无人机在卫星干扰源搜测中的应用研究

刘飞飞，张嘉骞

（中国卫通集团有限公司，北京 100094）

无人机在卫星干扰源搜测中的应用研究

刘飞飞，张嘉骞

（中国卫通集团有限公司，北京 100094）

本文叙述了目前卫星干扰源搜测的方法及其局限性，简要介绍了无人机发展现状及其优越性，提出将无人机用于卫星干扰源搜测的观点，并对其可行性进行了分析。

无人机；卫星通信；干扰源搜测

1 引言

卫星通信是地球站之间利用卫星作为中继站的一种无线电通信方式，具有覆盖范围广、传输距离远、容量大等特点，在我国广播、电视、数据通信等业务中得到广泛应用和蓬勃发展。但是，随着在轨通信卫星数量及用户业务的逐年增加，以及小型化天线和各种移动终端的普遍应用，加之卫星通信系统具有开放性特点，不可避免地会产生各种干扰，给正常业务的开展带来巨大的威胁，甚至可能产生无法估量的社会影响。如何准确判断、及时处理地面干扰源，是长期以来的一个难题。

2 卫星干扰源搜测现状

我公司现在查处干扰源的流程是：干扰定位系统对干扰源所在区域进行测定；根据测定结果，首先联系现有签约用户进行网内排查；如果排除网内用户所为，则派遣专业人员实地搜测；一旦找到干扰源，确定是非法使用行为，上报当地无线电管理局协助查处。搜测设备包括：标准增益喇叭天线，配置相应频段低噪声放大器和手持频谱仪。实地搜测通常采用“地面逼近+定向交会”方式，即：依照定位系统测定出干扰源所在的区域，专业人员手持便携设备，驱车在该区域沿道路移动搜测。根据我国所处地理位置的特点，静止轨道卫星通信天线朝南，且有一定的仰角，查找时通常由南向北抵近、东西迂回搜寻，逐步缩小搜测区域，此过程基本处于“盲搜”状态。当频谱仪中采集到信号，频率和带宽等参数与干扰载波吻合，并且信号强度逐渐增大时，为避周围建筑对信号反射造成的误导性结果，需要专业人员携带搜测设备，在该区域附近的南、北、东、西四个方位找制高点，例如楼顶或附近的山顶，用定向天线确定干扰源来波方向，交叉点即为发射站的位置。如果能目测或借用望远镜查看到可疑天线，且天线指向与被干扰卫星吻合，那么干扰源就已经非常确定了。图1、图2为某次干扰源搜测图样。

图1 监测点位置及干扰源示意

图2 现场测量到的信号频谱及查找到的可疑天线

尽管干扰定位系统在理论上已经将上百万平方千米的可能干扰源所在区域，缩小到了几百平方千米，但其结果毕竟不是一个确定的点，而是一个概率椭圆区域，测定结果也存在一定的误差。传统的查找方式又存在诸多局限性，即使投入大量的人力物力，还是很难在较短的时间内找到干扰源。主要难度有以下几点：

（1）如果干扰源在城市或近郊，这些地区高楼大厦多，发射的微波信号被周围的建筑反复反射，很难准确测量到发射站的真实位置。

（2）如果干扰源在远郊区、偏僻的村镇或隐藏在山中，搜测人员也只能驱车沿着道路搜索。由于开始测试时干扰信号很小，可能在很长的距离内接收不到信号，需要对地形和道路比较熟悉，受地理环境影响大，给搜测带来诸多不便。

（3）搜测人员需要携带设备，连续攀爬多座楼房或山顶，对身体素质有一定的要求，攀爬制高点又有危险性。如果发射站天线位置不在绝对制高点，进入小区或到达楼顶也颇费周折，寻找合适的测试点协调难度较大。

（4）设备生产厂家、政府机关和基层部队大院，往往出入管理严格，周边制高点选取也较为困难，携带搜测设备靠近目标时又很容易打草惊蛇，没法搜集到非法使用的有力证据。

（5）受天气影响较大，在雨雪天不能进行搜测。出于对人员安全考虑，夜晚一般不安排搜测行动。

3 无人机发展现状

无人机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞行器，已经成为当今世界先进科技发展的热点载体。它诞生于二十世纪二十年代，五十年代后有了较大的发展。据报道，目前世界已经有87个国家拥有无人机，全球在无人机方面的投入预计将从2015年的66亿美元飙升至2022年的114亿美元。国外从事研究和生产无人机的国家主要有美国、俄罗斯、以色列、法国、英国等几十个国家，其使用范围已拓展到军事、民用和科学研究三大领域。早在上世纪八、九十年代，国内一些专业单位已开始进行无人机的研制。近年来，随国际无人机快速发展和各项基础技术的进步，以西工大、南航、北航为主导，其他科研院所和相关企业协作参与，国内无人机技术也呈现出快速发展趋势。

纵观无人机发展态势，其军用价值仍领先于民用价值，电子战是无人机在军事运用中的一个突出领域。以通信对抗中通信侦察为例，无人机加载电子侦察测向设备，可对无线电通信设备所发射的通信信号进行搜索截获、测量分析和测向定位，以获取信号频率、电平、通信方式、调制样式和电台位置等参数，对其截听判别，以确定信号的属性，以便采取有力手段实施打击。这里提及的“信号测向定位”，就类似于本文前面介绍过的“定向交会”定位。对敌方通信信号进行逐个测向定位，可以掌握敌方电台的地理分布情况。

无人机之所以能够得到快速发展，因其自身具备诸多优点：

（1）机动性强：无需专用起降场地，升空准备时间短，可实现空间少障碍或无障碍平行移动和多层次垂直升降，特别适合在建筑物密集的城市地区和地形复杂地区应用，从而为任务执行提供时间和空间的保证。

