UAS运行过程中如何实时广播UAS识别信息

  无人机系统(UAS)的实时广播识别,通常称为“广播式远程识别”(Broadcast Remote Identification, B-RID),是现代空域安全管理的基础性技术。它如同为无人机配备了一个“数字牌照”,在飞行过程中持续、主动地向周围环境广播其核心身份与状态信息,从而实现航空器的可识别、可监视与可追溯。以下将从广播内容与标准、技术实现方式、硬件配置要求、通信协议与频段,以及全球主要法规框架等多个维度,为您提供一份详尽、专业的解答。

  一、 广播识别信息的核心内容与数据标准

  实时广播的信息并非随意生成,而是遵循严格的国际与国家标准,确保信息的准确性、一致性和最小必要性。主要包含静态身份信息动态状态信息两大类。

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  1. 静态身份信息(相对不变)‍:

  UAS/UAV唯一标识符:这是无人机的“身份证号”。根据标准不同,可以是制造商分配的序列号(需符合ANSI/CTA-2063标准)、由民航当局(如FAA)或远程ID服务提供商(USS)分配的会话ID或注册号。欧盟法规则要求广播操作员注册号及验证码。

  操作员/控制站注册信息:部分法规要求广播与控制站关联的标识信息。

  2. 动态状态信息(实时更新)‍:

  实时位置:无人机当前的经纬度坐标。

  高度信息:通常为相对于平均海平面的气压高度,有时也要求提供相对于起飞点或地面的高度。

  速度与航向:无人机的地面速度及航迹角(从正北顺时针测量)。

  控制站位置:远程驾驶员或地面控制站实时的经纬度坐标。对于“有限远程识别”的UAS,在无法提供无人机位置时,此信息尤为重要。

  时间标记:每条广播信息都带有协调世界时(UTC)时间戳,确保信息的时效性。

  紧急状态指示:用于标识无人机是否处于紧急状态,如失控、坠毁等。

  起飞点位置:部分标准将此作为必需或可选信息。

  性能标准:为确保实时性,动态信息(如位置、速度)的更新率和广播频次有明确下限。例如,中国标准要求动态报文至少每秒广播一次,静态报文至少每三秒一次。新加坡民航局同样规定动态消息需至少以1Hz频率更新。

  二、 实时广播的技术实现方式

  实时广播主要通过两种技术路径实现:直接无线电广播基于蜂窝网络的间接广播

  1. 直接无线电广播(Direct Broadcast)‍:

  这是最典型的B-RID形式。无人机机载的广播模块利用特定的无线电协议,像灯塔一样向四周周期性发送信号。任何在有效接收范围内的设备(如专用接收器、智能手机App)都可以直接监听和解码这些信息,无需经过互联网。

  常用协议:主要包括蓝牙(特别是蓝牙5.0长距离版本)和Wi-Fi(如Wi-Fi NAN或Beacon模式)。这些技术成熟、成本低、易于集成,且智能手机普遍支持,便于公众监督。

  特点:低延迟、不依赖网络覆盖,但广播范围受限于无线电发射功率(通常为视距内数百米)。

  2. 基于蜂窝网络的广播/网络辅助广播

  在此模式下,无人机通过其集成的蜂窝通信模块(4G/5G),将识别信息上传至云端服务器(通常由无人机交通管理UTM或远程ID服务提供商USS运营),再由服务器分发给有权限的查询者。虽然这常被归类为“网络式识别”,但通过蜂窝网络实时上传数据本身,也构成了另一种形式的“广播”至网络平台。

  技术要求:UAS需要注册到蜂窝网络,并作为一对“用户设备”(UE)——即无人机和其控制器——进行身份认证和状态上报。3GPP标准已为此定义了专门的UAV标识符(UAV ID)和UAS标识符(UAS ID)。

  特点:覆盖范围广(取决于蜂窝网络),可实现超视距(BVLOS)的识别与追踪,但依赖网络可用性并可能产生数据流量费用。

  三、 支撑实时广播的硬件配置

  实现稳定可靠的实时广播,需要无人机具备相应的硬件基础。

  1. 核心广播模块

  集成式或外接式模块:新型无人机通常将广播模块集成在飞控系统中。对于旧机型,可通过加装符合标准的独立广播模块来实现合规。

  模块构成:一个典型的广播模块包含:

  无线收发器:支持指定频段(如2.4GHz、5.8GHz)和协议(蓝牙/Wi-Fi)的射频芯片。

  微处理器/控制器:用于编译、封装和调度广播报文。

  定位单元:高精度的GNSS(如GPS、北斗)接收模块,用于获取位置、速度和时间。

  气压计:用于测量气压高度。

  电源管理单元:确保模块稳定供电。

  接口:与无人机主飞控系统通信,获取状态信息(如紧急状态)。

  2. 硬件性能要求

  处理能力与存储:模块需要足够的计算能力来处理数据编码和实时调度。例如,某些方案要求单板计算机(SBC)具备至少1GHz主频、1GB RAM和8GB闪存。

  发射功率:法规对等效全向辐射功率(EIRP)有最低要求,以确保足够的信号覆盖。例如,对于轻小型无人机,2.4GHz Wi-Fi广播的EIRP通常要求不低于11 dBm。

