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文I成都华日通讯技术股份有限公司何小勇张笑语陈曾
中国武术散打功夫王争霸赛摘要：随着无人机技术的飞速发展，越来越多的无人机开始随心所欲地盘旋于世界各地。机场、核电站以及油库等地都出现了无人机的身影，安全隐患也随之加剧，加强对无人机的监管已成为当务之急。本文介绍了成都华日通讯技术股份有限公司研制和开发的一款基于软件无线电的无人机监测系统，该系统能够在复杂的电磁环境下准确、高效地识别多种无人机。华日通讯在具有无线电监测核心技术优势的基础上，增强了对无人机的有效监管，并让其与已有产品结合，为无人机监管问题提供了行之有效的解决方案。
0引言1无人机电磁环境分析
随着无人机市场的蓬勃兴起，无人机“黑飞”事件也被不断曝光。无人机虽然给人们的生活带来了便利，
但同时也对社会治安带来了隐患。我国民用无人机产业发展日益蓬勃，各无人机研发、生产企业都在积极寻求更大的发展机遇，无人机产业已成为我国经济发展新的增长点。但考虑到我国各地不断出现的无人机“黑飞”事件，在为民用无人机产业发展创造有利条件的同时，也必须加大管理力度。在此背景之下，政府从以下几个方面加强了对无人机使用的监管：一是进一步完善法律法规，二是加强法制宣传，三是建立健全民用无人机飞行管制队伍，四是建立从研制生产到销售使用全程注册制，五是发展建立技术防控手段。而其中第五条使用技术防控是人防的重要补充，可以预见，在未来较长的一段时间内，技术防控将作为各大无线电监测领域企业发展的重要方向。 华日通讯积极响应政府号召，在依托公司掌握的无线电监测核心技术的优势下，结合多种新技术幵展了对无人机无线电监测能力的研发。在参考文献［1］中，华曰通讯对无人机无线电信号进行了全方位的分析，在核心技术层面突破和掌握了无人机无线电关键信号特征提取算法。而在此文中，华日通讯将继续讨论如何实现对复杂电磁环境下无人机无线电信号的监控。
一般无人机通信和控制信号工作频点在433MHz、915MHz、2400MHz及5800MHz频段上，而这些频段被ITU-R(ITU Radiocommunication Sector，国际电信联盟无线电通信部门)定义为ISM(Industrial Scientific Medical)频段。这些频段主要开放给工业、科学和医学三个机构使用，无需授权许可，只需按照一定的发射功率(一般低于1W)，且不要对其他频段造成干扰即可。
在这些频段上，有各种调制方式的信号在上面使用，比如在2.4GHz频段上，就有无线局域网、蓝牙以及ZigBee等无线网络在上面使用，而这些制式一般传播距离不远，功率较小，且有标准协议。在此频段上工作的无人机信号调制方式也分多种，主要有基于WiFi (Wireless Fidelity)协议的、基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)自定义协议的，也有基于FSK自定义协议的，一般为了实现远距离传输会使用后两种方式。对此类信号进行检测时，如何将这些无人机信号与其他通信信号进行区分，成为无人机无线电监测的一大难题。下文分析了复杂电磁环境下的无人机信号情况，展示了一款典型无人机的图传信号(2.4GHz频段)在少量干扰、中等干扰及强干扰电磁环境下的信号情况，如图1所示。
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图1少量干扰环境下的无人机图传信号时频图
2无人机无线电监测系统设计及测试
白方框中圈选了无人机信号（后面类似），在少量 干扰环境下（大部分无人机信号的信干比＞40dE ），虽
然有少量WiFi 、蓝牙信号的存在，但是图传信号在频谱 上比较凸显，可以较容易地检测到该类信号。这种场景一
般出现在无人机距离接收机较近，而干扰信号距离较远的 情况下。具体情况如图2所示。短时傅里叶变换
图2中等干扰环境下无人机图传信号时频图
在中等电磁环境下（大部分无人机信号信干比在OdB 左右），虽然图传信号在大部分时间段仍然比较凸显，但
是干扰信号的强度已经基本与无人机信号相当或强于无人 机信号，这无疑给区分无人机信号带来了挑战。
参考文献⑴分析了民用无人机信号的三种主要制 式：调频信号、正交频分复用信号和WiFi 信号。WiFi
信号又分为802.1 la/b/g/n 等多种协议，物理层传输方式
有直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum ,
