《電子技術(shù)應(yīng)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。
中圖分類號(hào)：TN929.5；TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257718
中文引用格式： 馬佰超，王慶澤，孫彬，等. 5G-A通感場(chǎng)景下無(wú)人機(jī)連續(xù)時(shí)延-多普勒信道參數(shù)的評(píng)估算法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)“黑飛”事件頻發(fā)，對(duì)變電站安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。2022年某地區(qū)變電站因無(wú)人機(jī)違規(guī)闖入與高壓設(shè)備碰撞，導(dǎo)致設(shè)備短路跳閘，造成周邊區(qū)域3小時(shí)停電；2023年另一變電站遭無(wú)人機(jī)攜帶異物干擾，引發(fā)設(shè)備絕緣故障，直接經(jīng)濟(jì)損失超百萬(wàn)元。傳統(tǒng)低空安全防護(hù)感知技術(shù)存在明顯短板：雷達(dá)探測(cè)易受電磁干擾，定位精度僅能達(dá)米級(jí)；光電探測(cè)受天氣影響顯著，夜間或惡劣天氣下誤報(bào)率高達(dá)30%以上；單一探測(cè)手段難以實(shí)現(xiàn)全時(shí)段、全方位覆蓋[1]。

5G-A通感一體化（Integrated Sensing and Communication, ISAC）技術(shù)憑借通信與感知融合優(yōu)勢(shì)，具備高精度、廣覆蓋、抗干擾強(qiáng)等特性，為解決變電站低空安全防護(hù)難題提供了全新技術(shù)路徑[2]。本研究聚焦變電站低空安全防護(hù)核心需求，深入探索通感一體化在低空目標(biāo)感知中的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建科學(xué)的感知參數(shù)體系、優(yōu)化定位環(huán)境建模方法、改進(jìn)參數(shù)估計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)低空無(wú)人機(jī)目標(biāo)的精準(zhǔn)識(shí)別、定位與跟蹤，將目標(biāo)感知精度提升至分米級(jí)，誤報(bào)率控制在5%以內(nèi)。研究成果可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)防護(hù)技術(shù)缺陷，完善變電站安全防護(hù)體系，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障，同時(shí)為5G-A技術(shù)在電力行業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用提供技術(shù)支撐與實(shí)踐參考[3]。

國(guó)外在5G-A通感一體技術(shù)研究方面起步較早，歐盟 “5G-ANNA”項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)基于通感一體化技術(shù)的低空目標(biāo)監(jiān)測(cè)原型系統(tǒng)，定位精度達(dá)到0.5 m，但在電力場(chǎng)景適配性上缺乏針對(duì)性優(yōu)化[4-5]；美國(guó)斯坦福大學(xué)提出的多維度參數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法[6]，雖提升了感知效率，但未考慮變電站復(fù)雜電磁環(huán)境的影響。國(guó)內(nèi)方面，華為、中興等企業(yè)已完成5G-A通感一體化基站的初步研發(fā)，在城市低空監(jiān)控場(chǎng)景開(kāi)展試點(diǎn)應(yīng)用；電力行業(yè)相關(guān)研究多集中于傳統(tǒng)感知技術(shù)的升級(jí)改造，如基于AI的雷達(dá)信號(hào)處理優(yōu)化，而將5G-A通感一體化技術(shù)應(yīng)用于變電站低空防護(hù)的研究尚處于起步階段，缺乏完整的技術(shù)體系與實(shí)踐驗(yàn)證[5]。

本文創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)：(1)針對(duì)變電站特殊電磁與地理環(huán)境，構(gòu)建定制化的感知參數(shù)體系，提出融合環(huán)境特征的定位環(huán)境重構(gòu)方法；(2)基于正交時(shí)頻空間（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）調(diào)制波形設(shè)計(jì)適用于通感一體場(chǎng)景的高精度連續(xù)時(shí)延-多普勒參數(shù)估計(jì)算法。研究采用理論分析法與建模仿真相結(jié)合的技術(shù)路線，深入剖析通感一體化技術(shù)原理與低空目標(biāo)特性，搭建基于5G-A通感一體化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)仿真驗(yàn)證，確保研究成果的科學(xué)性與實(shí)用性。


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作者信息：

馬佰超，王慶澤，孫彬，王天俁

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤 274002）

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