第四章 无线电管理专题

第一节 无人机周钰哲:《无人机无线电管控技术研究》,《数字通信世界》,2018年。

一、无人机发展现状

民用无人机主要包括个人消费和专业应用两级。我国民用无人机市场经历了几十年的发展,其特点已逐渐由规模小、增长慢、倾向专业级逐步转变为规模大、增长快、倾向消费级。目前,国内个人消费级无人机占民用无人机总数量的95%以上。

近年来,我国民用无人机产业发展迅猛,在消费级无人机领域占据全球领先优势,已成为中国制造的新名片。在消费级无人机领域,企业发展形成明显优势。例如,深圳大疆创新公司(以下简称“大疆”)的无人机产品已占据全球70%以上市场份额,且80%以上用于出口。在专业级无人机领域,企业创新能力不断增强。例如,AEE一电科技研发的中大型民用无人机不断填补产业空白。消费级无人机已成为热点消费电子产品,专业级无人机也在迅速取代有人飞机作业,无人机产业持续受到市场关注。

2011年,以大疆为代表的消费级民用无人机企业迅速崛起,开始在全球消费级无人机市场占领主导地位。2014—2017年,我国民用无人机不断受到资本市场及社会舆论的广泛关注。互联网数据中心(IDC)预测,2019年全球无人机市场将达到390多万台,而我国无人机市场将达到300多万台。大疆预计,到2020年,民用无人机产业规模将超过400亿元,年产量和国内保有量将超过400万台。据相关市场研究机构预计,到2025年,国内民用无人机市场规模将达到800亿元。可见,未来对无人机的管控将成为管理部门必须面对的问题。

二、民用无人机管理现状

为了管好民用无人机领域,国家空管委、中国民用航空局、中国人民解放军空军、公安部、工业和信息化部等部门分别出台了一系列无人机监管政策和管理手段,对无人机的飞行管理、空域使用、高度限制、实名登记、频谱管理、航空经营活动的准入管理、整治对象等方面做出了规定。

2015年3月,《工业和信息化部关于无人驾驶航空器系统频率使用事宜的通知》发布,根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及我国频谱使用情况,规划840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz三段频段用于无人驾驶航空器系统。840.5-845MHz频段可用于无人驾驶航空器系统的上行遥控链路,其中,841-845MHz频段可采用时分方式用于无人驾驶航空器系统的上行遥控和下行遥测链路,1430-1444MHz频段可用于无人驾驶航空器系统下行遥测与信息传输链路。其中,1430-1438MHz频段用于警用无人驾驶航空器和直升机视频传输,其他无人驾驶航空器使用1438-1444MHz频段。2408-2440MHz频段可作为无人驾驶航空器系统上行遥控、下行遥测与信息传输链路的备份频段。

2017年6月,中国民用航空局宣布实施的《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》要求对250克以上(包括250克)的民用无人机制造商和民用无人机拥有者进行网上实名登记。登记信息包括无人机持用人、企业单位、事业单位和机关法人等事项,其中个人用户需要填写真实姓名、性别、证件类型及号码、地址、手机号、电子邮箱等信息,用户注册登记后需要将含有用户及无人机信息的登记标志粘贴在对应的无人机上。

2018年3月,由国家空中交通管制委员会办公室组织起草的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例(征求意见稿)》完成意见征求。该《条例》对无人机分类、无人机驾驶员资质、飞行区域、飞行方式、法律责任等进行了明确规定。

2018年6月,《民用无人驾驶航空器经营性飞行活动管理办法(暂行)》正式实施。该《办法》在《民航法》框架下,规范了无人驾驶航空器从事经营性通用航空飞行活动的准入要求和监管要求。

