无人机在广播电视信号覆盖检测与优化中的应用

龚崇立

（作者单位：安化县辰山广播电视转播台）

无人机技术的发展为广播电视信号覆盖检测与优化提供了新思路[1]。利用无人机搭载信号检测设备，能够实现对目标区域信号指标的高效快速检测。与传统手段相比，无人机具有活动范围广、使用灵活等优点。本文着重阐述无人机在广播电视信号覆盖检测与优化中的应用情况。首先分析无人机在信号覆盖检测中的优势，然后重点介绍其在信号强度、信噪比、定位精度检测以及信号干扰源定位、天线与路径优化等方面的应用，旨在展示无人机在该领域中的应用前景。

1 无人机在广播电视信号覆盖检测中的优势

无人机在广播电视信号覆盖检测中的应用已经引起了广泛关注。其主要优势在于其卓越的机动性和灵活的操作方式，可以快速高效地收集信号数据[2]。这种新技术为传统的人工检测和车载检测无法涵盖的地理区域提供了新的信号检测可能性。

通常，无人机系统由多旋翼飞行载体、信号检测载荷以及地面控制站组成。对于广播电视信号的检测任务，通常会搭载先进的设备，如频谱分析仪和测向接收机。频谱分析仪能够同时测量信号的强度、占用带宽、调制模式等多个参数，而测向接收机则能够准确测定信号的空间波来向角，从而实现对信号源的精确定位。在执行任务时，无人机可以选择自主巡航模式，也可以依据虚拟路径或预设航线进行操作，以确保对地面样本点的全面采样和数据收集。同时，系统能够实时传输信号检测数据，而地面站则通过数据链路对无人机进行监控和遥控。成熟的系统通常拥有出色的控制距离，可达数千米，并具备超过两个小时的续航能力。以一款典型的检测无人机为例，它的飞行高度最高达到10 000 m，巡航速度高达15 m/s，而单次飞行续航时间可达3 h。这使得该无人机能够高效地覆盖数十平方千米的检测区域。此外，其数据采集速度极快，采样点分布合理，因此，在相同时间内，其检测效率明显高于传统的检测方法。综上所述，无人机在广播电视信号覆盖检测中的应用呈现出巨大潜力，通过提供高效、灵活、精确的信号数据收集方式，有望为无线广播电视网络的规划和优化提供新的解决方案。这一领域仍在不断发展，随着技术的不断进步，无人机将继续发挥其重要作用，为无线广播电视网络建设带来更多的创新和便利。

2 无人机在广播电视信号覆盖检测中的应用

2.1 信号强度检测

无人机系统在广播电视信号覆盖检测中，一个重要应用就是对信号强度的测量[3]。信号强度即信号传输功率与表面积的比值，反映了信号点强度的大小。其检测结果与系统传输设备性能、电磁环境、地形地物等诸多因素相关。针对信号强度采样检测，一般会通过无人机上的频谱分析仪等设备获取测量数值。该设备能够同步检测信号的频率、带宽、调制方式、信噪比等信息。例如，安装在某型号八旋翼无人机上的便携式频谱检测终端，频率范围为20 MHz～6 GHz，扫描带宽达120 MHz，可以同时测试24个信道，精度高达0.5 dBm。通过合理规划无人机的航线、飞行高度等参数，可以保证对测区的有效覆盖。例如，2017年苏州市利用无人机对新开通的数字电视信号进行检测，预先设定无人机巡航速度为10 m/s，航线间距200 m，飞行高度在300 m，最终获得总计5万余个有效样本，测试时间仅4.5 h，结果显示97%的样本点信号强度达到质量标准[4]，并为弱覆盖区域提供了定位信息，为后期优化提供依据。该案例表明，融合无人机系统的新型检测方式，可实现对地面数字电视信号强度的高效快速采集。与传统人工方式相比，无人机系统具有检测范围广、数据获取全面等优势，随着技术成熟和系统精简，必将得到进一步推广。

