無人機在衛星干擾源搜測中的應用研究

劉飛飛，張嘉騫

（中國衛通集團有限公司，北京 100094）

無人機在衛星干擾源搜測中的應用研究

劉飛飛，張嘉騫

（中國衛通集團有限公司，北京 100094）

本文敘述了目前衛星干擾源搜測的方法及其局限性，簡要介紹了無人機發展現狀及其優越性，提出將無人機用于衛星干擾源搜測的觀點，并對其可行性進行了分析。

無人機；衛星通信；干擾源搜測

1 引言

衛星通信是地球站之間利用衛星作為中繼站的一種無線電通信方式，具有覆蓋范圍廣、傳輸距離遠、容量大等特點，在我國廣播、電視、數據通信等業務中得到廣泛應用和蓬勃發展。但是，隨著在軌通信衛星數量及用戶業務的逐年增加，以及小型化天線和各種移動終端的普遍應用，加之衛星通信系統具有開放性特點，不可避免地會產生各種干擾，給正常業務的開展帶來巨大的威脅，甚至可能產生無法估量的社會影響。如何準確判斷、及時處理地面干擾源，是長期以來的一個難題。

2 衛星干擾源搜測現狀

我公司現在查處干擾源的流程是：干擾定位系統對干擾源所在區域進行測定；根據測定結果，首先聯系現有簽約用戶進行網內排查；如果排除網內用戶所為，則派遣專業人員實地搜測；一旦找到干擾源，確定是非法使用行為，上報當地無線電管理局協助查處。搜測設備包括：標準增益喇叭天線，配置相應頻段低噪聲放大器和手持頻譜儀。實地搜測通常采用“地面逼近+定向交會”方式，即：依照定位系統測定出干擾源所在的區域，專業人員手持便攜設備，驅車在該區域沿道路移動搜測。根據我國所處地理位置的特點，靜止軌道衛星通信天線朝南，且有一定的仰角，查找時通常由南向北抵近、東西迂回搜尋，逐步縮小搜測區域，此過程基本處于“盲搜”狀態。當頻譜儀中采集到信號，頻率和帶寬等參數與干擾載波吻合，并且信號強度逐漸增大時，為避周圍建筑對信號反射造成的誤導性結果，需要專業人員攜帶搜測設備，在該區域附近的南、北、東、西四個方位找制高點，例如樓頂或附近的山頂，用定向天線確定干擾源來波方向，交叉點即為發射站的位置。如果能目測或借用望遠鏡查看到可疑天線，且天線指向與被干擾衛星吻合，那么干擾源就已經非常確定了。圖1、圖2為某次干擾源搜測圖樣。

圖1 監測點位置及干擾源示意

圖2 現場測量到的信號頻譜及查找到的可疑天線

盡管干擾定位系統在理論上已經將上百萬平方千米的可能干擾源所在區域，縮小到了幾百平方千米，但其結果畢竟不是一個確定的點，而是一個概率橢圓區域，測定結果也存在一定的誤差。傳統的查找方式又存在諸多局限性，即使投入大量的人力物力，還是很難在較短的時間內找到干擾源。主要難度有以下幾點：

（1）如果干擾源在城市或近郊，這些地區高樓大廈多，發射的微波信號被周圍的建筑反復反射，很難準確測量到發射站的真實位置。

（2）如果干擾源在遠郊區、偏僻的村鎮或隱藏在山中，搜測人員也只能驅車沿著道路搜索。由于開始測試時干擾信號很小，可能在很長的距離內接收不到信號，需要對地形和道路比較熟悉，受地理環境影響大，給搜測帶來諸多不便。

（3）搜測人員需要攜帶設備，連續攀爬多座樓房或山頂，對身體素質有一定的要求，攀爬制高點又有危險性。如果發射站天線位置不在絕對制高點，進入小區或到達樓頂也頗費周折，尋找合適的測試點協調難度較大。

