《电子技术应用》
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5G-A通感场景下无人机连续时延-多普勒信道参数的评估算法
电子技术应用
马佰超,王庆泽,孙彬,王天俣
国网山东省电力公司菏泽供电公司
摘要: 针对无人机“黑飞”对变电站安全运行造成的严重威胁,以及传统低空防护技术定位精度低、抗干扰能力弱、场景适配性差等问题,提出一种基于5G-A通感一体化的电网低空无人机精确参数估计算法。首先,构建涵盖无人机运动特性与电磁散射特性的感知参数体系,设计包含干扰信号功率谱密度、多径衰减系数、信号遮挡率的定位环境重构参数体系,通过“参数采集-模型修正-误差补偿”流程实现环境适配;最后,提出“2D-OMP稀疏粗估+连续域黄金分割精估”的两阶段连续时延-多普勒信道参数估计算法,解决传统算法的网格失配与高复杂度问题。结果表明,所提算法的速度估计均方根误差始终保持最优,相较于传统单导频估计与一步搜索算法精度分别提升约55%、33%,可实现分米级定位与低误报率的目标感知。研究成果为变电站低空安全防护提供了高精度、高可靠的技术方案,也为5G-A技术在电力行业的规模化应用奠定基础。
中图分类号:TN929.5;TM63 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257718
中文引用格式: 马佰超,王庆泽,孙彬,等. 5G-A通感场景下无人机连续时延-多普勒信道参数的评估算法[J]. 电子技术应用,2026,52(3):25-31.
英文引用格式: Ma Baichao,Wang Qingze,Sun Bin,et al. Evaluation algorithm for continuous time-delay-Doppler channel parameters of UAVs in 5G-A communication-sensing scenarios[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(3):25-31.
Evaluation algorithm for continuous time-delay-Doppler channel parameters of UAVs in 5G-A communication-sensing scenarios
Ma Baichao,Wang Qingze,Sun Bin,Wang Tianyu
State Grid Shandong Electric Power Company Heze Power Supply Company
Abstract: Aiming at the severe threat of unmanned aerial vehicle (UAV) “black flight” to the safe operation of substations, as well as the problems of low positioning accuracy, weak anti-interference ability and poor scene adaptability of traditional low-altitude protection technologies, this paper proposes a precise parameter estimation algorithm for low-altitude UAVs in power grids based on 5th Generation-Advanced (5G-A) integrated sensing and communication(ISAC). First, a perception parameter system covering UAV motion characteristics and electromagnetic scattering characteristics is constructed, and a positioning environment reconstruction parameter system including interference signal power spectral density, multipath attenuation coefficient and signal occlusion rate is designed. Environmental adaptation is realized through the process of "parameter collection - model correction - error compensation". Finally, a two-stage continuous time-delay-Doppler channel parameter estimation algorithm of "2D orthogonal matching pursuit (2D-OMP) sparse coarse estimation + continuous domain golden section fine estimation" is proposed to solve the problems of grid mismatch and high complexity of traditional algorithms. The results show that the root mean square error (RMSE) of velocity estimation of the proposed algorithm remains optimal. Compared with the traditional single pilot estimation and one-step search algorithms, the accuracy is improved by about 55% and 33% respectively, which can achieve the target perception of decimeter-level positioning and low false alarm rate. The research results provide a high-precision and high-reliability technical scheme for low-altitude safety protection of substations, and also lay a foundation for the large-scale application of 5G-A technology in t
Key words : ISAC;5G-A;parameter estimation;two-stage algorithm;substation safety

引言

近年来,无人机“黑飞”事件频发,对变电站安全运行构成严重威胁。2022年某地区变电站因无人机违规闯入与高压设备碰撞,导致设备短路跳闸,造成周边区域3小时停电;2023年另一变电站遭无人机携带异物干扰,引发设备绝缘故障,直接经济损失超百万元。传统低空安全防护感知技术存在明显短板:雷达探测易受电磁干扰,定位精度仅能达米级;光电探测受天气影响显著,夜间或恶劣天气下误报率高达30%以上;单一探测手段难以实现全时段、全方位覆盖[1]。

5G-A通感一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)技术凭借通信与感知融合优势,具备高精度、广覆盖、抗干扰强等特性,为解决变电站低空安全防护难题提供了全新技术路径[2]。本研究聚焦变电站低空安全防护核心需求,深入探索通感一体化在低空目标感知中的应用关键技术,通过构建科学的感知参数体系、优化定位环境建模方法、改进参数估计算法,实现对低空无人机目标的精准识别、定位与跟踪,将目标感知精度提升至分米级,误报率控制在5%以内。研究成果可有效弥补传统防护技术缺陷,完善变电站安全防护体系,为电力系统稳定运行提供坚实保障,同时为5G-A技术在电力行业的规模化应用提供技术支撑与实践参考[3]。

国外在5G-A通感一体技术研究方面起步较早,欧盟 “5G-ANNA”项目已实现基于通感一体化技术的低空目标监测原型系统,定位精度达到0.5 m,但在电力场景适配性上缺乏针对性优化[4-5];美国斯坦福大学提出的多维度参数联合估计方法[6],虽提升了感知效率,但未考虑变电站复杂电磁环境的影响。国内方面,华为、中兴等企业已完成5G-A通感一体化基站的初步研发,在城市低空监控场景开展试点应用;电力行业相关研究多集中于传统感知技术的升级改造,如基于AI的雷达信号处理优化,而将5G-A通感一体化技术应用于变电站低空防护的研究尚处于起步阶段,缺乏完整的技术体系与实践验证[5]。

本文创新点主要体现:(1)针对变电站特殊电磁与地理环境,构建定制化的感知参数体系,提出融合环境特征的定位环境重构方法;(2)基于正交时频空间(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制波形设计适用于通感一体场景的高精度连续时延-多普勒参数估计算法。研究采用理论分析法与建模仿真相结合的技术路线,深入剖析通感一体化技术原理与低空目标特性,搭建基于5G-A通感一体化的实验平台,通过仿真验证,确保研究成果的科学性与实用性。


本文详细内容请下载:

https://www.chinaaet.com/resource/share/2000006997


作者信息:

马佰超,王庆泽,孙彬,王天俣

(国网山东省电力公司菏泽供电公司,山东 菏泽 274002)

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