一种无人机电磁环境检测装置及其方法与流程

本发明涉及一种电磁环境检测装置及方法，具体是一种无人机电磁环境检测装置及其方法，属于电磁环境下监测设备应用技术领域。

背景技术：

电磁环境，英文名electromagnetic environment，定义为设备、分系统或系统在执行规定任务时，可能遇到的辐射或传导电磁发射电平在不同频率范围内功率和时间的分布。 GB/T4365-1995对电磁环境有这样的描述：电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。此定义包括了两层含义：第一，电磁环境是指某一给定场所，有限定的地区范围；第二，电磁环境是在给定地区范围内所有电磁现象的总和，包括自然界电磁现象、人为电磁现象。电磁噪声是一种明显不传递信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。电磁环境的优劣直接影响无线电设备的工作质量，恶劣的电磁环境会导致无线电设备不能正常工作，这就是我们常说的电磁噪声干扰。

从无线电管理和应用的角度看，主要关注对无线电频谱资源的利用和无线电业务的正常开展，因此主要有以下3类：

（1）区域电磁环境：指一定行政区域或地理范围内的电磁环境，如城市电磁环境、工业区电磁环境、xx行政区电磁环境；

（2）复杂电磁环境：是区域电磁环境的特殊情况，指一定的依赖于并大量使用电磁频谱的作业区（如战场空间）内的电磁环境。着重考虑如何利用频谱资源保障我方无线电业务的顺利开展和如何实施对敌方的电子对抗；

（3）无线电台站电磁环境:指特定无线电台站的电磁环境。已颁布的国家标准有 GB6364-1986《航空无线电导航台站电磁环境要求》、GB13613-1992《对海中远程无线电导航台站电磁环境要求》、 GB13615-1992 《地球站电磁环境保护要求》、 GB13616-1992 《微波接为站电磁环境保护要求》、GB13617-1992 《短波无线电收信台(站)电磁环境要求》、 GB13618-1992《对空情报雷达站电磁环境要求》、GB/T1443 1-1993《无线电业务要求的信号干扰保护比与最低可用场强》这些标准严格规定了相关无线电台站能够正常工作需要的电磁环境情况。电磁环境测试是无线电管理工作中的一项重要基础性工作，它的应用十分广泛，设立台站时的选址，拟建台站的频率指配，以及对电磁环境的综合评价等。都需要以电磁环境测试为前提。随着无线通信技术的快速发展，利用电台已经蔓延到了政治、军事、经济、文化等方面，我们常见的有一些民用对讲机和超短波电台，还有深入我们生活的公众移动通信、集群通信系统，甚至我们坐飞机、火车等使用的导航定位系统、雷达等都包含着无线电技术。无线电管理部门实时监控各自辖区内的电磁环境状况，并根据分析判断对其体区域进行单独监控分析，如只发现正常审批信号，并经过计算分析不存在谐波及二次谐波等潜在干扰信号则说明该区域符合建站电磁环境的要求，只需避开审批信号指配频率即可。如除了审批信号还存在其他信号或若潜在干扰，则电磁环境不符合要求，进一步测试排除干扰，或另选地址建站。由此可见，符合要求的电磁环境是用户单位拟建台站选址的必要前提条件。无线电管理部门在审批建站前都会进行相关的电磁环境测试工作。

电磁环境测试的目的在于对将要使用频率的单位所选的地址开展测试，测试所选用频段内可能出现的干扰，或在未有明显干扰信号的情况下按照测试结果对电磁环境进行评估。计算是否会出现潜在干扰。最后出具电磁环境测试报告，详细说明测试结果是否符合用户要求需要改进的方法和注意事项。对台站设置做可行性分析。判断台站结果是否可正常工作。一些大型台站在设台前若不做电磁环境测试，建成后如有干扰或者潜在干扰出现，都需排除干扰后设备才能正常使用，延迟或返工都会给用户单位的经济造成一定的损失。由此看来，获得现场的电磁环境数据具有非常重要的实际意义，它不仅是非常重要的无线电设备使用和维护的前提，更是一个重要的电台设置使用的基本数据的必要条件。

电磁环境测试的测试结果可以应用于无线电管理部门为用户单位选择合适的频率或合适的设台地点，对导航台、机场的建立点选址尤其重要。充分掌握电磁环境测试的方法和理论评估方法也是对无线电管理技术人员的一项基本要求。