2.2 信噪比检测

信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）是衡量信号质量的关键指标，它反映了信号与噪声的功率比，对接收信号的可靠性有着直接影响[5]。采用无人机平台进行信噪比检测，能够更加精准地评估系统的信号质量和覆盖范围。无人机上装载的频谱检测设备不仅能够同步采集信号的频率、带宽、调制模式和强度等信息，还能实时测量和记录信噪比参数。例如，北京某公司研发的一种检测载荷，其工作频率覆盖50 MHz～6 GHz，能够在20 MHz的带宽内进行信号测试，最小可测的信噪比达到10 dB，且测试误差控制在1 dB以内。该系统安装在八旋翼无人机平台上后，能实现对地面数字电视信号质量的三维动态测量。

在实际应用中，通过合理规划无人机的飞行路线、采样密度及载荷的工作模式，可以确保对地面信号的有效检测。2022年上半年，成都市运用无人机对新建的数字电视发射站进行改造验收。该项目的无人机设置了8 m/s的巡航速度，载荷的工作带宽为20 MHz，最大仰角达到60°，并采用了步进采样模式。最终，项目收集了超过12万组有效数据，覆盖率高达97%。测试结果表明，超过92.3%的点位信噪比超过35 dB，结合信号强度分析，判断改造工作满足验收标准。这一案例验证了基于无人机的信号检测方法的高效性，与传统检测方法相比，它更加迅速、直观，为无线广播电视网络的规划与建设提供了新的思路和技术支持。

2.3 定位检测

无人机系统凭借其自主定位与授时同步能力，成为地面信号源精确定位的重要工具，这对于优化广播电视信号覆盖至关重要[6]。无人机搭载的测向接收机可精确获取信号的空间波来向角信息。例如，一种装备于六旋翼检测无人机的宽带测向接收机，其工作频率范围覆盖20～3 000 MHz，实现360°全向覆盖，并具有高达0.5°的测向精度。结合无人机上的激光测距仪、惯导系统和卫星定位模块，这一综合系统能够实现对信号发射源位置和信号指向的精确测定。

在应用实践中，通过稳定的无人机飞行姿态和固定点巡航，测向接收机能够锁定并测量信号角度，进而综合无人机的定位信息计算出信号源的具体位置。此外，连续动态测向方法也被广泛应用，通过无人机航线的合理规划，捕捉波束方向的变化信息，地面站则进行三角定位运算。例如，2020年西安市运用无人机对调频（FM）广播信号塔的定位检测，无人机以50 m间距的连续飞行，实时回传动态测向数据至地面，通过精确算法计算后，成功以仅20 m的误差精确定位信号塔。这一案例不仅证明了无人机定位检测的高效性和准确性，而且展现了其在广播电视网络规划和建设中的巨大潜力。

通过这种技术，无人机不仅可以在广域范围内迅速定位信号源，还能在复杂地形或难以接近区域发挥关键作用。例如，在山区或高楼林立的城市中，传统地面测量方法往往受到限制，而无人机则能轻松克服这些障碍，提供准确的信号源定位信息。此外，无人机在应急通信、灾难响应等场合的应用，也显示了其在快速部署和实时数据获取方面的优势。随着技术的不断进步，未来无人机在定位检测领域的应用前景将更加广阔，为广播电视网络的高效运营和可靠性提供强有力的技术支持。

3 无人机在广播电视信号覆盖优化中的应用

3.1 信号干扰源定位

广播电视信号在覆盖过程中，常受各类噪声干扰的影响，这将严重降低信号质量。利用无人机系统可对干扰源进行高效定位，为后续信号传输优化提供支持。系统通过频谱分析技术判定存在潜在干扰源的地面采样点。这类点位常出现明显的信号衰减、频谱畸变、信噪比降低等异常。以数字电视信号为例，普通覆盖区域的信号电平约为-50～-70 dBm，信噪比高于30 dB。若出现电平骤降至-90 dBm以下，信噪比低于20 dB的情况，即可初步判断为受到当地干扰的点，这时无人机将锁定该位置进行重点监测。

