无人机技术在无线电监测中的应用

保山市无线电监测中心 朱自林

计算机信息技术的发展为无线电技术带来了更多的发展可能，进入信息时代后无线电技术的应用范围显著扩大，虽陆续出现了诸多新技术，但存在频谱资源短缺、电磁环境恶化等问题。随着技术的持续发展，无线电监测成为了行业内的核心议题。无人机技术在无线电监测中的优越性明显，在当前及未来的发展中，相关人员需加大在无人机技术方面的研发投入。基于此，本文重点分析了无线电监测中无人机技术的具体应用，对推广无人机技术、提高无线电技术水平具有指导价值。

长期的通信行业发展中，相关单位和个人在无线电监测方面投入了较大的资源，展开了一系列的技术研发与创新，但结合实际的工作情况，查找信号的常用手段为固定监测站侧向定位，监测车无限接近被监测对象，最后由移动设备来精准定位。这一方式对监测无线电虽有一定的作用，但受到建筑物阻挡等的干扰较大，无法保障监测结果的可靠性。为改变这一局面，无人机技术受到了高度关注与认可，因为无人机的灵活性高、可靠性强，有利于提高无线电监测水平，指导实际工作。

1 无人机的分类

1.1 固定翼无人机

固定翼无人机的飞行中升力由机体上固定的机翼提供，其结构体系中包含发动机、机翼、机身、尾翼、起落架等，通过这些部分之间的相互配合，可促进机体的稳定、安全飞行，机翼由内侧襟翼、外侧副翼构成，无人机飞行时襟翼、副翼分别负责提升飞机升力、控制飞机的滚转运动状态。无人机尾翼能使飞机飞行姿态更为平稳，包含水平、垂直尾翼，分别负责纵向、横向运动管理，可使飞机飞行时免受其他因素的干扰[1]。

1.2 旋翼无人机

1.2.1 直升机

直升机为一种典型的旋翼无人机，其一般有一个或多个旋翼，这些旋翼能使无人机飞行时获得足够的升力、推力，进而保障飞机良好的飞行状态。直升机与固定翼无人机相对比，前者的优越性明显，具体表现为：能小幅度千户慢速飞行、悬停与垂直升降都具有操作的灵活性，但即使如此，直升机也存在诸多不足，飞行速度相对缓慢，且在长航程下不适用。直升机升力由旋翼供给，在此过程中存在反扭矩影响，如以反扭矩为划分基准，直升机又包含单旋翼带尾桨式、多轴飞行器、双轴双桨式几种，实际的工作中，相关人员需考虑现实情况来选择特定类型的直升机[2]。

1.2.2 自旋翼无人机

自旋翼无人机的特殊性就在于此飞机无动力驱动装置，依赖前进中的相对气流吹动旋翼形成自转，在持续的自转作用下为飞机提供了较大升力，促进了飞机的正常起飞。结合自旋翼飞行机的这一原理，其在最初飞行时需在跑道内滑跑，当达到特定要求后再加大速度，促进其顺利起飞。自旋翼无人机有机身、旋翼、起落架、尾翼等关键部分，其构成如图1 所示，整体结构相对简单，成本投入低较低。

图1 自旋翼无人机Fig.1 Spin wing UAV

1.2.3 变模态旋翼无人机

变模态旋翼无人机属于无人机领域的特殊类型，其旋翼位置特殊，位于固定翼结构的机翼上，飞机起降、低速状态下依赖旋翼飞行，而高速状态下为固定翼模式，其构成如图2 所示。

图2 变模态旋翼机Fig.2 Variable mode gyrocopter

2 无人机监测系统

2.1 无人机监测平台

无线电监测中应用无人机技术时，关键需引入现代化技术配备无人机监测平台，该平台内可根据需求配备多种型号的无人机，后续无线电监测任务中平台需自动对比不同类型无人机在续航时间、抗风能力、起降方式、悬停等方面的情况，自动调取符合要求的无人机。一般情况下，在无线电监测方面可选择工业级无人固定翼机、直升机或者无人多旋翼机。为有效保障无线电监测工作的顺利进行，该平台兼具数据整合、分析能力，能自动接收无人机采集的信息并分析，得到可靠结论。