电磁环境测试系统主要由高性能频谱分析仪和各种测试天线组成。如果有相应的控制软件 ，还可以组成自动测试系统。自动测试系统可以在极少人工干预的情况下完成电磁环境 测试任务。它的硬件部分主要由各种标准测试天线、低噪声放大器、频谱分析仪、微型旋 转电机、控制器、笔记本电脑等组成；软件部分主要由控制和干扰计算软件组成。人工测试系统不含微型旋转电机和控制器，计算软件与自动测试系统是通用的。相应的配套设备还应有射频限幅器、衰减器、罗盘、有源方向性定位仪、经纬仪、天线三角架、低损耗馈线、及直流电源等。

1、对电磁环境测试时段的要求

通常我们做电磁环境测试选择的时段需包含上午、下午及晚上。通常测试时的环境温度及气压等会对测试结果有一些影响，且国际电联也对无线电监测的时间和时段有明确规定。

2、电磁环境测试的要领

（1）电磁环境测试的频率范围：通常我们进行电磁环境测试需要考虑将拟建台站所用的段扩大化，最少两端各扩大一个信道间隔。不选频的电磁环境测试需要测试整个设备可覆盖的频段。当频段两端的信道被占满时还需适当的再扩大频段范围，以便于判断占频信号的用途等。

（2）电磁环境测试系统的配置：在策划要使用的设备时需掌握设备属性及特点，按照测试要求选择设备及配件，测试过程中，若选用带有自动测试系统的设备会方便很多，也可达到一定的测试时间，所收集的测试数据也比较全面。此外，对航道、铁路等进行电磁环境测试还需要配合固定站一起测试，用以调用占用度等配合分析计算。

（3）电磁环境测试地点的选择：首先从设备的角度考虑，要清楚了解所用设备的属性，防止在强信号区测试，造成设备测试系统失真。其次，可对测试选址进行分类考虑：1、如已建成基础设施．则选址需在所建站址范围内，尽量靠近天线位置：若未建台站做选址性电测，则应城区300米、郊区1000米半径范围内的制高点进行测试；2、对常发信号进行测试，短时间即可，对区域性的电测则需要连续监测几天以上，广播电视的电测则需注意要避开检修时间。

（4）加强电磁环境测试系统抑制失真的能力：在很多情况下，系统都有可能出现失真的情况。比如说在复杂的电磁环境中，失真也可分为很多种：包括大信号附塞，接收谐波、互调等。这些失真可能出现在测试设备中也可出现在天线及放大器中，为了尽从避免失真发生，我们在选取设备时应尽量使用无源天线和射频预处理装置。

随着国民经济需要和科学技术的进步，无线电通信技术应用范围越来越广，在高科技信息化时代的背景下得到了飞速发展的机会。与此同时，我国的民航事业在改革开放的背景下也得到了蓬勃发展，从新中国成立到2009年，中国民航已经开辟了300多个定期航班机场，拥有1532条定期航班航线，更有400多条国外航线，已成为全球第二大民航运输系统。然而，些运营商会不计后果的滥用无线电通信技术，各类无线通信电台总量剧增，无线电产品和技术的应用在一定程度上出现了影响民航业务和安全的乱象。各种电磁干扰已经形成了不可忽视的电磁环境，从而导致了各种危害和干扰民航无线电专用频率事件频发。因此，实时有效的监测和测向民航的电磁环境、维护空中频率资源、及时发现和排除干扰危害就成为民航系统高度重视的问题。无线电频率己是一种重要的战略资源，在国民经济和国防建设中的位置是不可替代的，是人类社会和经济发展的重要基础，已经成为现代社会信息传输的关键载体，并构成了现代人类生存和发展的基本要素。无线电技术作为一种新技术，在当代发展迅速、应用广泛、引起了全人类的广泛关注，这种技术推动了和实现了信息化和新产业化的革命，当今社会是信息化的时代，第三代移动通信技术，己成为社会关注的热点，其中的宽带无线接入技术以公众无线接入技术、WIFI和WIMAX为代表正在迅猛发展，这就促进了整个无线电通信事业的发展。发展的背后又引起了新的故事，高速发展的经济和信息化，广泛应用的各类无线通信业务，使得电磁环境杂乱无章，频率资源供需矛盾紧张，各类系统干扰时有发生，影响了无线电业务的正常工作，严重者则危害到人民生命和国家财产，无线电管理己迫在眉急，无线电秩序的正常化对于整个经济的发展和维护社会的稳定息息相关。对于航空航海高山底下等特殊场合的电磁环境检测人们难以进入的地方，然而却变得异常困难，即使采用无人机来进行电磁环境检测，也会因场地所限对无人机的操控、降落、续航能力提出了较大的技术挑战，无人机的操控又会影响到电磁环境的正常检测，因此，需要针对上述问题提出一种优化的无人机电磁环境检测装置及其检测方法。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在问题，本发明提供一种无人机电磁环境检测装置及检测方法，采用树脂基复合材料制作，与传统金属材料相比，具有比强度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能力和抗振能力强的特点，解决了背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无人机电磁环境检测技术和装置，包括支撑座以及与所述支撑座连接的起落架，所述支撑座与起落架连接处安装高清相机，且所述起落架中间设有减震机构；所述起落架顶端连接横杆，且所述横杆一端设置电池；所述横杆外侧连接固定板，且所述固定板一端安装微型电机；所述微型电机顶端设置电调，且所述电调顶端通过固定旋钮固定螺旋桨；所述电池的外边缘与所述固定板的内侧设置太阳能电池板，且所述电池顶端中心处设置连接杆；所述连接杆顶端安装有源方向性天线；所述电池底端中心处安装摄像头；所述微型电机底端设置距离传感器。