（2）配置灵活：可以携带多种传感器，能提供分辨率高、多角度的目标信息。数码成像设备具备垂直与倾斜摄影能力，可低空多角度摄影获取物体的信息，空间分辨率能达到分米甚至厘米级。图3为无人机倾斜拍摄的某地影像图。

图3 无人机于某地由南向北拍摄的局部影像

（3）性能优异：可按预定航线在航高50米到1,000米范围内自主飞行、拍摄，飞行高度控制精度达到10米。可以在目标区域上空进行长时间低空侦察，无需人员到达目标区即可取证，可以有效地实现监管，有力地打击违法活动。图4为小型航拍无人机。

（4）经济、安全：机造价低廉，不会造成人员伤亡，可实现危险区域图像的实时获取、空中侦察与目标搜索、环境监测、海区巡视、救援指挥、有毒污染地区空中监测等多种人工作业无法完成或不易完成的任务。

图4 小型航拍无人机

4 无人机用于干扰源搜测的设想

虽然目前无人机主要应用在军事领域，但是无人机完全可以军民两用。2015年，顺丰每天有500架无人机在深圳和惠州上空进行快递工作；同一年，电力巡检无人机也开始被各大电力公司应用于实际操作；2016年神舟十一号返回舱成功着陆，无人机首次投入航天搜救；2017年1月《齐鲁晚报》报道，无人机技术首次应用于滨州市城市规划测绘，标志着滨州市规划测绘工作达到国内先进水平……随着无人机民用化的步伐逐渐加快，无人机正悄无声息地融入各行各业，为人们的生产和生活带来许许多多的便利。

利用无人机可以高空作业、反应灵活、接近目标、有效地避免人员伤亡等优势，正好弥补卫星干扰源搜测传统方法的劣势。笔者认为，无人机同样可以在卫星干扰源搜测过程中发挥重要作用。

（1）为降低搜测人员工作强度和疲劳程度，确保搜测人员的安全，避免人为搜测盲区，有效缩短在“盲搜”过程中的时间，引进具备航拍、图像识别和影像回传功能的无人机即可满足要求。具体操作如下：根据前期的测定结果，搜测人员携无人机到达该区域，操作无人机在设定的区域飞行扫描，回传影像资料，工作人员据此查找可疑站或天线。

（2）为进一步释放劳动力，完全依靠无人机确定干扰源位置，就需要引进类似军事中的具备通信侦查能力的无人机。根据电磁辐射损耗的能量与距离的平方关系，无人机用“抵近”的方式近距离接触目标，大大降低了传播路径损耗，获取信号更快捷、更真实。可以设想，无人机搭载信号探测传感器，在低空自主盘旋，搜索指定参数的信号，准确测定信号源，实时回传信号频谱和地面影像，为干扰查处搜集详实的资料。

（3）为实现“一机多用”，则对无人机有效载荷和工作性能方面有更高要求。利用我公司拥有卫星频率资源以及相关地面设备的优势，无人机搭载卫星通信系统：一是可实现超视距数据传输，无需派遣人员，实现远距离干扰源搜测，以及数据回传；二是服务于应急通信，为应急通信开辟新途径；三是作为干扰定位系统的参考站，可以选取不同的地点，发射卫星信号作为定位结果矫正的参考站，提高定位的准确率；四是无人机的高度给信号发生设备以升空增益的好处，据测定其增益远超地面约30dB，仅需用小功率近距离对干扰源发射反干扰，就可有效中断其通信链路。

图5 搭载卫星通信系统的无人机

5 无人机用于干扰源搜测的不足与展望

国产无人机目前存在的主要问题包括：有效载荷还比较小；缺少与之配套的专用传感器；操控复杂，飞行控制系统有待进一步完善；尚未形成成熟的商用数据处理软件；市场比较混乱且没有准入制度，熟练操控手严重不足；缺乏统一的国家标准以及相应的管理机制。无人机的投入使用，也将面临多部门的管控和飞行权限的申请。

无人机的不规范使用，也会给卫星通信增添新的干扰。例如国内某地球站就曾遇到电视信号被干扰的事件：干扰经常出现在中午12点或下午6点左右，其他特性无规律可循；后经仔细查找，确定为当地某电台用于新闻采集的无人机在地球站上空飞行所致。如何快速识别不断出现的新型干扰、如何对新型干扰源进行准确定位等，也是我们面临的难题。

为更大程度地发挥无人机在卫星干扰源搜测中的作用，推进无人机在干扰搜测、业务保障、应急通信中的发展，形成稳定的干扰源监测人机交互的“数据采集-分析决策”良性发展模式，是开展快速查处卫星干扰的重要手段之一。面向未来，无论在硬件、软件等技术方面，还是管理机制方面，无人机的使用均有待进一步提升。

6 结束语

本文从长期利用卫星干扰定位系统测定和干扰源实地搜测的经验出发，结合当前无人机通信技术的快速发展，提出了将无人机运用于卫星干扰源搜测中的设想，旨在抛砖引玉，其有效性的高低和实用性优劣还需进一步论证，希望能引起公司及部门领导、无线电监测专业人员及相关设备生产商的关注，研制出成型设备，构建“天地一体”的无线电监测格局，进一步规范无线电使用秩序，保护国家战略资源，保证卫星通信行业健康长足发展。

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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文章编码：1672-7274（2017）05-0035-04

刘飞飞，毕业于华北电力大学通信工程专业，工学学士，就职于中国卫通集团有限公司业务运行中心。

张嘉骞，毕业于澳大利亚悉尼大学电气工程专业，工学硕士，就职于中国卫通集团有限公司卫星频率轨道资源中心。