三、民用无人机管理面临的挑战

(1)无人机违规用频导致干扰频发。

无人机无线电干扰事件频发。市场上的民用无人机的使用频段为328-352MHz、400-449MHz、560-760MHz、900-933MHz、1340-1400MHz、1670-1730MHz、2.4GHz、5.8GHz,以上频段均有使用,用频混乱。由于无人机飞行和用频的不规范,导致无人机系统间互相干扰和无人机对其他合法用频设备的干扰会扰乱电波秩序。例如,当无人机在同一地域或相邻区域同时使用时,无人机系统A的射频发射对无人机系统B的接收机来说就是一种干扰,如果无人机遥控信号被干扰,无人机又没有预装感知与规避机制的话,无人机可能会失控。2018年5月1日,西安1374架无人机组成编队进行飞行表演,虽然获得了吉尼斯世界纪录认证,但由于部分无人机的定位系统在起飞后受到定向无线电干扰,造成其位置和高度数据异常,无人机编队表演未能圆满呈现预期效果。

(2)无人机“黑飞”威胁重要目标。

无人机的“黑飞”是指未经授权的无人机飞行,会对重要目标产生一定的威胁。一是威胁民航机场。由于对“低慢小”无人机识别比较困难,加之“低慢小”无人机在感知规避方面的配套设施不足,一旦进入机场净空,就会对民航飞机的安全运行造成巨大的隐患。无人机入侵民航机场事件不断出现,造成航班延误、飞机迫降等,不仅带来了巨大的经济损失,也给社会安全带来了负面影响。近几年来,深圳、绵阳、萧山、成都、重庆等各地机场先后发生了多起无人机进入净空区事件,导致数百余架次航班延误、取消、备降或返航,大量旅客滞留机场,使社会经济和人民生活遭受巨大经济损失。

(3)无人机违规飞行危害公共安全。

由于无人机目标小、隐蔽性强、具有一定载荷能力,有可能成为犯罪分子进行非法活动的工具。例如,运用无人机在人员密集区投放宣传单、爆炸物,以及运输毒品等违禁物品;由于无人机自身可能存在信息安全漏洞,使用无人机随意航拍可能侵犯他人隐私。同时,如果无人机因操作不当坠落还可能对地面人员和设施造成危害。例如,2018年5月9日,某1岁男童在北京市通州区某一公园内玩耍期间,被一架突然坠落的无人机砸伤脸部,顿时鲜血直流,而肇事者是一名14岁的外籍男孩。可见,无人机违规飞行或成为犯罪工具,严重干扰了国家空防警戒秩序,给人民群众的生命财产安全带来了前所未有的挑战。

(4)法律法规、标准规范有待完善。

随着无人机产业的蓬勃发展,我国的法律法规和标准规范出现了一定的滞后性。目前,我国尚未形成完善的无人机法律法规和标准体系,关于制造、销售、使用、处罚等各个阶段的法规、标准等并不完善。例如,由于缺少资质审查,加之研发和生产无人机的技术资金门槛较低,大量企业涌入消费级无人机市场。在各大电商网站中均可任意购买消费级无人机,因此有关部门很难对销售渠道及购买行为进行有效监管。虽然早在2015年,工业和信息化部就发布了《工业和信息化部关于无人驾驶航空器系统频率使用事宜的通知》,规划840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz频段用于无人驾驶航空器系统,但实际上我国早期及目前的民用无人机使用频段覆盖了UHF频段、L、S、C波段。因此,该项规定实施的事后监管也并未强制落实。由于无人机管控工作缺少顶层和更加细化的法律法规、标准规范的有力支撑,因此无人机这一新兴产业的有序发展也面临很大的困难。

(5)涉及部门众多,多方协作困难。

无人机具有消费类商品和航空器的双重属性,其管理工作涉及的部门、行业众多。例如,无人机的制造、进口需要工业和信息化部、海关等部门管理,其销售需要质监、工商等部门监督,其使用或对违法违规使用的查处则需要中国民用航空局、公安部、国家体育总局等多部门联合管理。由于对无人机各个生命周期的管理工作并没有有效的联合管理机制,工作难以有序承接、协调不通畅,容易造成管理工作出现漏洞、管理范围重叠、管理越权等问题。此外,如果要对无人机实施管控,需要军地间、部门间协作,涉及方面广、影响大,如果没有有效的协调、配合机制,可能导致管理部门“管不了、不敢管”的情况出现。