进一步的，电磁环境检测方法如下：

步骤一：选择符合EMC测试指标要求的现场测试点；

步骤二：将测试天线距离地面高度高于地面1.5米，根据所测的具体无线电业务调整极化方式，连接好测试系统，接通频谱分析仪电源，固定低噪声放大器的电源；

步骤三：调整频谱分析仪的分辨率带宽仪BW与所测业务载波带宽基本相同，调整视频带宽叭TBW与分辨率带宽但BW相匹配，使频谱分析仪不会出现测量不准的警告提示为止；

步骤四:

a、首先将频谱仪的位ace设置为max hold，将测试天线仰角调整为0°，以真北方向为0°，从0°开始顺时针旋转天线，每隔30°停止约30秒，观察频谱曲线，直至旋转到360°，此时截屏保存频谱图用以计算所测频段的背景噪声强度值，同时记录在该频段中出现的具体信号；

b、将频谱分析仪调整到合适状态，对每个干扰源进行精细测试， 记录频率、干扰强度、极化方式等信息，并保存相关频谱图；

C、最后，记录天气、测试时间、地理坐标、海拔高度等信息。

进一步的，所述步骤三中取低于载波带宽的分辨率带宽。

进一步的，所述起落架之间的夹角为60°，且所述起落架为圆柱形结构。

进一步的，所述起落架的轴心线与所述支撑座的轴心线垂直，且所述支撑座对称设置在电池两侧。

进一步的，所述支撑座为圆柱形结构，且所述支撑座采用丁基胶材料制作。

进一步的，所述所述横杆设置有六个，且所述横杆之间角度为60°。

进一步的，所述固定板是一种中间为圆环形且外侧壁对称连接三角形结构的固定板。

进一步的，所述太阳能电池板与所述电池内部电性连接，且所述电池与所述有源方向性天线、所述微型电机、所述距离传感器、所述摄像头以及所述高清相机内部电性连接。

进一步的，所述横杆、固定板、起落架以及连接杆采用树脂基复合材料制作。

本发明的有益效果是：该种无人机电磁环境检测技术和装置的横杆、固定板、起落架以及连接杆采用树脂基复合材料制作，与传统金属材料相比，具有比强度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能力和抗振能力强的特点，树脂基复合材料制作的使无人机结构重量轻、比强度和比刚度高、热膨胀系数小，大大减轻无人机的机身重量、增加有效载荷、提高安全性，支撑座采用丁基胶材料制作，使无人机在降落时减震效果更好，通过在电池外边缘安装太阳能电池板，使无人机续航时间长，巡航距离远，可靠性高，通过有源方向性天线实现影像实时传输，在微型电机底端安装的距离传感器，使无人机在遇到特殊情况时能够对螺旋桨起到良好的保护作用，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用，解决了航空航海高山底下等各种特殊环境下的电磁环境检测人们难以进入的地方电磁环境检测的问题。