（4）設備生產廠家、政府機關和基層部隊大院，往往出入管理嚴格，周邊制高點選取也較為困難，攜帶搜測設備靠近目標時又很容易打草驚蛇，沒法搜集到非法使用的有力證據。

（5）受天氣影響較大，在雨雪天不能進行搜測。出于對人員安全考慮，夜晚一般不安排搜測行動。

3 無人機發展現狀

無人機是一種以無線電遙控或由自身程序控制為主的不載人飛行器，已經成為當今世界先進科技發展的熱點載體。它誕生于二十世紀二十年代，五十年代后有了較大的發展。據報道，目前世界已經有87個國家擁有無人機，全球在無人機方面的投入預計將從2015年的66億美元飆升至2022年的114億美元。國外從事研究和生產無人機的國家主要有美國、俄羅斯、以色列、法國、英國等幾十個國家，其使用范圍已拓展到軍事、民用和科學研究三大領域。早在上世紀八、九十年代，國內一些專業單位已開始進行無人機的研制。近年來，隨國際無人機快速發展和各項基礎技術的進步，以西工大、南航、北航為主導，其他科研院所和相關企業協作參與，國內無人機技術也呈現出快速發展趨勢。

縱觀無人機發展態勢，其軍用價值仍領先于民用價值，電子戰是無人機在軍事運用中的一個突出領域。以通信對抗中通信偵察為例，無人機加載電子偵察測向設備，可對無線電通信設備所發射的通信信號進行搜索截獲、測量分析和測向定位，以獲取信號頻率、電平、通信方式、調制樣式和電臺位置等參數，對其截聽判別，以確定信號的屬性，以便采取有力手段實施打擊。這里提及的“信號測向定位”，就類似于本文前面介紹過的“定向交會”定位。對敵方通信信號進行逐個測向定位，可以掌握敵方電臺的地理分布情況。

無人機之所以能夠得到快速發展，因其自身具備諸多優點：

（1）機動性強：無需專用起降場地，升空準備時間短，可實現空間少障礙或無障礙平行移動和多層次垂直升降，特別適合在建筑物密集的城市地區和地形復雜地區應用，從而為任務執行提供時間和空間的保證。

（2）配置靈活：可以攜帶多種傳感器，能提供分辨率高、多角度的目標信息。數碼成像設備具備垂直與傾斜攝影能力，可低空多角度攝影獲取物體的信息，空間分辨率能達到分米甚至厘米級。圖3為無人機傾斜拍攝的某地影像圖。

圖3 無人機于某地由南向北拍攝的局部影像

（3）性能優異：可按預定航線在航高50米到1,000米范圍內自主飛行、拍攝，飛行高度控制精度達到10米。可以在目標區域上空進行長時間低空偵察，無需人員到達目標區即可取證，可以有效地實現監管，有力地打擊違法活動。圖4為小型航拍無人機。

（4）經濟、安全：機造價低廉，不會造成人員傷亡，可實現危險區域圖像的實時獲取、空中偵察與目標搜索、環境監測、海區巡視、救援指揮、有毒污染地區空中監測等多種人工作業無法完成或不易完成的任務。

圖4 小型航拍無人機

4 無人機用于干擾源搜測的設想

雖然目前無人機主要應用在軍事領域，但是無人機完全可以軍民兩用。2015年，順豐每天有500架無人機在深圳和惠州上空進行快遞工作；同一年，電力巡檢無人機也開始被各大電力公司應用于實際操作；2016年神舟十一號返回艙成功著陸，無人機首次投入航天搜救；2017年1月《齊魯晚報》報道，無人機技術首次應用于濱州市城市規劃測繪，標志著濱州市規劃測繪工作達到國內先進水平……隨著無人機民用化的步伐逐漸加快，無人機正悄無聲息地融入各行各業，為人們的生產和生活帶來許許多多的便利。

利用無人機可以高空作業、反應靈活、接近目標、有效地避免人員傷亡等優勢，正好彌補衛星干擾源搜測傳統方法的劣勢。筆者認為，無人機同樣可以在衛星干擾源搜測過程中發揮重要作用。

（1）為降低搜測人員工作強度和疲勞程度，確保搜測人員的安全，避免人為搜測盲區，有效縮短在“盲搜”過程中的時間，引進具備航拍、圖像識別和影像回傳功能的無人機即可滿足要求。具體操作如下：根據前期的測定結果，搜測人員攜無人機到達該區域，操作無人機在設定的區域飛行掃描，回傳影像資料，工作人員據此查找可疑站或天線。

