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无人机通信面临的问题及潜在的解决方法

时间:2019-03-27 11:15:54   来源:公安部科技信息化局

[法安导读]  无人机通信面临的问题1 频谱资源短缺随着无人机在信息化战争中战略地位的提升, 频谱资源短缺也成为如今通信技术发展急需突破的一项难题。

  无人机通信面临的问题

  1.频谱资源短缺

  随着无人机在信息化战争中战略地位的提升, 频谱资源短缺也成为如今通信技术发展急需突破的一项难题。 当初在“沙漠风暴” 军事活动中, 美军对通信数据量爆炸式增长, 然而美国政府的通信卫星只能拿出四分之三的带宽提供给军队。 此外, 据可靠数据统计, 美军“全球鹰” 无人机到目前为止已经占用了550Mbps的通信带宽, 是 “捕食者”无人机占用带宽总和的10多倍。 频谱资源的短缺,严重影响作战计划, 制约作战效能。

  2.通信存在安全隐患

  众多无人机厂商都会用简便的操作方式作为吸引用户的头号策略,如手机APP简便操作,但是并没有一系列的安全措施如用户名和密码登录、 实名制认证和通信数据安全加密等, 可能会窃取、 篡改无人机通信数据或者插八一些伪造、 错误的数据; 还有一部分厂家对用户开放了地面站控制无人机的功能, 使得别人可以通过一台手机来控制你的无人机按照他的意愿飞行,这样使得劫持无人机变得非常容易;信号干扰也是影响无人机安全的重要因素, 可能会造成无人机坠机或爆炸。

无人机通信面临的问题及潜在的解决方法
 
  潜在的解决方法

  电磁频谱(EMS)在国家和国际层面是高度管制的。由于无人机通信数据量大,需要有大量频谱供其使用,同时面临的电磁环境往往比较复杂, 所以对频谱管理的要求更高。因此,需要不断提高无人机系统的频谱利用率和有效性。

  1.频谱高速公路

  类比于传统意义的高速公路,“频谱高速公路” 就是在一个或多个大带宽的无线电频谱上,实现无线电业务高速运行、 不同用户井然有序工作、 无线电频谱高效利用的“智能系统”。 但 “频谱高速公路” 不能简单地理解为一段大带宽频谱,还应包括一系列承载着频谱分配、共享、用户接入、系统准入等框架协议的应用系统。“频谱高速公路”的核心是要通过动态频谱管理,实现各类用户在空间、 时间、 频率等多个维度上对频谱资源的最佳化利用。

  “频谱高速公路” 可以改变现有的频谱管理概念, 对频谱进行更为精细化的管理,用时分和频分编码等技术,从不同角度提高频谱利用率; 改变以往的静态化管理手段, 以更为灵活的管理方式, 使频谱用户能够同时使用多种频率;从以往局限于以单个的技术管理向以多种技术支持管理的方式转变。

  建设适应国情的 “频谱高速公路”, 要以先进的频谱管理理念为基础, 使 “频谱高速公路” 融入无人机通信网络,实现频谱资源在多维度、不同时间的合理利用,解决频谱资源短缺的问题。 但是建立 “频谱高速公路” 还应解决几个问题:一是需要为频谱共享制定一个科学的规范,并以频谱共享的通用规则为准入门槛,要求用户认同此规则;二是选择合适的频段作为频谱高速公路建设的基础,虽说频谱高速公路适用于目前市面上使用的主流用频设备的频率,但还是要科学的选择建设的频段;三是着重发展通信的相关技术。 要建立适应国情的特色“频谱高速公路”,不只是需要合理选择频谱,更重要的是还要突破目前摆在通信关键技术面前的瓶颈,解决目前的难题.

