四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司 鄧洪有

1 背景分析

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的迅速發(fā)展和空域管理改革的持續(xù)推進(jìn)，低空空域的逐漸開(kāi)放，無(wú)人機(jī)使用亂象漸顯，無(wú)人機(jī)“黑飛”、“亂飛”導(dǎo)致的事故不斷出現(xiàn)[1][2]，除了墜落傷人、涉嫌侵犯隱私、擾民等問(wèn)題外，還嚴(yán)重威脅著空域安全。2017年國(guó)內(nèi)多家機(jī)場(chǎng)發(fā)生了“惡性”無(wú)人機(jī)黑飛事件，僅4月份成都雙流機(jī)場(chǎng)就遭到無(wú)人機(jī)干擾事件達(dá)9起，嚴(yán)重影響了航空運(yùn)輸飛行安全和正常飛行秩序。

無(wú)人機(jī)與有人機(jī)共同使用空域使得無(wú)人機(jī)空中管制問(wèn)題已成為亟待研究和解決的突出問(wèn)題[3-5]。無(wú)人機(jī)空管包括兩方面內(nèi)容，在法規(guī)和程序方面，盡最大可能從無(wú)人機(jī)的適航標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)人機(jī)飛行員的資格許可等相關(guān)制度上杜絕安全隱患。我國(guó)《民用無(wú)人駕駛航空器實(shí)名制登記管理規(guī)定》明確規(guī)定2017年6月1日起，我國(guó)境內(nèi)最大起飛重量為250克以上（含250克）的民用無(wú)人機(jī)擁有者必須進(jìn)行實(shí)名登記。在技術(shù)方面，管制員借助空管設(shè)備監(jiān)視飛行活動(dòng)，防止違規(guī)飛行和違反間隔標(biāo)準(zhǔn)（如通過(guò)地面二次監(jiān)視雷達(dá)對(duì)發(fā)現(xiàn)的無(wú)人機(jī)目標(biāo)進(jìn)行詢問(wèn)），而無(wú)人機(jī)操作員通過(guò)機(jī)載設(shè)備及時(shí)掌握周圍交通情況并進(jìn)行相應(yīng)的處理（如機(jī)載防撞系統(tǒng)）。目前的技術(shù)手段對(duì)大中型無(wú)人機(jī)可以起到一定的空管效果，但同時(shí)也出現(xiàn)了一些弊端和不足，簡(jiǎn)要分析如下。

（1）無(wú)人機(jī)空中管制的基本前提是保證地面空中管制機(jī)構(gòu)能及時(shí)準(zhǔn)確地掌握無(wú)人機(jī)的基本信息。目前的地面監(jiān)視主要通過(guò)二次雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，需要地基詢問(wèn)機(jī)與機(jī)載應(yīng)答機(jī)協(xié)同配合工作，但由于絕大多數(shù)無(wú)人機(jī)受到價(jià)格體積等方面的限制，沒(méi)有條件配備應(yīng)答機(jī)，使微小無(wú)人機(jī)成了空管的“盲區(qū)”。而應(yīng)答信息也十分有限，A模式僅應(yīng)答識(shí)別碼、C模式為高度碼，S模式雖然可以發(fā)送數(shù)據(jù)通信報(bào)文但價(jià)格較高，更難廣泛裝備在微小無(wú)人機(jī)上，這在一定程度上限制了二次雷達(dá)的使用。

（2）目前無(wú)人機(jī)采用地面控制的飛行方式，民用特別是消費(fèi)級(jí)的微小型無(wú)人機(jī)的飛行活動(dòng)非常靈活，沒(méi)有固定的控制站點(diǎn)，管制單位與實(shí)施無(wú)人機(jī)飛行的操作人員通常難以建立及時(shí)有效地通訊聯(lián)系，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行“面對(duì)面”的管制指揮。

射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency Identification）[6]由詢問(wèn)器（或閱讀器）和應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成，可通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID識(shí)別距離遠(yuǎn)，可達(dá)數(shù)十米；可對(duì)標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)修改；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，可全天候使用；數(shù)據(jù)量大；閱讀速度極快，大多數(shù)情況下不到100毫秒。目前RFID技術(shù)較為成熟，體積小、重量輕、成本極低，在高速公路自動(dòng)收費(fèi)、人員識(shí)別、物資追蹤、生產(chǎn)自動(dòng)化控制、倉(cāng)儲(chǔ)管理等大量應(yīng)用。

隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用的急劇增加，急需參考傳統(tǒng)飛行器的空管方式，針對(duì)無(wú)人機(jī)的空管需求，結(jié)合其它技術(shù)領(lǐng)域（如RFID）提出

2 系統(tǒng)組成

基于射頻識(shí)別的無(wú)人機(jī)空管系統(tǒng)包括目標(biāo)無(wú)人機(jī)攜帶的空管標(biāo)簽、稽查無(wú)人機(jī)攜帶的空管閱讀器和機(jī)載通信系統(tǒng)、空管地面站的通信系統(tǒng)和無(wú)人機(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。其中無(wú)人機(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)關(guān)于無(wú)人機(jī)、擁有者及飛行審批足夠詳細(xì)和全面的信息，是否建有該數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)決定了空管標(biāo)簽存儲(chǔ)的信息量，建有則空管標(biāo)簽可只存儲(chǔ)基本信息并依此查詢數(shù)據(jù)庫(kù)獲得更完備的信息，否則空管標(biāo)簽需存儲(chǔ)盡可能完備的信息。機(jī)載通信系統(tǒng)和地面站通信系統(tǒng)可利用現(xiàn)有通信手段和設(shè)備，無(wú)需另行研制和加裝?？展軜?biāo)簽和空管閱讀器是該系統(tǒng)的核心。

2.1 空管標(biāo)簽

空管標(biāo)簽主要由存儲(chǔ)器、控制模塊、射頻模塊和天線組成，如是有源標(biāo)簽則帶有電池供電?？展軜?biāo)簽的類型由無(wú)人機(jī)類型決定，微型無(wú)人機(jī)通常成本低、載荷小、速度較低，可以允許稽查無(wú)人機(jī)更近距離的識(shí)別，因此配置無(wú)源標(biāo)簽；其它無(wú)人機(jī)配置有源標(biāo)簽。

存儲(chǔ)器采用可讀寫(xiě)存儲(chǔ)器，允許多次寫(xiě)入數(shù)據(jù)。根據(jù)是否建有無(wú)人機(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)不同的信息。如沒(méi)有無(wú)人機(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，存儲(chǔ)的關(guān)于無(wú)人機(jī)、擁有者及飛行審批信息應(yīng)足夠詳細(xì)和全面，主要包括但不限于無(wú)人機(jī)ID、無(wú)人機(jī)型號(hào)、無(wú)人機(jī)重量、無(wú)人機(jī)升限、非視距飛行能力、擁有者姓名、擁有者身份證號(hào)、擁有者聯(lián)系方式、批準(zhǔn)的飛行區(qū)域、批準(zhǔn)的飛行開(kāi)始和結(jié)束時(shí)刻、批準(zhǔn)的操作方式（視距/非視距）、操作員姓名、操作員身份證號(hào)、操作員取得的無(wú)人機(jī)駕照級(jí)別、操作員聯(lián)系方式等信息。如建有無(wú)人機(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，空管標(biāo)簽可存儲(chǔ)一些基本信息，主要包括但不限于無(wú)人機(jī)ID、擁有者身份證號(hào)、操作員身份證號(hào)等。

2.2 空管閱讀器

空管閱讀器的基本作用是作為鏈接前向信道(即空管標(biāo)簽)和后向信道(機(jī)載通信系統(tǒng))的核心數(shù)據(jù)交換環(huán)節(jié)，由接口控制單元、基帶模塊、射頻模塊、天線等組成。接口控制單元通過(guò)USB、串口、有線網(wǎng)口等將數(shù)據(jù)傳送給機(jī)載通信系統(tǒng)。基帶模塊、射頻模塊、天線的個(gè)數(shù)N由采用空管標(biāo)簽的種類數(shù)N決定，采用的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議與射頻標(biāo)簽的類型一一對(duì)應(yīng)。