（2）為進一步釋放勞動力，完全依靠無人機確定干擾源位置，就需要引進類似軍事中的具備通信偵查能力的無人機。根據電磁輻射損耗的能量與距離的平方關系，無人機用“抵近”的方式近距離接觸目標，大大降低了傳播路徑損耗，獲取信號更快捷、更真實。可以設想，無人機搭載信號探測傳感器，在低空自主盤旋，搜索指定參數的信號，準確測定信號源，實時回傳信號頻譜和地面影像，為干擾查處搜集詳實的資料。

（3）為實現“一機多用”，則對無人機有效載荷和工作性能方面有更高要求。利用我公司擁有衛星頻率資源以及相關地面設備的優勢，無人機搭載衛星通信系統：一是可實現超視距數據傳輸，無需派遣人員，實現遠距離干擾源搜測，以及數據回傳；二是服務于應急通信，為應急通信開辟新途徑；三是作為干擾定位系統的參考站，可以選取不同的地點，發射衛星信號作為定位結果矯正的參考站，提高定位的準確率；四是無人機的高度給信號發生設備以升空增益的好處，據測定其增益遠超地面約30dB，僅需用小功率近距離對干擾源發射反干擾，就可有效中斷其通信鏈路。

圖5 搭載衛星通信系統的無人機

5 無人機用于干擾源搜測的不足與展望

國產無人機目前存在的主要問題包括：有效載荷還比較小；缺少與之配套的專用傳感器；操控復雜，飛行控制系統有待進一步完善；尚未形成成熟的商用數據處理軟件；市場比較混亂且沒有準入制度，熟練操控手嚴重不足；缺乏統一的國家標準以及相應的管理機制。無人機的投入使用，也將面臨多部門的管控和飛行權限的申請。

無人機的不規范使用，也會給衛星通信增添新的干擾。例如國內某地球站就曾遇到電視信號被干擾的事件：干擾經常出現在中午12點或下午6點左右，其他特性無規律可循；后經仔細查找，確定為當地某電臺用于新聞采集的無人機在地球站上空飛行所致。如何快速識別不斷出現的新型干擾、如何對新型干擾源進行準確定位等，也是我們面臨的難題。

為更大程度地發揮無人機在衛星干擾源搜測中的作用，推進無人機在干擾搜測、業務保障、應急通信中的發展，形成穩定的干擾源監測人機交互的“數據采集-分析決策”良性發展模式，是開展快速查處衛星干擾的重要手段之一。面向未來，無論在硬件、軟件等技術方面，還是管理機制方面，無人機的使用均有待進一步提升。

6 結束語

本文從長期利用衛星干擾定位系統測定和干擾源實地搜測的經驗出發，結合當前無人機通信技術的快速發展，提出了將無人機運用于衛星干擾源搜測中的設想，旨在拋磚引玉，其有效性的高低和實用性優劣還需進一步論證，希望能引起公司及部門領導、無線電監測專業人員及相關設備生產商的關注，研制出成型設備，構建“天地一體”的無線電監測格局，進一步規范無線電使用秩序，保護國家戰略資源，保證衛星通信行業健康長足發展。

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Research of the UAV Application in the Search of Satellite Interference Source

Liu Feifei, Zhang Jiaqian
(China Satellite Communications Corporation, Beijing, 100094)

The thesis investigates the method of satellite interference source search and its limitations, and briefly introduces the development of UAV(unnamed aerial vehicle) and its advantages. Moreover, we propose the UAV application in the search of satellite interference source, and theoretically analyze its feasibility.

UAV; Satellite communication; Interference source search

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.05.011

TN927，TN978

B文章編碼：1672-7274（2017）05-0035-04

劉飛飛，畢業于華北電力大學通信工程專業，工學學士，就職于中國衛通集團有限公司業務運行中心。

張嘉騫，畢業于澳大利亞悉尼大學電氣工程專業，工學碩士，就職于中國衛通集團有限公司衛星頻率軌道資源中心。