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精准定位 让“黑飞”无人机操作者无所遁形

作者:夏楠 杨士坤 来源:中国无线电管理网 日期:2017年07月13日 08:32

一架造型引人注目的八翼“无人机”,伴着优美的空中姿态首次在张北的民用无人机监控技术研讨会暨设备展示会上空盘旋。“这可不是一架普普通通的无人机,而是抓获‘黑飞’无人机操作者的空中警察。” 国家无线电监测中心副主任兼总工程师李景春说。

“黑飞”情况严重  监管势在必行

近年来,随着国内民用无人机产业快速发展,技术不断成熟,成本持续降低,无人机逐渐“飞入”寻常百姓家,但全国多地频繁曝出的无资质、未申请空域的无人机“黑飞”危险事件,数量众多的无人机难以做到全面监管。无人机的飞行安全管控与行业发展的矛盾日益凸显,无人机运行安全和监控成为公众关注的焦点。面对无人机的爆发式增长,建立系统的监管体系刻不容缓。“尽快研制出一套行之有效的空中无线电监测系统,我们国家无线电监测中心责无旁贷。”李景春说。

目前,在复杂城市环境下,针对无人机地面操作者的监测定位,没有特别有效的方法,大多采用的是地面测向定位设备。无人机操作者使用的遥控器,发射功率低、频率高,在城市中,受到建筑物遮挡,测向和定位精度大幅度降低。此外,典型无人机遥控器发射跳频信号,抗干扰能力强,难于测量和捕获,客观条件和现有技术水平严重制约了地面设备对无人机遥控器信号的监测定位能力。李景春表示,“为解决上述问题,我们就想到设计一个空中无线电监测平台,对无人机地面操作者进行定位。”

攻坚克难  设计过程一波三折

三个月的时间,对于一个开创性的项目研究而言,紧张程度不言而喻。“我知道自己肩负的责任,也体会到那种与时间赛跑所带来的心理压力。”组长夏楠临危受命,压力不小。在充分分析和研究系统研制过程中涉及到的技术难点和实施方案基础上,研究团队分工协作,立即投入到各自领域中。其中,夏楠负责定位算法设计、总体方案制定和实施,鲍尧、王文帅凭借丰富经验负责软件设计开发,还有能够熟练操作控制无人飞行器的汪庭霁、胡中雨,大家都憋着一股劲,拧成一股绳,决心全力以赴、保质保量的把这项工作完成好。

谈到设计过程,夏楠回忆起刚刚经历的日子,无尽感慨。“系统设计开发的过程可谓一波三折,其中最重要的一个环节是确定测向方法,这也是系统的核心内容。经过前期的调研,两种设计方案摆在大家面前,第一种是双通道相关干涉测向方法,另一种是单通道比幅测向方法,两者各有利弊。经过大量理论和实测数据分析,我们最终选择了单通道比幅测向作为该系统的核心测向算法。该方法稳定性更强,计算速度可以通过其他技术手段进行补偿,综合各方面因素考虑,该方法比较适合应用于空中监测系统。”

由于前期论证工作耗时相对较大,离预期完成时间越来越近了。炎炎烈日下测试,夜以继日的钻研成了研究小组接下来的工作常态。此后,他们陆续攻克了飞行器遥控收发系统变频、监测软件远程控制、测向定位结果实时回传等重要环节,并进行了大量的开场测试。

空中监测定位  精准捕获“黑飞”操作者

经过近三个月紧锣密鼓的研究实践,中心研制的利用空中监测平台定位无人机地面操作者的空中无线电监测系统问世了,定位误差仅在3米之内。它挂载于八轴无人机空中平台上,结合电子罗盘和GPS数据,对遥控器跳频信号进行定位。空中无线电监测平台按照多点测向交汇定位的思路,设计开发了由机载监测系统、地面控制系统和信号处理软件组成的新型发射源空中定位系统。可以从根本上消除复杂城市环境中障碍物遮挡对地面监测设备测向定位精度的影响,从而实现目标高精度定位。

夏楠介绍,该系统由机载监测和地面控制两部分子系统组成,并且创新性的提出了基于相关处理的跳频信号快速捕获算法,解决了低信噪比和复杂干扰影响下跳频信号测向精度低的难题。它的优点在于机动性强,由一部监测系统即可完成多点测向和定位的监测任务。

“这个系统提出由空中可移动监测单站替代传统地面监测系统,终于实现了无人机操作者的高精度定位。”李景春说。


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