背景

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃領(lǐng)域，目前存在以下問題：

• 傳統(tǒng)的傳播模型在立體復(fù)雜場景下的預(yù)測無法與實測相匹配。
• 小站部署環(huán)境復(fù)雜，依賴傳統(tǒng)的傳播模型難于準(zhǔn)確預(yù)測。
• 傳統(tǒng)經(jīng)驗傳播模型預(yù)測平均標(biāo)準(zhǔn)差超過11dB，業(yè)內(nèi)3D 射線追蹤傳模的工程實際應(yīng)用預(yù)測誤差大于9dB，基于現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步提升仿真精度非常困難。

立體空間缺少有效的無線信號測量技術(shù)支撐高精度傳模構(gòu)建。而80%的話務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，80% 的室內(nèi)話務(wù)由室外站吸收，網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)已經(jīng)不滿足于平面的室外覆蓋預(yù)測，迫切需要高精度3D 傳播建模技術(shù)。

在無線電事業(yè)領(lǐng)域，目前存在以下問題：

• 隨著無線電事業(yè)迅速發(fā)展，需要管理和維護(hù)空中電波秩序，保障復(fù)雜電磁環(huán)境下的無線電波安全，以促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。
• 隨著世界格局的變化，信息戰(zhàn)及電磁戰(zhàn)也已經(jīng)上升到關(guān)系國家安全的層面，為了打贏未來高科技的信息化戰(zhàn)爭，滿足特殊部門執(zhí)行任務(wù)的需要，及時排除干擾，打擊敵方目標(biāo)，迫切需求能快速布署的無線電監(jiān)測、測向、定位技術(shù)。

建立應(yīng)急監(jiān)測、定向、干擾查處機(jī)制，空中無線電監(jiān)測測向系統(tǒng)作用將尤為重要。

本方案創(chuàng)新性地以無人機(jī)平臺搭載高端測試設(shè)備，實現(xiàn)了3D 建模技術(shù)以及頻譜監(jiān)測、定向、干擾定位等功能，一舉打破多個領(lǐng)域存在的技術(shù)屏障。

系統(tǒng)架構(gòu)

基于無人機(jī)平臺的頻譜監(jiān)測及定位系統(tǒng)包含以下5 個子系統(tǒng)：

• 機(jī)載無線信號掃描子系統(tǒng)
• 高精度慣性導(dǎo)航子系統(tǒng)
• 信息回傳子系統(tǒng)
• 干擾定位子系統(tǒng)
• 天線測量子系統(tǒng)

無人機(jī)平臺在借助于高精度慣性導(dǎo)航子系統(tǒng)確保自身定位可靠性的同時，通過機(jī)載無線信號掃描子系統(tǒng)收集三維空間的頻譜信息并通過信息回傳子系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂平K端，并在終端上使用干擾定位子系統(tǒng)和天線測量子系統(tǒng)對采集到的信息進(jìn)行分析并得出相應(yīng)的測試結(jié)果。

1）機(jī)載無線信號掃描子系統(tǒng)

可對2MHz-3GHz 無線信號進(jìn)行高速掃描，獲取經(jīng)緯度及高度3 個變量組成三維信息，每個經(jīng)緯度及高度信息對應(yīng)一張測量頻譜圖，測試數(shù)據(jù)如下圖所示：

測試分析：在同一經(jīng)緯度下，2m 與50m 不同高度的頻譜信號強(qiáng)度存在明顯差異，在480MHz~560MHz 及700MHz~720MHz 頻率處，50m 高度信號接收強(qiáng)度明顯高于2m，同時產(chǎn)生了許多2m 高度未測試到的信號。

測試結(jié)果：通過機(jī)載子信號掃描，能夠測量到不同高度下的無線信號分布情況，通過3D 建模的方式將測試信息展現(xiàn)出來并用做頻譜監(jiān)測或干擾定向、定位分析。

3D 傳播模型建模

2）高精度慣性導(dǎo)航子系統(tǒng)

主要應(yīng)用于對GPS 等傳統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng)精度進(jìn)行修正，在低空場景下獲得精度達(dá)厘米級的定位輸出，與掃描子系統(tǒng)進(jìn)行對接。有利于建立精準(zhǔn)的經(jīng)緯度及高度三維信息，同時使無人機(jī)飛行更為穩(wěn)定及安全。未修正前無GPS 高度信息，且可能由于GPS 信號受到屏蔽或者阻擋，使飛行控制出現(xiàn)大幅度抖動，極易出現(xiàn)安全問題，GPS 信息不夠精確。通過在地面搭建GPS 基準(zhǔn)平臺，利用基準(zhǔn)平臺為無人機(jī)內(nèi)部慣性導(dǎo)航子系統(tǒng)提供精度修正。形成以經(jīng)度、緯度及高度信息組成的三維信息，建立三維模型。同時，在一些GPS信號較弱位置，無人機(jī)飛行更加穩(wěn)定，抖動范圍小于10 厘米。