四、民用无人机的技术管控

要对民用无人机实施技术管控,就需要研究无人机正常运行所必备的常用技术,针对这些技术可采取相应的技术管控措施。

(一)无人机常用技术

无人机常用的关键技术主要包括动力技术、导航技术、通信技术、控制技术、计算技术等。无人机与无线电管理的密切相关之处在于导航技术和通信技术。

(1)无人机导航技术。

无人机导航技术主要用于无人机的定位、测距、测速等。目前,无人机系统采用的定位技术主要包括卫星系统(如GPS、北斗、伽利略、格洛纳斯等)载波相位定位、多信息源定位、超宽带定位等。例如,无人机利用自身导航模块接收卫星不断广播的导航信号即可确定自身位置;无人机跟踪技术主要为GPS跟踪和视觉跟踪;无人机测速通过内置陀螺仪、加速度传感器等完成;无人机避障主要通过超声波、激光、雷达、视觉的方式实现。

(2)无人机通信技术。

无人机的外部通信技术主要依靠无线电技术实现,用于控制链路、数据链路、多媒体链路的信息传输。通常,无人机接收地面操作者通过控制台发送的遥控信号进行飞行,同时将自身飞行状态、拍摄的图像或视频回传给控制台,供无人机操作者参考进行飞行姿态调整或是数据存储等后续操作。主流的通信方式为卫星通信、UHF及L等频段超视距通信和2.4G/5.8G Wi-Fi直接通信,还有新型的利用公众移动通信技术实现的无人机通信。虽然无人机通信多采用跳频、扩频等技术,但由于无人机和操作者距离较远,通信信号较弱,容易受到干扰。

(二)无人机管控技术手段

近年来,无人机反制技术逐渐成熟,设备发展日益丰富。针对无人机常用技术,可有针对性地进行反制。

(1)无人机识别技术。

对无人机的识别是无人机无线电管控的首要步骤,只有在准确发现、识别目标的基础上,才能有针对性地对目标无人机进行无线电管控。通常,无人机识别技术包括雷达探测和无线电监测两种。雷达探测技术通过利用电磁波在传播过程中遇到障碍物时发生反射来实现对无人机目标的发现。雷达探测技术通常采用S、X、Ku波段的电扫描雷达,有效探测距离可达几千米,且不受无人机型号的影响。无线电监测技术通过利用无人机或地面控制台发射的无线电信号等发现无人机或地面控制台目标。无线电监测技术通常采用固定或移动式无线电监测设备识别无人机信号。该技术对无人机的有效探测距离一般在1千米以内,且不受无人机型号的影响,监测设备可按需部署。

(2)无人机追踪技术。

采用雷达探测和无线电监测等技术发现疑似无人机目标后,需要进一步对目标进行确认。确认为目标无人机后,下一步就是对目标的无线电定位测向,以实现对目标飞行方向的预测和持续追踪。无线电定位技术通过利用多个无线电监测设备对目标无人机进行测向后,采用交叉定位、TDOA定位等方式确定目标无人机的位置、运动方向等,从而实现对目标无人机的实时追踪。无人机将采集到的信息通过无线电信号回传至控制台或其他用户终端,从而可以针对无人机的回传信号进行专项监测,定位无人机发射信号源。基于相同原理,通过监测控制台向无人机发射的控制信号,还可实现对无人机操作者的定位。

(3)无人机管控技术。

可疑无人机被确定为管控目标无人机后,可采取物理摧毁、生物抓捕、无线电干扰压制等手段使目标无人机无法继续工作。这里主要介绍三种无线电干扰压制手段。一是无线电干扰压制控制信号,对控制台向无人机发射的单向控制链路进行大功率干扰或解码接管,可使无人机分辨不出控制信号,从而无法接收操作者指令,进入安全模式迫降、返航,或者只能接收管控者的指令,由管控者控制其降落到指定地点。二是无线电干扰压制导航信号,对卫星广播的定位、导航信号进行干扰或欺骗,可使无人机无法获取自身当前位置信息或者获取的是虚假的位置信息,使无人机无法平稳飞行甚至坠毁或是飞行到指定地点。三是无线电干扰压制数传信号,即干扰无人机向终端反馈的数据信号,破坏无人机回传的数据、图像、视频等信息,达到保护隐私和信息安全的目的。

