背景

在傳統的網絡規劃領域，目前存在以下問題：

• 傳統的傳播模型在立體復雜場景下的預測無法與實測相匹配。
• 小站部署環境復雜，依賴傳統的傳播模型難于準確預測。
• 傳統經驗傳播模型預測平均標準差超過11dB，業內3D 射線追蹤傳模的工程實際應用預測誤差大于9dB，基于現有技術進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支撐高精度傳模構建。而80%的話務發生在室內，80% 的室內話務由室外站吸收，網規網優已經不滿足于平面的室外覆蓋預測，迫切需要高精度3D 傳播建模技術。

在無線電事業領域，目前存在以下問題：

• 隨著無線電事業迅速發展，需要管理和維護空中電波秩序，保障復雜電磁環境下的無線電波安全，以促進社會經濟健康發展。
• 隨著世界格局的變化，信息戰及電磁戰也已經上升到關系國家安全的層面，為了打贏未來高科技的信息化戰爭，滿足特殊部門執行任務的需要，及時排除干擾，打擊敵方目標，迫切需求能快速布署的無線電監測、測向、定位技術。

建立應急監測、定向、干擾查處機制，空中無線電監測測向系統作用將尤為重要。

本方案創新性地以無人機平臺搭載高端測試設備，實現了3D 建模技術以及頻譜監測、定向、干擾定位等功能，一舉打破多個領域存在的技術屏障。

系統架構

基于無人機平臺的頻譜監測及定位系統包含以下5 個子系統：

• 機載無線信號掃描子系統
• 高精度慣性導航子系統
• 信息回傳子系統
• 干擾定位子系統
• 天線測量子系統

無人機平臺在借助于高精度慣性導航子系統確保自身定位可靠性的同時，通過機載無線信號掃描子系統收集三維空間的頻譜信息并通過信息回傳子系統將采集到的數據傳輸到地面控制終端，并在終端上使用干擾定位子系統和天線測量子系統對采集到的信息進行分析并得出相應的測試結果。

1）機載無線信號掃描子系統

可對2MHz-3GHz 無線信號進行高速掃描，獲取經緯度及高度3 個變量組成三維信息，每個經緯度及高度信息對應一張測量頻譜圖，測試數據如下圖所示：

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

測試結果：通過機載子信號掃描，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出來并用做頻譜監測或干擾定向、定位分析。

3D 傳播模型建模

2）高精度慣性導航子系統

主要應用于對GPS 等傳統衛星定位系統精度進行修正，在低空場景下獲得精度達厘米級的定位輸出，與掃描子系統進行對接。有利于建立精準的經緯度及高度三維信息，同時使無人機飛行更為穩定及安全。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，使飛行控制出現大幅度抖動，極易出現安全問題，GPS 信息不夠精確。通過在地面搭建GPS 基準平臺，利用基準平臺為無人機內部慣性導航子系統提供精度修正。形成以經度、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，無人機飛行更加穩定，抖動范圍小于10 厘米。

3）信息回傳子系統

對測試數據和周圍場景信息在無人機平臺上進行本地存儲，在無線通信鏈路符合要求的情況下實時回傳供數據后續處理之用。通過預內置的USIM 卡，連接到3/4G 網絡進行信息回傳，回傳信息內容包括：經緯度信息、高度信息、測量接收信號強度、圖片等內容。

測試分析：數據以2M 為單位回傳至指定服務器，未完成上傳的數據存儲在無人機平臺內部存儲。

測試結果：信息回傳子系統極大便利了數據采集，使數據完整性及實時性得到了保障。

4）干擾定位子系統

基于測向天線，對掃描無線信號賦予角度信息，通過AOA/TDOA/POA 等算法技術對信號信息進行處理，篩選符合條件的干擾信號進行大致定位，后續進一步測試和識別。

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

測試結果：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

可對現有天線垂直賦形、水平賦形、波瓣下傾、零值補償等參數進行校準。

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

天線發射參數校對

測試分析：利用無人機測試平臺針對某小區圍繞天線360 度方向進行測試，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。通過對比可以發現，此小區天線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。

測試結果：需要對該天線180~300 度方向天線陣列進行校準。

系統功能

• 滿足無人機低空飛行復雜測量環境的溫度、濕度、顛簸、防塵、防雨等各種苛刻要求
• 與無人機、機載慣導系統深度集成，由無人機對掃頻模塊進行供電，由慣導系統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 全頻段監測
• 支持全頻段頻譜監測，檢測網絡信號峰值，輔助分析調制信號中的干擾狀況，展現三維頻譜
• 支持多制式多頻段同時監測（制式和頻段可定制組合）
• 支持高速連續波測量（非解調）和寬帶信號掃頻測量（解調）
• 掃頻速度用戶可調，適用于不同的應用場景
• 支持高速層三解碼，提高信號歸屬判斷準確率，并基于路測數據對基站數據庫進行反向校對

關于創遠儀器

創遠儀器（Transcom Instruments  股票代碼831961），是一家自主研發高端射頻通信測試儀器和提供整體測試解決方案的專業儀器儀表公司。公司專注于無線通信、射頻微波、頻譜監測、北斗導航測試領域，擁有自主品牌和一系列測試儀器核心專利技術，集研發、生產和銷售為一體，并具有自主知識產權的國家級高新技術企業。