附图说明

图1为本发明整体结构连接示意图；

图2为本发明太阳能电池板安装示意图。

图中：1、螺旋桨，2、有源方向性天线，3、固定旋钮，4、固定板，5、横杆，6、起落架，7、摄像头，8、减震机构，9、支撑座，10、高清相机，11、距离传感器，12、电池，13、支撑杆，14、微型电机，15、电调，16、太阳能电池板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1-2所示，一种无人机电磁环境检测技术和装置，包括支撑座9以及与所述支撑座9连接的起落架6，所述支撑座9与起落架6连接处安装高清相机10，且所述起落架6中间设有减震机构8；所述起落架6顶端连接横杆5，且所述横杆5一端设置电池12；所述横杆5外侧连接固定板4，且所述固定板4一端安装微型电机14；所述微型电机14顶端设置电调15，且所述电调15顶端通过固定旋钮3固定螺旋桨1；所述电池12的外边缘与所述固定板4的内侧之间设置太阳能电池板16，且所述电池12顶端中心处设置连接杆13；所述连接杆13顶端安装有源方向性天线2；所述电池12底端中心处安装摄像头7；所述微型电机14底端设置距离传感器11；进一步的作为本发明的起落架6前后各一个，前后起落架6均分为上下两段，且后面的起落架6整体为为倾斜设置，所述减震机构8为弹簧，且该弹簧是套接依靠摩擦力的方式沿着起落架6上下两段固定，由此人们可以手动的将弹簧沿着起落架6的上下两段滑动，这样可以调节前后起落架6的高度，达到调整无人机的重心，从而有益于不同操作人员对该无人机进行的飞行操作，更加利于无人机的稳定飞行深入到各种恶劣环境进行电磁环境检测。

作为本发明的优化技术方案：电磁环境检测方法如下：

测试前准备工作的内容：首先需要了解测试地点的地理环境，注意周围的制高点，如果测试地点附近不具备测试条件或不能完全反映出电磁环境的真实情况时，可考虑在测试点附近地势较高的空旷处进行测试，其次，需要明确测试地点附近的大型发射源，主要是指大功率无线电发射设备(如微波站、雷达站、广电发射台)及大型工、科、医设备(如变电站、高压线、电气化铁路等)。如果测试地点附近存在大型发射源，需要计算出拟选台址与它们之间的距离、方向关系等，并进行简要分析。

现场测试的工作内容：步骤一：选择符合EMC测试指标要求的现场测试点。

步骤二：测试天线距离地面高度一般不应小于1.5米，根据所测的具体无线电业务调整极化方式，连接好测试系统，如果天线增益足够大也可省去低噪声放大器，接通频谱分析仪电源后，不能随意切断低噪声放大器的电源以免损坏仪器。

步骤三：调整频谱分析仪的分辨率带宽仪BW与所测业务载波带宽基本相同，为了提高测量系统的灵敏度，一般取低于载波带宽的分辨率带宽，调整视频带宽叭TBW与分辨率带宽但BW相匹配，但不能使频谱分析仪出现测量不准的警告提示，此外，注意扫描时间的变化，不能使扫描时间过慢，调整参考电平值至适当位置，去掉输入附加衰减值，测试脉冲信号时，应采用准峰值或峰值检波方式，测试连续波信号时，应采用平均值检波方式。

步骤四：首先将频谱仪的位ace设置为max hold，将测试天线仰角调整为0°，以真北方向为0°，从0°开始顺时针旋转天线，每隔30，停止约30秒，观察频谱曲线，直至旋转到 3600，此时截屏保存频谱图用以计算所测频段的背景噪声强度值，同时记录在该频段中出现的具体信号，然后，将频谱分析仪调整到合适状态，对每个干扰源进行精细测试，记录频率、干扰强度、极化方式等信息，并保存相关频谱图，另外，在测试过程中发现干扰时，应正确判断干扰源的性质，不同干扰源允许的干扰电平限值不同，若干扰信号电平过大，应停止测试，到相关发射单位核实情况，分析是否能够继续测试或者重新选择测试点，最后，记录天气、测试时间、地理坐标、海拔高度等信息。