2.2 无人机飞行控制

无人机监测系统为动态监测无线电的状态，系统内需引入远程遥控方式，精准控制无人机飞行状态，使无人机能发挥其功能优势。市场上的无人机种类繁多，这些无人机在操控方式方面各有特点，但遥控方式下比较常见的操控方式为：（1）舵面遥控，直接在控制站内控制操纵杆，通过控制舵面来更改无人机的飞行状态；（2）姿态遥控，在无人机稳定飞行姿态的前提下由操纵杆综合诸多因素调整俯仰角、滚转角；（3）指令遥控，由上行链路的指令完成自动控制，无人机计算机接收到由上行链路发送的指令后执行动作[3]。

2.3 监测任务控制

用无人机监测无线电时，监测系统和平台需加强监测任务管理，整个监测工作中的任务控制由地面任务站、无人机控制单元协同完成，地面任务站的相关人员综合诸多因素，合理发送控制指令，无人机控制单元接收指令后自动执行，由这一控制过程自动监测无线电传输过程、设备运行状态等，如监测中存在异常情况，及时反馈信息并发送预警信号。

3 无人机技术在无线电监测中的具体应用

3.1 “黑广播”查找和取证

近年来的无线电通信领域，虽通信技术持续进步，但“黑广播”现象时有发生，因为其具有高度隐秘性，要实现高效、精准查找面临诸多技术难题，通常由固定监测站或移动监测车根据采集的无线电信号，确定“黑广播”范围，再由专人配备PR100 便携式设备等锁定最终区域，如接收信号电平值呈增大趋势，说明此时所处区域与“黑广播”区域相接近。但是，“黑广播”发射天线一般布设在楼顶或者建筑物高层，采取了一定的伪装措施，单纯通过人眼目测的方式很难精准分析。

面对上述情况，相关单位在查找“黑广播”时可配备四旋翼无人机，这种无人机的体积小、携带方便，能克服不利地形条件的限制，在垂直空域120m 高度飞行的特点决定了其在飞行的同时能准确获取被测区域内的高清影像，后续相关人员通过分析这些影像即可判定是否存在“黑广播”，或者“黑广播”所处区域内的周边环境，如有异常情况可及时安排专人进入现场或者配备专业化设备来核查。

以大疆Mavic Pro 和大疆精灵Pantom 4 Pro+展开分析，对比这两种无人机的信号接收范围情况。将无人机和操作者之间的图传/遥控链路断开飞机返航水平飞行距离当做信号接收范围，如表1 所示。

表1 信号接收范围测试Tab.1 Test of signal receiving range

结合上述一系列分析，在操作无人机查找“黑广播”时，为得到可靠结果，主要的注意事项为：（1）将四旋翼无人机的飞行起点定在目标地点周围某一点，考虑到其他建筑物、树木等的遮挡、飞行安全因素，覆盖范围应以起飞点为圆心，高度、半径分别为120m、400m，呈近圆形。（2）四旋翼无人机在目标地点垂直起飞，当达到指定高度后再重新向目标地点飞行，在此飞行模式下监控目标区域及其附近。无人机飞行的过程也是其采集信息的过程，通过无人机返回的现场环境图像等，相关人员调整无人机的飞行参数，选定最佳位置拍摄高清图像。无人机飞行过程中虽具有高度的灵活性，但为得到高清图片，有关人员需密切关注飞行区域内的高层建筑物、大型树木等分布，与这些建筑物保持安全距离，促进无人机的安全、平稳飞行。（3）无人机飞行中也需关注电池续航时间，当无人机到达指定位置立即返回，以无人机飞行速度展开分析，当电池容量还有富余，则可悬停观测。在飞行过程中应合理地把控飞行时间与距离，避免无人机飞行距离过长或者电池没电。

3.2 空中无线电监测

当前城市化进程显著加快，在城市内分布有各种类型和规模的高层建筑，再加上城市内配备的金属设施多、机械设备噪音大，都干扰了监测设备对无线电的监测，使设备在监测时接收到了很多干扰信号，后续辨别和处理信号时相对困难。目前，在经济社会发展的趋势下，城市呈现向外发展的态势，部分固定监测站周围的噪声干扰多，影响了实际的监测工作，得到的无线电监测结果可靠性不足。

