi)星通信傳輸可靠性高。不存在多徑效應，大多數(shù)情況為視距萊斯信道。

3）覆蓋面積廣。單顆衛(wèi)星可以覆蓋數(shù)千公里的區(qū)域。對沙漠，戈壁，海面等區(qū)域可以進行監(jiān)控。

4）衛(wèi)星通信抗毀性好。相對于地面移動網(wǎng)絡無人機監(jiān)控，衛(wèi)星不受地面復雜的地理條件及事故影響，能夠提供穩(wěn)健的監(jiān)控能力。

基于地球同步衛(wèi)星通信的無人機監(jiān)管系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1中，三顆地球同步衛(wèi)星可覆蓋全球范圍內(nèi)除兩極之外的大部分區(qū)域。在衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的無人機通過預置的衛(wèi)星通信模塊與衛(wèi)星保持通信連接，將無人機的位置、高度、航向、速度和無人機標示等信息通過衛(wèi)星傳送給地面的無人機云監(jiān)管平臺。由于地球同步衛(wèi)星覆蓋范圍廣，無人機云監(jiān)管平臺可以收集到幾乎所有無人機的飛行信息，從而可以為相關的監(jiān)管部門提供較為全面的無人機飛行信息。此外，由于合法無人機已在云監(jiān)管平臺中注冊，該平臺有助于快速發(fā)現(xiàn)非法無人機，并采取相應措施，減輕非法無人機對飛行安全的影響。

4 結(jié)論

本文分析了無人機監(jiān)管的需求及無人機監(jiān)管現(xiàn)狀，從無人機監(jiān)管政策和技術(shù)兩方面分析了現(xiàn)有無人機監(jiān)管政策和技術(shù)中存在的問題，從而引出基于衛(wèi)星通信的無人機監(jiān)管策略。在基于地球同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)的無人機監(jiān)管系統(tǒng)中，無人機通過衛(wèi)星通信將其位置、航向等信息發(fā)送到無人機云監(jiān)管平臺，用戶可基于該平臺對無人機進行有效監(jiān)管。該系統(tǒng)在部署便利性、覆蓋范圍、信息可靠性等方面具有較大優(yōu)勢。

參考文獻

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[5]苗晟，董亮，何麗波，等.基于小型監(jiān)測站的無線電監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建[J].電子測量技術(shù)，2014，37（5）：132-135.

[6]徐曼.我們與你們同在！中國電科54所技術(shù)人員趕赴九寨溝http：//m.sohu.com/a/163931054_745141.endprint