  环境适应性:硬件需能在航空环境的宽温、振动条件下稳定工作。

  防篡改设计:为防止非法修改识别信息,硬件和固件需具备一定的防篡改能力。

  四、 通信协议与频段要求

  广播所使用的无线电频谱资源受到严格管制,以确保不同设备间互不干扰。

  1. 主要工作频段

  ISM通用频段:这是目前消费级无人机广播最常用的频段,主要包括:

  2.4 GHz频段:全球通用,支持蓝牙和Wi-Fi,穿透能力较好,是应用最广泛的频段。

  5.8 GHz频段:带宽更宽,干扰相对较少,但传播损耗较大。

  专用航空频段:为了确保关键控制与识别通信的可靠性和安全性,各国正在规划和分配专用频谱。例如:

  美国:联邦通信委员会(FCC)已正式采纳规则,将5030-5091 MHz频段指定用于无人机系统的控制与非载荷通信(CNPC),其中5040-5050 MHz可用于远程识别等。

  其他频段:在监测和反制领域,也常关注433 MHz、35 MHz等传统无人机遥控频段。

  2. 协议与性能规范

  标准化协议:为了确保互操作性,行业广泛接受一些标准协议。例如,ASTM F3411-22a 是国际上广泛引用的远程识别标准规范。欧盟则推行 EN 4709-002 标准。

  性能参数:除了频段,法规还对广播间隔、数据刷新率、报文格式、错误校正等有详细规定。

  五、 全球主要国家/地区的法规要求概览

  全球主要航空监管机构都已出台或正在完善UAS远程识别的法规,其中实时广播是普遍要求。

  1. 美国(FAA)‍:

  要求所有需注册的UAS必须配备标准远程识别功能,即能够同时进行广播网络传输(或仅广播但需满足特定要求)。

  广播必须使用非专有规范,并包含序列号、位置、高度、速度、控制站/起飞点位置及时间戳等信息。

  2. 欧盟(EASA)‍:

  在“开放”类别和“特定”类别下运行的无人机,直接远程识别(即广播)是强制性要求,而网络远程识别是可选的。

  广播必须使用开放协议,使普通智能手机能够接收,并规定了详细的数据项列表。

  3. 新加坡(CAAS)‍:

  已明确规定,自2025年12月1日起,所有重量超过250克的无人机必须配备广播远程识别(B-RID)功能,否则不得飞行(特定豁免除外)。

  技术标准上采纳欧洲的EN 4709-002.

  4. 中国(CAAC)‍:

  发布了《民用微轻小型无人驾驶航空器运行识别最低性能要求》,明确规定了广播式运行识别的技术要求,包括数据内容、更新率、发射功率(如2.4GHz Wi-Fi需≥11 dBm)等。

  法规强调广播信息需符合国家无线电管理和数据安全规定。

  5. 日本(JCAB)‍:

  根据修订的《航空法》,要求无人机配备远程识别功能,并指定通信方法需符合ASTM F3411-19标准。

  强调在日本使用的无线电设备必须符合技术标准并带有合规标志。

  六、 实时广播的价值与实施考量

  1. 核心价值

  提升空域安全:让其他空域用户(如载人航空器)和地面人员能够感知附近无人机的存在,避免碰撞。

  支持超视距运行:是实现复杂商业应用(如物流、巡检)的关键使能技术,为UTM提供实时数据。

  辅助安全监管与执法:有助于当局快速识别“黑飞”无人机,定位操作员,应对安全威胁。

  增强公众信任:透明的身份广播有助于缓解公众对隐私和安全的担忧。

  2. 实施考量

  合规路径选择:根据运营区域,选择符合当地法规的广播方案(如仅广播、或广播+网络)。

  技术选型:根据作业范围、成本、无人机型号,选择集成内置模块或外置加装模块。

  测试与验证:在真实环境中测试广播范围、信号稳定性及与接收设备(如官方App)的兼容性。

  隐私与数据安全:广播信息设计已规避个人敏感信息(如姓名、住址),但需确保系统本身具备防窃听、防篡改的安全设计。

  总结

  UAS运行中的实时广播识别信息,是一个融合了标准规范、硬件工程、无线通信和法规政策的综合性体系。其实质是通过标准化的数据报文,利用蓝牙/Wi-Fi等无线电技术或蜂窝网络,在飞行过程中持续对外宣告“我是谁、我在哪、我去哪”。随着全球监管框架的快速统一和技术方案的日益成熟,实时广播已成为民用无人机合法、安全融入国家空域系统的技术基石和强制性要求。对于任何UAS运营商而言,深入理解并合规实施远程识别广播,不仅是法律义务,更是保障自身业务可持续发展和推动整个行业进步的关键。

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