以上所列工作内容仅为在一个时间段一个测试点使用一副天线测试一个频段的过程，在多个时间段多个测试点使用多副天线进行多个频段的测试，只是以上过程的多次重复，另外，在日出、日落或者雨雪过后尽量不要测试，此时测试的干扰电平值可能比实际值偏小，在周二下午不要测试，此时广电的大部分发射机均处于停机检修状态。

现场测试后数据的整理计算

步骤一:通过现场测试所保存的典型频谱图，计算出测试地点的所测频段的背景噪声强度值及干扰信号强度值。

步骤二:把计算得出的背景噪声强度值与《无线电导航台(站)电磁环境要求》和EMC测试指标规定的最大允许干扰限值进行比较，未超出的符合要求，超出的不符合要求，对于超标的情况要分析超标的具体原因，最后得出测试结论，并明确列出所测频段内存在的信号，以便指配频率时进行合理避让。

步骤三:按照EMC测试指标的模板，形成书面测试报告。

作为本发明的优化技术方案：所述起落架6之间的夹角为60°，且所述起落架6为圆柱形结构，使无人机降落更加平稳。

作为本发明的优化技术方案：所述起落架6的轴心线与所述支撑座9的轴心线垂直，且所述支撑座9对称设置在电池12两侧，使整体结构更加紧凑，使无人机的在起步以及降落过程中更加平稳。

作为本发明的优化技术方案：所述支撑座9为圆柱形结构，且所述支撑座9采用丁基胶材料制作，整体抗震效果好。

作为本发明的优化技术方案：所述所述横杆5设置有六个，且所述横杆6之间角度为60°，使无人机飞行速度快，飞行更加平稳。

作为本发明的优化技术方案：所述固定板4是一种中间为圆环形且外侧壁对称连接三角形结构的固定板4，保证螺旋桨1的运行安全。

作为本发明的优化技术方案：所述太阳能电池板16与所述电池12内部电性连接，且所述电池12与所述有源方向性天线2、所述微型电机14、所述距离传感器11、所述摄像头7以及所述高清相机10内部电性连接，实现各个部件的供电。

作为本发明的优化技术方案：所述横杆5、固定板4、起落架6以及连接杆13采用树脂基复合材料制作，大大减轻无人机的机身重量、增加有效载荷、提高安全性。

本发明在运行前，首先，需要了解预选站址处的地理环境，注意周围的制高点。通过测量地理坐标，找到委托方提供的地理位置，尽量选取地势高，视野开阔，周围无明显反射物。如果测试地点附近不具备测试条件或不能完全反映出电磁环境的真实情况时，可考虑在测试点附近地势较高的空旷处进行测试，其次，需要明确测试地点附近的大型发射源，主要是指大功率无线电发射设备(如微波站、雷达站、广电发射台)及大型工、科、医设备(如变电站、高压线、电气化铁路等）如果测试地点附近存在大型发射源，需要计算出拟选台址与它们之间的距离、方向关系等并进行简要分析。

本发明在运行时，首先将无人机组装完成后对无人机进行试验飞行，使无人机距地面至少1.5米，另无人机工作在最佳状态，当飞行稳定后，通过无线电遥控设备或计算机预编程序自主控制无人机进行飞行，无人机有源方向性天线2接受信号后，对微型电机14发出飞行指令，与此同时，摄像头7打开，当无人机飞行到一定高度后，控制中心控制有源方向性天线2控制高清相机10的运行，对当前周围电磁环境进行照片采集以及摄像，另无人机在全方位360°范围内进行环境检测和数据采集，有源方向性天线2同时将采集的信号发射到控制中心，控制中心作出相应的标记和测试参数设置，当无人机完成采集工作后，无人机进行降落完成后，通过旋转固定旋钮3将螺旋桨1拆卸下来进行检修维护，从而实现当前周围电磁环境的测试和监测。

本发明的测试程序需要注意的问题，在预选站址处，通过测量地理坐标，找到委托方提供的地理位置，尽量选取地势高，视野开阔，周围无明显反射物；按照测试系统连接框图进行测试设备连接，天线架高距地面至少1.5米；接通电源并开启各测试设备，预热至少10分钟，使测试设备工作在最佳状态；启动自动测试系统软件，按照操作步骤进行测试参数和仪表参数设置；根据规范中的测试频段要求，将测试天线调整为规定的极化方式（垂直或水平），通过自动测试系统软件控制测试天线在全方位360°范围内进行测试并自动记录和保存测试结果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。