  2.多重输入与多重输出(MIMO)系统

  多入多出系统,能够在不增加额外带宽的前提下,将数个天线同时布置于信号的发射、接收端,进而提升通信效率。马可尼是世界上最先发明MIMO技术的人,MIMO是一个经过验证的技术,它的传输速率高达300Mbit/s,它不仅包含了信息论和信号处理,还用到了向前纠错编码技术和传播理论。因此,MIMO背后拥有复杂的数学和时空编码的理论基础。在无人机与其他单元新型信息交互的过程中,多径效应和频率选择性衰落是造成信号传输低下的主要原因。MIMO技术的发明解决了以往单一数据流量大、信号传输速率低下等问题。

  3.合理规划频谱

  频谱可用性对于操作无人机系统以支持各种任务而言至关重要。在适当的频谱可支持性和风险评估(SSRAS)结果的基础上,需要对无人机的频谱进行规划和设计,以用于多波段操作和提供显著的灵活性,实现全球使用最大化。

  为了统一频率使用,使无线电频谱资源能够得到更科学,合理的利用,工信部结合我国目前无线电应用单元的建设和使用的处境,在2013年通过并发布了《中华人民共和国无线电频率划分规定》。法规中明文规定了无人机系统的上行遥控通信链路使用840.5MHz~845MHz之间的频率。鉴于频谱资源的珍贵性,可以采用时分编码技术使频谱的利用率达到最大化,即此频率既可以用于上行遥控通信链路,也可用于下行遥控通信链路。法规也为无人机行遥测与信息传输链路专门指定了频率范围,即1430MHZ~1444MHz频段为无人机下行遥控通信链路,其中,1430MHz~1438MHz频段用于警用无人机和直升机视频传输,其他频段诸如1438MHz~1444MHz频段,2408MHz~2440MHz频段等,都作为备用频段进行储存,以备不时之需。法规还保障了无人机系统使用这些频段进行工作时的合法权益,规定任何其他无线电使用单位在使用该频段时, 不得影响无人机系统的合法通信.

  4.提高通信安全性

  (1)加密技术

  在任务执行期间, 无人机常常需要携带或者传输敏感信息和机密数据,因此需要进行加密技术研究,来防止关键的信息和技术泄露给敌人或其他意想不到的实体。 加密技术包括防护原则、 技术和解决方案的分层应用。 加密技术的实现需要经过各子系统的严格评估以确定关键项目信息(CPI),也要经过结果评估确定哪些元素需要额外的保护措施。 加密技术将系统安全工程和其他的安全操作连接起来,以确保对智能传感器和产品进行保护。不难发现当前一段时期应用最为广泛的加密技术就是云端计算的加密技术,它能统一保密、分级指导,可满足传感器跨多个平台集成的任务需求。

  (2)抗电磁环境影响技术(E3)

  众所周知,我们生活的环境中电磁环境纷扰复杂,电子系统容易受到附近电磁环境的影响,甚至还可能被周围的自然或人为的环境所干扰。抗电磁环境影响技术(E3)的作用包括:完整的无人机等装备的敏感性分析; 外壳屏蔽效能计算;自由空间环境的实验装置设计、评估和规范化; 电缆设计和保护转移阻抗提取; 复杂电缆系统的感应电流和电压预测;电磁干扰(EMI)滤波器、铁酸盐或非线性瞬态保护电路的性能。

  如今摆在眼前的有一个重大的难题,那就是急需解决因用频设备增加和电磁干扰愈加严重导致的设备性能降低的问题。若一味的埋头发展通信技术而忽略E3技术的进步,那么无人机系统的续航能力依然会是我们无法突破的难题。

  结语

  本文深度剖析了目前无人机通信面临的严峻形势以及由于无人机通信技术发展不足导致的严重后果,找出了无人机通信发展所需解决的问题, 并以技术和管理手段解决相应问题。通过以上介绍的思路和方法:能在一定程度上解决目前警用无人机通信面临的问题, 突玻瓶颁, 使通信技术取得进步。无人机通信技术的发展必将促进我国无人机 行业发展, 提升我国无人机在国际市场上的竞争力。 随着无人机在警用领域投入使用比的加大,整体作战水平将得到提升。 无人机系统将在未来公安实战中发挥更重要的作用。

编辑:广翰楼

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