華為 低空聯網無人機安全飛行測試報告

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作者：Alex（榮令金），北京大學碩士，研究方向無人機控制系統

郵箱：alexrong@pku.edu.cn

出處：蜂鳥無人機 humbird_drone

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導讀

雖然世界範圍內包括美國FAA、中國民航局等在內的官方機構已經於近年就無人機監管做出了持續努力，但因不規範使用無人機擾亂民航飛行計劃、危害民航安全、侵擾私人隱私等現象時有發生，嚴重威脅了國家、社會及個人的財產乃至生命安全。

無人機安全飛行，迫在眉睫。

本文就華為於2018年初發布的《低空聯網無人機安全飛行測試報告》做簡要解讀。

1 無人機產業發展現狀

2015年以來，各大投資諮詢機構對無人機行業給出了非常積極的分析預測，其中普華永道指出在非常近的將來，無人機將取代價值1270億美金的人工服務和勞動。

隨著民用無人機技術的迅猛發展，無人機應用從視距應用擴展到超視距應用，從消費領域擴展到巡檢、農業、物流、安防等行業。

無人機行業高速發展的同時，也對無人機通信鏈路提出了新需求：

• 1000m 以下空域實時、高可靠聯網安全飛行管理，
• 300m 以下空域上行 50Mbps 的實時圖傳、小於 50ms 的遠程操控與業務應用等。

業界預測： 在無人機與移動通信相結合，將給產業界帶來10倍的商業機會。

當前市面無人機均採用公開標準的GPS模塊，地面站和無人機採用點對點低安全通信方式，帶來了如下技術風險：

• 接管並修改 GPS 數據/模塊，
• 模擬另一個更強的假 GPS 信號，
• 破解無人機與遙控器之間的空口協議，
• 破解無人機應用軟體程序，從而破解禁飛區限制等。

從而導致消費者不再受政府設立的禁飛區限制，導致無人機擾亂民航等惡劣事件。

https://www.zhihu.com/video/984448622129311744

模擬無人機撞擊客機機翼（註：此視頻為電腦合成）

因此需要儘快建立完善的無人機安全飛行機制來確保無人機 「看得見、管得住、查得著」。既要保障空域安全，也要儘可能多的給予無人機用戶自由飛行的權益，促進無人機行業的健康發展。

針對上述無人機引發的一系列安全性問題，民航局等相關部門從註冊管理、運行管理及標準體系三個方面通過完善法規對無人機進行管理。

註冊管理

民航局要求最大起飛重量250g以上的無人機實施實名登記。

運行管理

7公斤以上及7公斤以下且超視距運行的無人機，實施聯網接入無人機雲系統，該系統對侵入電子圍欄的無人機具有報警功能。

2017 年 12 月，工信部出台《關於促進和規範民用無人機製造業發展的指導意見》指出：研究制定民用無人機數字身份識別規則、技術方案，實現「一機一碼」；引導企業通過加裝通信模塊實現民用無人機可識別、可監視、可管理。

標準體系

國家標準化管理委員會辦公室在 2017 年 8 月出台了《無人駕駛航空器系統標準體系建設指南》，制定了無人機標準建設目標和發展階段。

通過對無人機安全飛行政策與市場的客戶調研，從如下幾個方面對無人機安全飛行提出了明確的需求，尤其是佔大多數的低慢小（高度低、速度慢、質量小）無人機需要加強飛行管理。

1. 飛行審批簡化
2. 實名登記便捷
3. 動態圍欄更新與告警
4. 可信位置校驗
5. 可靠、實時的通信鏈路
6. 廣域低成本安全管理

2 無人機安全飛行構想

聯網無人機（Connected Drone），通過蜂窩聯網的無人機。

通過蜂窩聯網，實現無人機便捷實名登記、可信位置校驗、實時可靠數據傳輸，並通過一體化的完善的管理流程與加密認證技術實現整體業務安全等， 達到事前可預警、事中可管控、事後可追蹤。