无人机通常配备宽频宽带天线，可实现对各类信号源的精确定位。例如，多旋翼平台上搭载的接收机，360°全向覆盖，测向精度高达0.2°。通过连续自动解算信号来向角，并结合自身的惯性与卫星定位，可最终实现对干扰发射源的精确定向与定位。在一个典型案例中，系统共监测到720个异常点，经处理判断出13处独立噪声源，最大定位误差仅30 m。现场排查发现了6处设备故障发射的无意射频噪声。该解决方案大幅提升了干扰源探测效率，为后续针对性治理奠定基础，相比人工方法，可降低90%时间成本。随着技术成熟，预计未来可与信号优化系统深度融合，实现快速定位与整改。

3.2 信号接收天线优化

广播电视信号覆盖过程中，地面接收天线性能直接影响用户终端的信号质量。利用无人机可以快速检测天线方向图、增益指标等，为其优化调整提供依据。无人机所搭载的信号检测载荷，可以对地面天线的多参数进行测定。例如，上海某公司的Y型检测系统，设定无人机悬停在测量点半径5 m范围内，自动解算天线方向图、增益、回波损耗等指标，测量时改变天线方位角，采集不同角度下的电平信息，最终综合处理生成三维方向图，指标测量误差小于0.8 dB；最终通过数据分析，可以判断天线性能是否符合技术要求以及存在的不足。若指标达标，则保持当前参数不变；若部分方位增益不均匀或天线偏转，则需要进行机械调整或线路优化。表1给出了某地面接收站天线检测优化案例。

表1 地面站天线检测优化案例

通过该案例可以看出，利用无人机可以高效检测地面天线性能，指导现场技术人员进行精准调整，确保信号接收质量，这为无线广播电视网络的建设运维提供了新手段。

3.3 信号传输路径优化

广播电视信号覆盖质量与传输路径损耗密切相关。利用无人机可以实现精确的信号路径检测与优化，可有效提升网络传输性能。系统通过搭载的测向接收机，在信号传播过程中的每个阶段，获取空间波的来向角信息，从而实现对信号的精确追踪和分析。同时，根据自身的精确坐标位置，实时计算信号路径损耗，这样就可以判断信号覆盖过程中的弱点，如山体遮挡、建筑反射引起的衰减等。如果发现路径损耗剧烈起伏或单点衰减超过阈值，则标识出问题路径段。譬如数字电视信号自由空间路径损耗标准为100 dB，若测得某段路径损耗出现140 dB的峰值，超过高限40 dB，即判定该路径段为重点优化区。

针对问题路径，无人机可以通过改变信号发射源位置或增加中继站等手段进行改善。某案例中，系统测定700 m长的遮挡路径损耗高达165 dB，严重影响几千用户的信号质量。为此在该路径一侧山顶增设中继站，利用无人机扫描后确认路径损耗降至控制目标120 dB，有效解决了覆盖盲区问题。综上所述，该方案实现了对信号传输路径的精确检测和针对性优化，延长了传输距离，提升了用户体验，与传统方式相比，可降低50%左右的遮挡衰减，效果显著。

4 结语

无人机系统为广播电视信号覆盖检测与优化提供了新的技术手段。基于无人机平台的数字信号测量，解决了人工检测范围和效率受限问题，可高效覆盖坎坷地形，快速获取海量数据。系统输出的精确信号指标及发射源定位信息，可直观判断网络覆盖质量，为规划优化决策提供依据。针对实际信号干扰和设备故障，无人机可快速定位、识别，配合后续处理措施，有效提升终端用户的服务体验。无人机亦可通过现场检测天线方向图、信号传输路径损耗等技术指标，帮助指导设备调整与系统改进。总体来说，基于无人机的广播电视信号检测与优化平台，突破了时间和空间的局限，实现了对信号指标和环境因素的全面测绘。随着模块小型化和系统智能化，这种新型检测手段必将得到进一步推广，拓展无线广播电视网络建设、运维的新模式。当然系统还有待进一步成熟，飞行体系的安全性与可靠性、复杂环境适应性等仍需加强。但其应用前景广阔，结合5G、物联网等新技术，将向综合化和智慧化信号检测与控制系统演进。