蘆偉東，羅士偉，吳文博，唐 艷，朱臻真

（國家無線電監(jiān)測中心哈爾濱監(jiān)測站，哈爾濱 150010）

1 引言

無人機(jī)載監(jiān)測測向設(shè)備是近年來新興的無線電監(jiān)測測向設(shè)備，使用無人機(jī)載監(jiān)測測向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對干擾信號的空中監(jiān)測、測向，避免障礙物的影響，可有效提高干擾源定位準(zhǔn)確度。

2 無人機(jī)載監(jiān)測測向系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)組成和功能

（1）飛行平臺。飛行平臺最好選擇正規(guī)廠商出產(chǎn)的六旋翼飛行平臺作為空中無人機(jī)載監(jiān)測測向系統(tǒng)的飛行平臺。

（2）飛控系統(tǒng)。飛控部分由兩級控制組成：下層是目前比較先進(jìn)的A3飛控系統(tǒng)，上層是自動飛行駕駛系統(tǒng)。自動飛行駕駛系統(tǒng)接受來自地面站的飛行指令，控制下層的A3飛控系統(tǒng)進(jìn)行飛行姿態(tài)調(diào)控，協(xié)同執(zhí)行飛行任務(wù)。

（3）數(shù)傳系統(tǒng)。數(shù)傳系統(tǒng)是空中與地面互聯(lián)的橋梁，負(fù)責(zé)上傳監(jiān)測或飛行命令下傳監(jiān)測或飛行數(shù)據(jù)，一般采用數(shù)據(jù)收發(fā)協(xié)議802.11。

（4）地面系統(tǒng)。通信單元含信號收發(fā)天線，一臺平板電腦作為控制、儲存平臺，應(yīng)具有良好的人機(jī)交互界面。地面站通過發(fā)送飛行、監(jiān)測指令來控制飛行平臺執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)接受飛行平臺下傳的各類飛行與監(jiān)測數(shù)據(jù)，可用于顯示、存儲與回放。

（5）監(jiān)測設(shè)備?？罩袩o線電監(jiān)測測向系統(tǒng)搭載的無線電信號監(jiān)測與測向系統(tǒng)，應(yīng)包括監(jiān)測接收機(jī)與所覆蓋頻段的多種監(jiān)測與測向天線，盡量選擇輕便且性能優(yōu)良的監(jiān)測接收機(jī)。

2.2 飛行控制

飛行控制是空中無線電監(jiān)測測向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)?？梢宰詣语w行，也可以手動接管，保證飛行安全和操控靈活性。

（1）飛控系統(tǒng)。應(yīng)配置遙控接收機(jī)與遙控器，且模式切換在遙控器上進(jìn)行，功能的優(yōu)先級高于電腦自動控制，以便于地面人員可以隨時(shí)切換到遙控模式。在自動飛行的模式下，保留手動遙控的靈活性；在緊急情況下可以手動接管控制權(quán)，保證飛行安全。

（2）自動控制。自動飛行控制屬于默認(rèn)飛行模式，操作人員只需要設(shè)置當(dāng)前信號監(jiān)測測向的懸停高度即可，余下的問題由電腦自動完成。

（3）手動控制。開啟手動操控模式，系統(tǒng)立即回被遙控器接管，所有飛行動作都將由遙控器發(fā)出，電腦控制無效。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸

（1）自動模式。一般無人機(jī)上配置的是高增益板式定向天線，地面站使用的是圓極化定向天線。地空天線相向發(fā)射，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在自動模式下，監(jiān)測數(shù)據(jù)與飛行控制命令發(fā)送協(xié)議一般采用802.11ngb，即常見的5.8G Wi-Fi。

（2）遙控模式。在遙控模式下，僅下傳監(jiān)測與飛行數(shù)據(jù)，遙控器在2.4GHz以跳頻方式上傳遙控指令。收發(fā)天線均為全向天線，使遙控命令具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較大的遙控范圍。

2.4 電磁兼容性

必須對擬作為空中平臺的無人機(jī)進(jìn)行徹底的電磁兼容改造，系統(tǒng)的平均噪聲電平低于-100dBm。

2.5 信號監(jiān)測

空中無線電監(jiān)測測向系統(tǒng)通過地面站平板電腦實(shí)時(shí)顯示空中監(jiān)測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)的ITU測量、頻譜測量與頻段掃描功能，對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲，并能按各種條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。信號參數(shù)測量應(yīng)包括頻率測量、頻差測量、頻偏測量、帶寬測量等，測量結(jié)果均能夠被記錄。

中頻頻譜分析支持多種頻譜顯示寬度，應(yīng)支持基本的FM、AM、LSB、USB解調(diào)?？梢赃M(jìn)行瞬時(shí)譜、平均譜和峰值譜的顯示。在監(jiān)測過程中，既能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)聽，又能夠完整記錄，可按頻段方式掃描和記錄信號。支持頻段掃描功能，使用接收機(jī)內(nèi)置快速拼接功能掃描并顯示更寬頻帶，頻譜圖自動記錄并支持回放。系統(tǒng)界面應(yīng)分為三個(gè)部分：信號監(jiān)測，主要是傳統(tǒng)的頻譜掃描與測量；信號測向，顯示信號示向度與地圖上的方位；飛行控制，只需要高度設(shè)置。