一般的移动监测车在当前的无线电监测方面暴露了诸多问题，在当前技术进步的过程中，空中无线电监测越发受到了人们的关注，基于空中平台的无线电监测，可实现立体化、三维性监测，减少不利地形条件等对监测的干扰，不仅能提高监测效率，还能保障监测精度。与地面监测技术相对比，空中无线电监测有更为优越的电磁传播环境，且监测范围广，整个操作过程的灵活度更高，兼具联合侧向、重点监测、精确定位等功能，得到的监测结果更为可靠与有效。

我国与发达国家相比较，在空中无线电监测方面的起步较晚，最早的研究始于2007 年，通过验证空中无线电监测的可行性，国家在这一方面给予了巨大的资金、技术等投入。2010 年上海世博会、2011 年深圳大运会，分别配备车载系留气球、警用载人直升机搭载无线电监测系统，创造了空中、地面相结合的监测模式[4]。随后进入信息时代下，空中无线电监测技术进一步发展，在无线电监测方面该技术应用范围显著扩大，特别是空中监测平台的无人机操作者定位系统，无论在当前还是未来都有巨大的应用空间。

多旋翼无人机的体积小，载重负荷偏低，灵活性强，操作便捷，在各种条件下都能取得良好的应用效果，即使现场条件相对恶劣，多旋翼无人机可克服不利条件的限制，在规范操作下得到相对可靠的监测结果。如将多旋翼无人机作为载体平台负责空中监测，后续工作中具备智能化、精确化操作特点，不仅能悬停监测、路径规划，更能联合侧向、重点监控，监测中遇到突发情况时多旋翼无人机监测平台可根据其采集的信息进行调整与控制。当多旋翼无人机负责监测工作时，为促进有关工作的高效实施，重点需关注以下部分：（1）日常监测中合理投放旋翼无人机，以地面监测系统的监测盲点为基准，由无人机对这些盲点实施自动化监测，完成空中、悬停监测；（2）突发应急事件的处理中，空中无线电监测往往无法起到应有的作用，需保持空中无线电监测与传统监测手段的融合，各自发挥其在无线电监测中的优势。

3.3 固定监测站巡检

固定监测站对无线电监测也相对有效，如在实际的工作中采用固定监测站这一方式，许多因素都会干扰设备接收信号，不利于监测工作的高效实施。为此，针对这一情况，相关人员必须在日常的工作中定期维护、检修与校准设备，及时处理设备问题。

如超短波监测网，为在实际的工作中完成30 ～3000MHz 全频段监测目标，常规的固定监测站一般有4组伞状全向监测天线、8 组45°间隔垂直极化对数周期天线、4 组双极化对数周期天线，不同天线经由开关矩阵、天线共用器与监测测向接收机保持可靠连接[5]。随着时间的延长，无线电监测中可能发生设备磨损等异常，相关单位需安排专人负责处理设备问题。

多旋翼无人机在无线电监测中的优势明显，实际的工作中高山、高楼固定监测站的天线高架塔杆塔本体的巡视任务，就可配备特定型号的多旋翼无人机，通过合理设置该无人机的飞行参数，如飞行高度、速度等，就可通过无人机飞行来获取监测区域内的天线、杆塔等运行情况。多旋翼无人机用于巡视工作时主要为超低空飞行模式，其悬停于天线杆塔每一层进行拍照，经由图像识别有关人员掌握天线杆塔的工作情况。实际的操作过程中主要需注意以下几个方面：（1）通过智能化调节与控制使多旋翼无人机飞行到天线塔以上，将机载摄像头向下调整，扩大摄像机的拍摄范围；（2）拍摄得到塔头图像后，由系统原位调整摄像头角度，进入俯拍环节，监测天线塔基础运行情况和工作状态；（3）规范操作多旋翼无人机，拍摄并检测每个天线的具体情况，依据无人机采集到的天线数据，分析天线是否处于正常工作状态下，如存在异常，再依据数据分析故障类型、原因、位置等，制定有效的解决措施。

4 结语

当前通信行业稳步发展的过程中，为营造良好的无线电通信环境与条件，相关人员在具体的工作中需立足当下的技术发展情况，重视无线电监测，使用无人机技术实现自动化、智能化监测。