3 使用方法

基于射頻識(shí)別的無(wú)人機(jī)空管系統(tǒng)的使用前提和基礎(chǔ)是無(wú)人機(jī)購(gòu)買(mǎi)時(shí)實(shí)行實(shí)名登記制，無(wú)人機(jī)信息、擁有者信息連同無(wú)人機(jī)空域使用審批信息（如已通過(guò)審批）一起寫(xiě)入了空管標(biāo)簽，并存入無(wú)人機(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（如建有）。如空管地面站發(fā)現(xiàn)疑似違規(guī)飛行無(wú)人機(jī)或不明無(wú)人機(jī)，則由地面站派遣攜帶閱讀器的無(wú)人機(jī)抵近進(jìn)行識(shí)別，獲取該無(wú)人機(jī)、擁有者及飛行審批信息并依此判斷是否違規(guī)，如有必要可通過(guò)獲取操作員或擁有者的聯(lián)系方式實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)管控。

4 效益分析

本文針對(duì)傳統(tǒng)空管方式必須安裝機(jī)載應(yīng)答機(jī)，以及管制員和操作員之間缺少聯(lián)系途徑的問(wèn)題，提出一種無(wú)人機(jī)空管系統(tǒng)，相比基于空管應(yīng)答機(jī)的傳統(tǒng)方式，該方法具有體積小、重量輕、成本低、操作簡(jiǎn)單、使用靈活等特點(diǎn)。該系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生的有益效果分析如下：

（1）大大拓展了無(wú)人機(jī)空管的監(jiān)控范圍。本方案中的空管標(biāo)簽重量輕、體積小、成本低，適合微小無(wú)人機(jī)普遍安裝，填補(bǔ)了目前無(wú)人機(jī)的空管盲區(qū)，大大拓展了無(wú)人機(jī)空管的監(jiān)控范圍。

（2）建立了空管管制員和無(wú)人機(jī)操作員之間的聯(lián)系。本方案通過(guò)空管標(biāo)簽或無(wú)人機(jī)管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能夠直接或間接獲取無(wú)人機(jī)操作員的聯(lián)系方式，該方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)需增加額外設(shè)備。

（3）極大豐富了無(wú)人機(jī)空管信息。本方案中的空管標(biāo)簽可以存儲(chǔ)大量信息，包括但不限于無(wú)人機(jī)、審批（如經(jīng)過(guò)審批）以及擁有者信息，為后續(xù)空管指揮調(diào)度或事后追責(zé)提供條件，對(duì)無(wú)人機(jī)的“黑飛”也起到了威懾和限制作用。

5.小結(jié)

隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用的急劇增加，無(wú)人機(jī)“黑飛”、“亂飛”導(dǎo)致的事故不斷出現(xiàn)，針對(duì)傳統(tǒng)空管方式必須安裝機(jī)載應(yīng)答機(jī)，以及管制員和操作員之間缺少聯(lián)系途徑的問(wèn)題，本文提出了一種基于射頻識(shí)別技術(shù)的無(wú)人機(jī)空管系統(tǒng)及方法，在無(wú)人機(jī)上粘貼空管標(biāo)簽，由稽查無(wú)人機(jī)攜帶閱讀器進(jìn)行抵近讀取相關(guān)信息并傳給地面空管機(jī)構(gòu)?？展軜?biāo)簽體積小、重量輕、成本低，適合微小無(wú)人機(jī)普遍安裝，該系統(tǒng)和方法具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

[1]Department of Defense of the USA. Unmanned Systems Integrated Roadmap FY2011-2036[R].2011.

[2]戴大偉,龍海英.無(wú)人機(jī)發(fā)展與應(yīng)用[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2013.8,4(4):7-10.

[3]高萍,王古常,鄭幸等.無(wú)人機(jī)空域飛行的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[C].2014(第五屆)中國(guó)無(wú)人機(jī)大會(huì)論文集,2014:627-629.

[4]蔡志浩,楊麗曼,王英勛等.無(wú)人機(jī)全空域飛行影響因素分析[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2011,37(2):175-179.

[5]沈振,劉洋.規(guī)范無(wú)人機(jī)空域使用的建議[J].國(guó)際航空,2014,9:37-38.

[6]魏峰.遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].西安電子科技大學(xué),2009.