无线电检测已成为现代无线电管理工作的主要部分,并要求人们使用固定式监测站、便携式检测装置等来完成对无线电信息的检测任务。在科技突飞猛进的发展背景下,这种传统的检测装置与设备的缺点也越来越明显。无人机技术可以扩大空间信息的范围,并接受到较长距离的无人机信息,可以增强无人机监控的准确性。所以,合理的使用无人机技术可以为无人机监控管理工作提供更为有力和可信的支持,从而提高无人机管理工作的有效性。
一、无人机概述分析
“无人机”顾名思义,具体指的就是无人驾驶的飞行器、航空器,较为常用的有无人看守直升机、无人驾驶汽车航空器、无人看守多轴航空器等。特别是近年来,由于具有航模特性的无人驾驶多自转旋翼机的广泛发展与普及,所以人们已经习惯于把该多自转旋翼机称作“无人机”。其实,无人机概念广义上,并不是单纯指“航空飞机”,那些在陆面或海面上的无法行驶中小型船舶、汽车也被称之为“无人机飞行”。在无人机飞行的具体操作管理方面,既可以由人遥控管理,也可由机载电脑自主管理。一个完善的无人机飞行体系,应由下列三个方面所构成[1]。一为“无人机地面站”,该岛式月台为大型无人机行控中心,在针对大型无人机进行监控和管理等工作方面起到了关键的作用。二是“无人机设备”,无人机飞行设备作为整个系统的主体,一般担负各类任务执行,并由自己搭载的飞行控制系统来掌握。三是“链路”,链路依靠于无线通信网络系统,是联系地面站与无人机飞行设备的“纽带”,一般承担着无人驾驶飞机的地面通信工作,因此通过链接,无人机飞行设备能够接受来自地上站点的控制信息,并即时向地上站点传递飞行数据信息,以此保证无人驾驶的飞机能够平稳航行,圆满完成使命[2]。
二、无人机关键技术
(一)空气动力技术
想要达到无人机在特定的高空携带巨大负载并实现长距离巡航高效功能,激励控制系统的设计是十分重要的。油动与电动二个动力分配装置是目前无人机所采用的最常见发动机其中,发电机、燃油以及螺旋桨等部分构成了油动系统。
(二)材料技术
复合材料是现在较为普遍的无人机材质,除此以外尚有金属、塑胶、智能材料等。也因为复合材质具有比强度高、抗振力强和热膨胀系数小等优点,从而在变体航空器、智能大型直升机旋翼、仿生飞扑翼微型航空器,以及发动机等方面都有着广阔的应用[3]。
(三)机体架构设计工艺技术
为实现结构强度与刚度的连续性,无人机机体上普遍使用总体架构设计技术。这些结构能够更准确地进行结构设计,也因此能够改善飞行器的传力关系等。
(四)引导信息技术
组合导航信息技术一般是指运用于无人机上的一类引导信息技术,除此以外尚有包含惯性引导、雷达卫星引导、多普勒导航、视觉导航、地磁导航等多种不同的导航方法。同时可以通过推算位置完成引导的引导技能也叫惯性引导。一般用于无人飞行器,可以在航行中完成全天时刻的位置、速率和时间信息位置,但通常使用卫星导航控制系统[4]。
(五)网络信息技术方面
机上部门与地面部门共同构成了无人机网络飞行的数据信息链装置。机上数据信息端口与天线则被称作机载部门。地面数据终端设备和天线,被称为地面部分。
(六)飞控信息系统
成为无人机飞行控制系统中最核心的部分,飞机特性和航行质量也由飞控系统的特性进行了影响。而飞控系统在数据的真实性、精度和实时性等方面都对无人机飞行产生了很关键的影响。通常,由飞控板、感应器、操舵设备、数传电台、遥控器,以及地上车站等构成了无人机飞行的基本飞行控制系统[5]。
(七)空管技术
空管技术是集成卫星与GPS技术的综合系统,完成无人机的空中资源分配、任务定位、信息注册、空中控制等功能。
三、需求分析
无人机上搭载的无线电检测装置,能够在使用过程中同时对地底和高空的信息实施监视和测向,是对传统地底和水上无人机监测网的高效弥补,也大大地扩展了监控管理工作的生存空间。无人机上搭载无线电检测装置,能够在较大的高空范围实现对无人机信息的接收,由于空间信息覆盖比较广泛,因此能够接收到地面设备又无法接收的远程无人机信息,进而达到了更高效的检测效果。此外,因为无人机上在高空出现的遮盖物体和反光物质都相对小,所以检测的准确性也可以获得有效提高,从而降低了地面不安定因素的干扰[6]。