通過蜂窩網實現通信鏈路

經過實際測試，目前移動蜂窩網可以滿足 120 米以下絕大部分場景的無人機行業應用需求，以及 300 米以下絕大部分區域的無人機安全飛行業務鏈路指標需求。

空地融合蜂窩通信：300 米以下(4G)，1000 米以下(5G)，全覆蓋；

專用對空蜂窩通信：可覆蓋 1 萬米以下特定航路空域。

通過蜂窩網輔助定位實現位置可信

根據目前安全飛行的調研情況，為了解決無人機 GPS 不準、欺詐等問題，無人機都是從地面起飛，所以無人機在地面起飛前採用Cell-ID定位進行可信位置校驗即可滿足需求。

通過手機實名信息實現無人機實名登記

無人機實名登記需要登記無人機擁有者信息，包括：姓名、身份證號、聯繫電話、地址等信息，以及 相關無人機產品信息。

完善的管理流程與加密認證技術實現整體業務安全

無人機安全飛行來自終端、網路、平台以及端到端整體業務安全的挑戰，華為在終端、網路及雲端安全都有成熟技術積累，要保證整體業務安全，需要整合各業務利益相關方，實現對生產、使用、飛行的全面感知和管理。

3 無人機安全飛行實踐

2017年，中國民航局聯合中國移動、華為及無人機廠商等，在南京等地進行蜂窩網低空覆蓋測試和整體業務特性測試，主要特性有：

1. 擁有者身份
2. 無人機設備登記
3. 電子圍欄更新
4. 飛行前設備校驗
5. 飛行前位置校驗
6. 飛行前心跳保活
7. 飛行數據實時上報
8. 飛行管理命令
9. 圍欄告警

此次測試選取了多個城市不同場景進行低空網格質量測試，場景涵蓋城區、工業園區和郊區，站間距從180米到2000米。

測試頻段覆蓋 TDD-LTE D 頻段(2575～2635M)和 F 頻段(1885～1915M)，測試高度 50-300 米。測試指標包括下行 RSRP、下行 SINR、以及和安全飛行密切相關的上行業務速率、時延、掉線率等。

整體測試結論如下：

1. 低空蜂窩網路存在少量盲區，可初步滿足安全飛行需求；
2. 蜂窩輔助網路位置校驗可信，可防止 GPS 不準或者造假；
3. 蜂窩網路身份信息增強校驗，可提供實名登記實時精準；
4. 基於蜂窩網路的信息安全，可保證無人機安全飛行整體業務安全。

4 無人機安全飛行願景

無人機安全飛行需要社會各界密切合作、共同配合：

1. 政府管理機構：制定無人機准入標準、管理標準，提供產品資料庫。
2. 無人機雲：與無人機協同，提供實時飛行管理能力，支持政府管理機構的管理介面，支持無人機 雲之間的互聯互通。
3. 無人機製造商：生產符合國家標準的聯網無人機，完成銷售前備案。
4. 電信運營商：為無人機提供高可靠通信連接、實時業務保障、便捷實名登記、位置校驗等服務。

中國民航局作為無人機安全飛行的重要政府管理機構，將牽手除華為和中國移動之外的更多的通信設備商和電信運營商，基於大帶寬、低時延、高可靠的4G/5G 通信技術，支撐未來空中智能交通管理系統建設，實現高效、有序的無人機交通管理，使無人機在合法的前提下安全、自由的飛行。

5 華為X Labs 無人機

華為X Labs於2016年11月份發布，是為無線應用場景專門成立的實驗室。

華為X Labs展示聯網無人機

X Labs 是一個聯合運營商，垂直行業合作夥伴和產業領袖的開放創新平台，成員們共同探索未來的無線應用場景，驅動商業和技術創新，培育產業生態，尤其是5G來了之後如何去支持行業的數字化轉型。

目前華為在全球有四個區域X Labs創新中心：中國深圳、上海，德國慕尼黑，美國，日本東京。2017年華為X Labs有四個研究課題方向：聯網無人機、無線機器人，雲化VR/AR以及車聯網。

華為將聯網無人機作為X Labs研究課題，在短時間內即輸出了研究報告，並且聯網無人機課題長期佔據華為官網「行業洞察」的首頁，充分體現了聯網無人機的研究價值，期望在華為等企業及政府引領下，儘快實現數字化天空，繁榮低空經濟。

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