五、民用无人机管控政策建议

(1)加快建设法规标准体系。

建议进一步完善无人机相关法律法规和制造、使用等标准规范体系。一是通过立法调研,明确法律主体的权利、义务关系和法律责任。利用法律赋予的更加明确的职责和权力,管理部门应当进一步细化无人机监管要求,从而对无人机行业进行有效的监管和指导,并对违法活动进行严厉惩处和打击。二是加快制定和发布国家和行业的民用无人机制造和使用标准规范,立足产业发展,扶持企业和机构加入无人机制造和使用标准技术研发行列,研究发展我国民用无人机的管理措施及相应的政策、标准体系等,规范民用无人机系统相关通信设备的生产和使用,整顿用频秩序,保护用户信息安全等,促进无人机产业的有序发展。三是针对当前无人机实名登记工作的漏洞,通过加强登记环节对无人机用户信息真实性的核验,以及加大对未按照规定进行无人机实名登记与粘贴标签的惩罚力度,保持溯源力,防范利用无人机进行隐蔽的违法违规活动。

(2)多种管控技术手段并用。

当前的无人机管控技术依然存在诸多挑战。例如,无人机体积小,可随时起飞和降落,易操控,可按预设航线自主飞行,其采用的通信技术和抗干扰技术多种多样并且不断发展升级,导致对无人机信号的探测和识别难度增大。由于对目标无人机的识别存在困难,进一步导致了对无人机从发现到处置的时间、压制效果等要求更加苛刻。因此,仅仅采用单一的无人机发现、定位、压制技术不能精准、有效、可靠地完成对目标无人机的管控。而采用多种无人机发现、定位、压制技术对无人机进行管控将是未来工作的发展趋势。通过运用多种技术、设备的协同工作、优势互补,可进一步提高对目标无人机的发现概率,降低对无人机的误识别率,减少压制过程中对其他无线电设备和用户的干扰,从而实现对无人机的全时段、全区域的多维识别、实时追踪、可靠压制。

(3)探索创新管控技术手段。

建议国家支持科研院校和企业针对无人机安全性提升、关键技术补齐、管控技术应用等创新攻关。优化传统无人机管控技术,完善空中无线电监测手段,同时探索新型管控手段和措施。在主动管控方面,针对合作式无人机,应加快研发轻小型航管设备,通过协议管控的友好方式,实现自上而下的监控;针对非合作式无人机,应着重提高导航、定位精度,探索其他技术阻断手段,实现自下而上的发现、定位、压制,对无人机进行迫降、抓捕或者物理摧毁。在被动管控方面,通过采用设置电子围栏、划设禁飞区、干扰数据链路传输等方式,阻止无人机完成相关的违法违规活动。此外,探索将传统的无线电监测网、移动通信网、互联网等相结合的方式,综合多种管控手段,加强对无人机的实时预警、识别和监管能力。

(4)强化无人机监管平台建设。

建议建设各类功能互补的无人机监控平台,并可实现互联互通、数据共享,从而依法对民用无人机开展飞行申报、航线审批、位置监测、应急处置等工作。例如,无线电管理机构可在传统监测网络和监测技术的基础上,通过探索创新、利用先进的无线电监测技术,提升对无人机的探测、预警能力,实现对无人机违规飞行活动的监管。同时,该平台能够与民航、公安等相关部门已有的各类无人机管控平台对接,共享数据和管控资源。综合效果是从对目标无人机的精准识别上,引导各部门联动和协调管控设备工作,在最大限度地减小对周围电磁环境造成干扰等影响的基础上,对违规飞行的无人机进行精准压制,进而有效维护空中电波秩序,充分保障国家、社会安全。