2.6 信號測向

（1）單次測向。無人機(jī)在收到測向指令后，進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，取得信號強(qiáng)度的矢量數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算，得到信號的示向度，并在平板電腦上結(jié)合電子地圖顯示。對多個(gè)信號，可設(shè)置成自動任務(wù)逐個(gè)測向。

（2）3D掃描。使用空中監(jiān)測測向系統(tǒng)的比幅測向體制進(jìn)行信號測向，可以做到在三維層面上展示信號強(qiáng)度、方向與高度的關(guān)系，微信號測向與電波傳播研究提供了一種創(chuàng)新形式。表1給出了不同測試高度下，接收電平值的變化。

表1 飛行高度與信號強(qiáng)度的變化

（3）多點(diǎn)定位。地面站軟件可以將無人機(jī)多地點(diǎn)升空測向的數(shù)據(jù)，在電子地圖上進(jìn)行交會定位，提高大范圍追蹤信號的效率。同時(shí)，系統(tǒng)軟件還可以使用公眾移動4G網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)多套無人機(jī)載監(jiān)測系統(tǒng)，同時(shí)升空聯(lián)合定位干擾源。

（4）電子地圖。所有懸停的測向結(jié)果和確認(rèn)后的三維采集結(jié)果，其指向都會自動在電子地圖上顯示。

2.7 過程記錄

在系統(tǒng)啟動后，將自動對監(jiān)測、測向以及全部飛行過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存。

3 無人機(jī)載監(jiān)測側(cè)向系統(tǒng)與便攜式接收機(jī)性能對比

表2無人機(jī)載監(jiān)測設(shè)備DZF-AC1與PR100性能對比。

表2 性能指標(biāo)對比

通過對比可以看出，DZF-AC1與PR100的大部分性能指標(biāo)相近，并具有更寬的中頻帶寬和適應(yīng)更低溫度工作的能力，完全可以勝任復(fù)雜的監(jiān)測測向工作。

4 查找信號源實(shí)驗(yàn)

4.1 演練方案

（1）演練內(nèi)容。演練信號源的設(shè)置范圍為國家無線電監(jiān)測中心哈爾濱監(jiān)測站江北園區(qū)內(nèi)；各參加人員通過抽簽確定查找順序和相應(yīng)頻點(diǎn)，并領(lǐng)取任務(wù)卡；演練共分14組，每組2人，使用一套監(jiān)測設(shè)備，每組查找2個(gè)信號源；共設(shè)4個(gè)信號源，每個(gè)信號源配置不同的打卡器；參加演練的隊(duì)員找到目標(biāo)信號源后，使用打卡器在任務(wù)卡對應(yīng)頻點(diǎn)下方打卡確認(rèn)。

（2）評分方法。本次演練設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)間為3分鐘，每組間隔為2分鐘，查找時(shí)間為15分鐘，出發(fā)后15分鐘內(nèi)必須攜任務(wù)卡回到出發(fā)地點(diǎn)，否則成績無效。由裁判統(tǒng)計(jì)信號源數(shù)量，確認(rèn)所查信號源頻率和位置正確的成績方可有效。按規(guī)定時(shí)間內(nèi)查找正確信號源數(shù)量多少排名，信號源數(shù)量相同則用時(shí)少者排名靠前。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對

2016-2018年實(shí)際參加演練人員的成績對比情況如表3所示。

傳統(tǒng)的無線電干擾源監(jiān)測定位方式一般需先通過兩個(gè)以上的固定監(jiān)測站對干擾源信號進(jìn)行監(jiān)測定位，確定大概區(qū)域，出動監(jiān)測車逼近目標(biāo)區(qū)域，進(jìn)一步縮小、鎖定范圍，然后使用便攜式監(jiān)測測向設(shè)備逼近查找干擾源，最終定位干擾源的實(shí)際位置。在上述使用便攜式設(shè)備逼近查找干擾源過程中，經(jīng)常遇到障礙物遮擋或復(fù)雜地理環(huán)境，電波被折射或反射，上述手段的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性受到極大的影響，致使不能快速、有效地定位干擾源。如果使用無人機(jī)載監(jiān)測測向系統(tǒng)構(gòu)筑空中監(jiān)測平臺，將有效提高監(jiān)測測向的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，不僅能夠避免障礙物引起的電波多徑效應(yīng)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位干擾源，提高工作效率。

通過實(shí)驗(yàn)，根據(jù)場強(qiáng)定位法，只使用PR100監(jiān)測接收機(jī)查找干擾源，查找時(shí)間和查找干擾源個(gè)數(shù)并沒有明顯的提高，而使用PR100和DCF-AC1無人機(jī)載監(jiān)測系統(tǒng)，查找時(shí)間和查找干擾源個(gè)數(shù)得到了顯著的提升。

表3 演練成績對比

5 結(jié)束語

隨著無線電技術(shù)的蓬勃發(fā)展，面對日益復(fù)雜的電磁環(huán)境，既要保障通信安全，又要充分利用緊缺的頻譜資源，助力經(jīng)濟(jì)建設(shè)，加強(qiáng)頻譜監(jiān)測，快速定位干擾源，及時(shí)消除干擾，變得越來越重要。將無人機(jī)載無線電監(jiān)測測向系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際的監(jiān)測技術(shù)演練中，通過對比實(shí)驗(yàn)得到了理想的效果。■