精準定位 讓“黑飛”無人機操作者無所遁形
一架造型引人注目的八翼“無人機”,伴著優美的空中姿態首次在張北的民用無人機監控技術研討會暨設備展示會上空盤旋。“這可不是一架普普通通的無人機,而是抓獲‘黑飛’無人機操作者的空中警察。” 國家無線電監測中心副主任兼總工程師李景春說。
“黑飛”情況嚴重 監管勢在必行
近年來,隨著國內民用無人機產業快速發展,技術不斷成熟,成本持續降低,無人機逐漸“飛入”尋常百姓家,但全國多地頻繁曝出的無資質、未申請空域的無人機“黑飛”危險事件,數量眾多的無人機難以做到全麵監管。無人機的飛行安全管控與行業發展的矛盾日益凸顯,無人機運行安全和監控成為公眾關注的焦點。麵對無人機的爆發式增長,建立係統的監管體係刻不容緩。“盡快研製出一套行之有效的空中無線電監測係統,关键词2國家無線電監測中心責無旁貸。”李景春說。
目前,在複雜城市環境下,針對無人機地麵操作者的監測定位,沒有特別有效的方法,大多采用的是地麵測向定位設備。無人機操作者使用的遙控器,發射功率低、頻率高,在城市中,受到建築物遮擋,測向和定位精度大幅度降低。此外,典型無人機遙控器發射跳頻信號,抗幹擾能力強,難於測量和捕獲,客觀條件和現有技術水平嚴重製約了地麵設備對無人機遙控器信號的監測定位能力。李景春表示,“為解決上述問題,关键词2就想到設計一個空中無線電監測平台,對無人機地麵操作者進行定位。”
攻堅克難 設計過程一波三折
三個月的時間,對於一個開創性的項目研究而言,緊張程度不言而喻。“我知道自己肩負的責任,也體會到那種與時間賽跑所帶來的心理壓力。”組長夏楠臨危受命,壓力不小。在充分分析和研究係統研製過程中涉及到的技術難點和實施方案基礎上,研究團隊分工協作,立即投入到各自領域中。其中,夏楠負責定位算法設計、總體方案製定和實施,鮑堯、王文帥憑借豐富經驗負責軟件設計開發,還有能夠熟練操作控製無人飛行器的汪庭霽、胡中雨,大家都憋著一股勁,擰成一股繩,決心全力以赴、保質保量的把這項工作完成好。
談到設計過程,夏楠回憶起剛剛經曆的日子,無盡感慨。“係統設計開發的過程可謂一波三折,其中最重要的一個環節是確定測向方法,這也是係統的核心內容。經過前期的調研,兩種設計方案擺在大家麵前,第一種是雙通道相關幹涉測向方法,另一種是單通道比幅測向方法,兩者各有利弊。經過大量理論和實測數據分析,关键词2最終選擇了單通道比幅測向作為該係統的核心測向算法。該方法穩定性更強,計算速度可以通過其他技術手段進行補償,綜合各方麵因素考慮,該方法比較適合應用於空中監測係統。”
由於前期論證工作耗時相對較大,離預期完成時間越來越近了。炎炎烈日下測試,夜以繼日的鑽研成了研究小組接下來的工作常態。此後,他們陸續攻克了飛行器遙控收發係統變頻、監測軟件遠程控製、測向定位結果實時回傳等重要環節,並進行了大量的開場測試。
空中監測定位 精準捕獲“黑飛”操作者
經過近三個月緊鑼密鼓的研究實踐,中心研製的利用空中監測平台定位無人機地麵操作者的空中無線電監測係統問世了,定位誤差僅在3米之內。它掛載於八軸無人機空中平台上,結合電子羅盤和GPS數據,對遙控器跳頻信號進行定位。空中無線電監測平台按照多點測向交匯定位的思路,設計開發了由機載監測係統、地麵控製係統和信號處理軟件組成的新型發射源空中定位係統。可以從根本上消除複雜城市環境中障礙物遮擋對地麵監測設備測向定位精度的影響,從而實現目標高精度定位。
夏楠介紹,該係統由機載監測和地麵控製兩部分子係統組成,並且創新性的提出了基於相關處理的跳頻信號快速捕獲算法,解決了低信噪比和複雜幹擾影響下跳頻信號測向精度低的難題。它的優點在於機動性強,由一部監測係統即可完成多點測向和定位的監測任務。
“這個係統提出由空中可移動監測單站替代傳統地麵監測係統,終於實現了無人機操作者的高精度定位。”李景春說。