3）信息回傳子系統(tǒng)

對測試數(shù)據(jù)和周圍場景信息在無人機(jī)平臺上進(jìn)行本地存儲，在無線通信鏈路符合要求的情況下實時回傳供數(shù)據(jù)后續(xù)處理之用。通過預(yù)內(nèi)置的USIM 卡，連接到3/4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息回傳，回傳信息內(nèi)容包括：經(jīng)緯度信息、高度信息、測量接收信號強(qiáng)度、圖片等內(nèi)容。

測試分析：數(shù)據(jù)以2M 為單位回傳至指定服務(wù)器，未完成上傳的數(shù)據(jù)存儲在無人機(jī)平臺內(nèi)部存儲。

測試結(jié)果：信息回傳子系統(tǒng)極大便利了數(shù)據(jù)采集，使數(shù)據(jù)完整性及實時性得到了保障。

4）干擾定位子系統(tǒng)

基于測向天線，對掃描無線信號賦予角度信息，通過AOA/TDOA/POA 等算法技術(shù)對信號信息進(jìn)行處理，篩選符合條件的干擾信號進(jìn)行大致定位，后續(xù)進(jìn)一步測試和識別。

測試分析：測試中發(fā)現(xiàn)1000MHz 附近存在一個大約10K 帶寬的信號，信號強(qiáng)度為-61.3dB，通過在信號周邊進(jìn)行長時間測試，并展現(xiàn)其時域信號及三維頻譜圖，發(fā)現(xiàn)此信號恒定。通過角度信息，可以進(jìn)行信號定位。

測試結(jié)果：如下圖所示，通過周邊測試，再利用AOA/TDOA/POA 等算法計算可以初步定位該信號源處于白圈中心位置處。

5）天線測量子系統(tǒng)

可對現(xiàn)有天線垂直賦形、水平賦形、波瓣下傾、零值補償?shù)葏?shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。

測試分析：測試中發(fā)現(xiàn)1000MHz 附近存在一個大約10K 帶寬的信號，信號強(qiáng)度為-61.3dB，通過在信號周邊進(jìn)行長時間測試，并展現(xiàn)其時域信號及三維頻譜圖，發(fā)現(xiàn)此信號恒定。通過角度信息，可以進(jìn)行信號定位。

天線發(fā)射參數(shù)校對

測試分析：利用無人機(jī)測試平臺針對某小區(qū)圍繞天線360 度方向進(jìn)行測試，可以獲取該天線實際天線賦形圖如上圖紅線所示，上圖綠線代表出廠時天線賦形原始圖。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，此小區(qū)天線300~180度天線賦形基本與出廠一致，180~300 度方向賦形稍有變形。

測試結(jié)果：需要對該天線180~300 度方向天線陣列進(jìn)行校準(zhǔn)。

系統(tǒng)功能

• 滿足無人機(jī)低空飛行復(fù)雜測量環(huán)境的溫度、濕度、顛簸、防塵、防雨等各種苛刻要求
• 與無人機(jī)、機(jī)載慣導(dǎo)系統(tǒng)深度集成，由無人機(jī)對掃頻模塊進(jìn)行供電，由慣導(dǎo)系統(tǒng)對其提供厘米級高精度定位信息，滿足特殊場景需求
• 支持2MHz-3000MHz 全頻段監(jiān)測
• 支持全頻段頻譜監(jiān)測，檢測網(wǎng)絡(luò)信號峰值，輔助分析調(diào)制信號中的干擾狀況，展現(xiàn)三維頻譜
• 支持多制式多頻段同時監(jiān)測（制式和頻段可定制組合）
• 支持高速連續(xù)波測量（非解調(diào)）和寬帶信號掃頻測量（解調(diào)）
• 掃頻速度用戶可調(diào)，適用于不同的應(yīng)用場景
• 支持高速層三解碼，提高信號歸屬判斷準(zhǔn)確率，并基于路測數(shù)據(jù)對基站數(shù)據(jù)庫進(jìn)行反向校對

關(guān)于創(chuàng)遠(yuǎn)儀器

創(chuàng)遠(yuǎn)儀器（Transcom Instruments  股票代碼831961），是一家自主研發(fā)高端射頻通信測試儀器和提供整體測試解決方案的專業(yè)儀器儀表公司。公司專注于無線通信、射頻微波、頻譜監(jiān)測、北斗導(dǎo)航測試領(lǐng)域，擁有自主品牌和一系列測試儀器核心專利技術(shù)，集研發(fā)、生產(chǎn)和銷售為一體，并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國家級高新技術(shù)企業(yè)。