四、无线电监测概述
(一)无线电技术的内涵
认知无线电技术就是利用专业仪器对无线电技术的各种技术参数进行精确的监测,必要时也可以采用调整其各种运行参数的方法提高无线电频谱闲置空间的利用效率,从而提高无线电应用的实际效益。
无线电信息技术可以从频谱、时间和空域等层面上实现多维频谱综合利用,从而降低了无线电频率范围和带宽限制,提高了通讯体系的敏捷程度,也提高了无线电频谱资源效率。
(二)监测系统
1、无人机监测平台
通过采用无人固定翼机、无人直升机等专用设备开展无人机飞行检测平台的构建,经过综合应用不同领域无人机技术的特点,对无人机飞行的续航力时间、抗风性水平、离境方式等方面进行了全面研究,在不同的应用领域使用了不同的无人驾驶航空专用设备,并采取了梯度方式逐步开发形成多元化的平台。一般来说,国家、省部级无线电检测机构适宜采用工业类无人固定翼机、直升机设备,市州级无线电检测机构宜采用无人多自转旋翼机构建检测平台。但由于科技的不断创新与应用的细分,无人机设备的市场规模不断扩大,在无人机设备检测领域方面的运用也日益深入,不但在日常无人机设备检测工作中体现得明显,而且还在应急检测等工作方面起到了非常关键的作用。系留无人驾驶飞机(利用地面综合缆绳控制系统向无人机设备输送电力,使其长期滞空的一种无人机设备)检测平台灵巧轻巧,对飞机起降环境的要求较少,检测区域范围能够拓展到几十公里以上,作为长时间、中远距离无人机飞行电子计量学检测技术的基础,其对复杂环境下的电磁频谱检测性能也较强。
2、无人机机载监测设备
无人机机载的监控设备容积小,质量轻、可靠性好,并且能够根据频段进行操作分类,在耐摔强度等方面也实现了增强,能够适应日常对无人机飞行监控的需求。
3、无人机飞行控制
无人机飞行操控,是指采用远距离遥控的方法对大型无人机的飞行情况实施控制。由于大型无人机的种类非常多种,因此操控飞机的方法也很不同,而遥控方法一般分为三大部分:一是利用舵面遥控方式,由操控站的操控杆的操控,再利用操控无人机飞行的舵面来操控大型无人机的行驶。二是状态遥测,在无人机设备固定飞行状态的基础上实现操纵杆的仰角度、滚转角设定,以便实现无线电操控。三是指挥遥测,利用上行链路的指令实现计算机控制,机上电脑在接受到命令后将完成飞行操控,使系统性能成为操作过程中的关键因素。
4、监测任务控制
监测与飞行任务控制系统,是由地面飞行任务站飞行任务操纵员,通过向无人机的操控单位发出命令,进而实现对机载监视装置的控制系统。当地面站人员进入任务监控单位开展工作时,就必须实现对任务平台电平、示向度等技术参数的正确指示,使地面操作人员的判读工作变得更加顺畅和有效。
5、通信链路
民用无人机系统通讯链接一般包括了民用无人机操作系统的监控、无负载通信、载荷通信等三个方面。民用无人机操作系统的通信链接分为指挥和控制、空间交通管制、认知与规避等三个重要链接方式。在当前的民间无人机系统射频规范中,民用无人机系统通讯链接的大部分应用频率都聚焦于UHF.L.C频段,而另外的频段虽然也能够实现应用,但并不集成。目前,工业和信息化部已经对无人机系统频谱应用范围做出了相应规划,840.5MHz~845MHz频谱一般用作上行与遥测线路的监控;1430MHz~1446MHz频谱一般用作下游的遥控与数据传送线路;2408MHz~2440MHz频段分别用作上行遥测,下游遥测和信号传送线路中的备用频段,从而提高了频谱应用的准确性。
五、无人机监测系统工作任务
无人机的主要工作任务涉及对特定无线电通信频谱的寻找、收集、检测、分类等一各种工作。
(一)频谱信号搜索与截获