DSSS ）和OFDM 调制。由于直接序列扩频、跳频技术
（Frequency-Hopping Spread Spectrum , FHSS ）信
号的使用较为普遍，所以在本系统的设计中也考虑了对这 类信号制式的无人机的监测。
整个系统（见图4 ）主要由三大部分组成：
软件无线电平台：主要负责空口信号数据收集，工作 频段支持0GHz-6GHz，可以覆盖目前市面上所知的无
人机信号。
服务器端：主要负责底层数据交互，硬件平台配置和
控制，无人机遥控、图传信号识别算法处理，上层人机交
天净沙秋思赏析互，本机状态信息保存，故障检查和版本管理等。其中“信 号特征解析库”为华曰通讯自主研发的基于无人机无线电 信号指纹特征提取的机型库。
客户端：主要负责本机工作信息收集，对使用者的信
息进行集中展示，对本机进行参数配置。
图3强干扰电磁环境下的无人机图传信号时频图及频谱图末路狂花影评
II
雨霖铃赏析图4华日通讯无人机无线电监测系统软件界面
如图3所示，在强干扰电磁环境下，无人机信号相当 微弱（信干比普遍在OdB 以下，少量低于-5dB ），通
过频谱已经很难识别出无人机图传信号。这种场景一般存
在于城市环境中，城市背景充斥着各种强的WiFi 、蓝牙 信号等（上图中黑框标注即为强WiFi 及蓝牙信号），而
无人机信号距离接收机较远，单纯地依赖增强接收机增益
已无法提升信号监测能力，因为被监测信号已经淹没在复 杂的电磁背景中了。而此时算法检测能力成为整个系统的
性能瓶颈，如何提升算法监测能力，将直接决定整个系统
的监测能力。
那么无人机无线电监测系统的实测效果如何呢？经过 测试，发现该系统主要覆盖下述场景。
（1 ）室内灵敏度测试
在室内环境下连接监测主机，可变衰减；将某型无人
机置于远端，通过调整接收端衰减，降低接收信号强度， 达到无人机信号监测灵敏度极限；然后去掉40dB 固定衰
减（已标定），通过频谱仪进行测量，获得电平值读数 为-85dBm，如图5所示。
通过计算可以得到：加上40dB 固定衰减后即为本系 统的检测灵敏度-85-40= -125dBm o 在该极限灵敏度下，
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图5去掉4()dB衰减后测量信号强度
无人机信号已淹没在噪声下，无人机信号的中频数据如图6所示。
图6室内灵敏度测试时的无人机信号频谱
(2)市区复杂环境测试
图7市区复杂环境下无人机安装方式
在成都市区内，通过将无人机安装在公司楼顶的固定支架上(见图7)，模拟无人机在城区起飞的场景。在远端使用本监测系统对该无人机信号进行监测，并同时采集该环境下的无人机信号。
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f悌2「械岬图X市区强干扰下的图传信号时频图
从该2.4GHz频段数据中可以明显看到，无人机信号已经完全淹没在其他信号之下。通过前面分析，此类场景就是典型的强干扰环境。此时，无人机信号大部分在干扰以下5dB处(即信干比为-5dE)o此场景下，通过频域直接查无人机信号已经相当困难，而使用多种算法相结合的本系统，仍然能较好地监测到无人机信号的存在，如图8所示。
本系统也开展了郊区环境的测试，实测结果为：本系统的侦测距离可达到7公里以上。
3结束语
本文对无人机监测系统的描述为无人机监测领域提出了一种新的行之有效的解决方案。在此领域中，无人机技术推陈出新速度快，所以华日通讯将快马加鞭地推进技术迭代和升级，希望能以更加有效的方法，将无人机约束在合法合规的范围内使用。啖
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参耆文献：
[1]何小勇，韩兵，张笑语，漆骐.一种基于无线电信号特征识别的无人机监测算法设计中国无线电, 2019年第11期
⑵朱庆厚.无线电监测与通信侦察[D].北京：人民邮电出版社,2005年
⑶雷厉，石星，吕泽钧，梁德文等.侦察与监视—作战空间的千里眼和顺风耳〔D].北京：国防工业出版社, 2012年
[4]张洪顺.无线电监测与测向定位[D].西安：西安电子科技大学出版社,2011年
[5]Yong Soo Cho等著，孙错译.MIMO-OFDM 无线通信技术及MA TLA B实现[D]，北京：电子工业出版社,2013年
[6]姜柏宇，游思睛等.软件无线电原理与工程应用
北京：机械工业出版社,2007年
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