在对频谱信息的搜集与提取实施过程中,还必须在地面监控人员的控制下完成对无人机与监控系统的信息截取。这种搜索技术能够实现对频率域、极化域、空间区域的分割,并且能够通过对信号等方面的控制使得数据的来源更加广泛。
(二)信号的监听与监视
无人机监控系统的信息监视任务需要实现对信息解调的有效监视,及时完成对信号各种特性的监测任务。
(三)信号的分析处理
无线电频率的检测工作需要对大量的信息进行频率区域、时域与调制范围的分类和处理,使得各类信息进行分门别类,了解其信息的活动规律。
(四)信号辐射源的测向定位
信号放射源的测向定位,需要采用更精确的测向法进行放射源所在方向和区域的判断,使信号接收器辐射分布图更加精确。
六、无人机在无线电监测工作中的应用
(一)在排除航空导航、无线电通信等干扰中的运用
近年来,中国军事、民用航空的无线电通信频谱、飞机导航频谱等被扰乱案例频频出现,因为航空器飞的高度高、速率快,在航空器上可以接收到大量的干扰信号,而地面监控装置却无法接收到,当无线电监控组织排除了这种干扰时,人们往往陷入了望“空”兴叹的困境。通过无人机检测装置在相关空间中开展检测,将能够提高发现并确定干扰源区域的技术手段能力,从而有效排除航空导航、无线电通信干扰信号来源。
(二)在对高层建筑无线电通信设备实时监控中的运用
基于电磁波传输特点,为增加无线电发射装置信号覆盖率,将许多无线电发射装置设置于高山、高层建造物上。如果地面无线电监控机构采用了无人机监控装置,就能够比较迅速地对其定位。
(三)在重大活动时期无人机安全工作中的有效运用
在重大活动时期,有效运用无人机监控系统,就能够准确、迅速发现地面的各种信息,为重大活动时期无人机安全提供支持与保证。
(四)在各种国家考试无线电保障工作中的使用
在中考和国家中小学会考期间通过无人机监控系统,可以有效监控考场及其附近地方的无人机信息,及时发现无线电电子计量学舞弊信息,严厉打击使用无人机技术舞弊活动[7]。
(五)无人机监控系统
在对抗“黑广播”等使用无人机违法犯罪活动中的运用。使用无人机监控系统,就可以在离“黑广播”较远的地方,对“黑广播”的地点与方向快速测向、定位了。
(六)在打击伪基站工作中的有效运用
将专门检测伪基站的装置设置在无人机平台上,就可以有效提升了检测伪基站方向和地点的效率。
结束语
随着我国的经济社会和科技的持续发展,越来越多优秀的科学技术和仪器已经应用到无线电监督管理方面,进行无线电监督可以提升无线电监督管理的整体水平。无人机装置的体积与尺寸相比于常规的无人机检测装置比较轻巧,并具备很高的安全性,在无人机检测上的使用可以增加检测的准确性。所以,针对无人机技术使用的可行性开展深入研究,发展出无人机技术更大的技术优越性,可以推动无人机技术的发展。
参考文献:
[1] 张金耀,周章旺,吴迪松,等. 无人机技术在无线电频谱监测中的应用初探[J]. 中国无线电,2015(11):35-37,70.
[2] 顾多瑞. 浅谈无人机技术在无线电监测中的应用[J]. 信息记录材料,2020(12):85-86.
[3] 宋建宏. 浅谈无人机技术在无线电监测中的应用[J]. 中国无线电,2020(1):55-56.
[4] 吕冰,王爱举,马妍,等. 无线电技术在民用无人机管控中的应用[J]. 中国无线电,2017(8):19-21.
[5] 陈安民,张春元,张泽林. 基于长短期记忆网络的无人机认知无线电频谱预测[J]. 国外电子测量技术,2021,40(1):37-43.
[6] 范殿梁,田真真. 无人机频谱远距离探测和高精度测向技术初探[J]. 中国安防,2021(4):39-44.
[7] 张宏伟,达新宇,胡航,等. 基于协作频谱感知的多无人机通信网络谱效优化研究[J]. 北京理工大学学报,2021,41(8):830-839.
[8] 曾国奇,李思吟,王松,等. FFT-CZT技术在单天线LFMCW无线电高度表中的应用[J]. 高技术通讯,2013,23(3):308-312.