无人机都能送外卖了！是谁在支撑低空经济快速发展呢？

中科院物理所

2024-11-30 13:17发布于北京中科院物理所官方账号

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划重点

01无人机配送成为现实，通感技术助力低空经济快速发展。

02通感技术利用基站发出的无线电波，同时进行通信和感知环境。

03为此，通感技术采用分时调度、窄波束赋形和多站点协同感知等技术以提高感知距离和精度。

04然而，通感技术目前仍难以精准识别探测到的对象材质，需要借助其他探测技术。

05目前，通感一体技术已在低空经济领域的公共服务、消费和生产作业等场景发挥重要作用。

以上内容由腾讯混元大模型生成，仅供参考

“我的意中人是个盖世英雄，有一天他会踩着七彩祥云前来......”

你的意中人还没等来，你的外卖倒是先腾云驾雾赶过来了。

还没来及恭喜无人机加入外卖小哥的大家庭，庆祝以后在人行道和马路上化身头文字D主角的外卖小哥可能会变少，另一个问题就困扰了我们。

作为吗喽或者花花草草，以前只要担心被月光宝盒砸到，而现在砸到我们头上的还可能是“飞机”和它配送的牛杂、汤粉或者烤串了。

......我发誓！我没有在想，如果两架无人机撞一起，一个送的是啤酒，一个送的是炸鸡，它们都掉在了我面前会怎么样。作为曾经光荣的少先队员，我，可能只是饿了一点。

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那么，有什么办法可以保护我们外卖在天的安全，还有我们人在地面的安全呢？

答案就是
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什么是通感？

通感是指通信和感知。通信就是大家熟悉的打打电话、上上网；感知则包括对外界的感觉和知觉两个环节。感觉大家最熟悉的就是视/听/嗅/味/触觉，知觉是大脑对所感觉到的物体进行识别判断的过程。

感觉过程我们熟悉的工具有摄像头、激光/无线电雷达、传感器等，知觉识别判断的过程可以借助算力用模型和算法来实现。所以，通感就是利用无线通信技术，去对环境进行探测和判断。

3GPP从2023年开始推动5G-A的标准，开启了5G领域的新一轮创新。其中，就包括米级精度、超1 km范围的通感一体技术。它是利用基站发出的无线电波，在兼顾通信的同时，对周边环境进行实时探测，精准地感知并定位目标物体，获取其方位、距离、速度等信息。




通感一体如何感知周边？

通感一体的能力听着很厉害，既要通信，又要感知，而且这感知探测功能听着像是要抢雷达老大的饭碗嘛~就像让子弹飞里的姜文一样，既要站着，又要把钱给赚了，那通感一体到底有没有姜文般的实力去做到呢？

1、怎么实现通信和感知

基站分别发射通信用的和感知用的电磁波，通信用的电磁波管数据，感知用的电磁波管探测。两种类型的电磁波调制方式不同，此波非彼波，就像婆婆和媳妇，各行其是，井水不犯河水。

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2、怎么避免通信和感知的干扰

通信和感知的电磁波互相干扰怎么办？这问题就像问婆婆和媳妇闹矛盾了怎么办一样，最简单的办法就是把她们分开。所以，分时调度，把通信和感知用的电磁波划分在不同的时间进行发送和接收，就是应对干扰的最佳解决方案。

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3、怎么提高感知的距离和精度

电磁波在传播过程中面临着损耗，传播距离越远，损耗越大，就像我们晚上用手电筒。那要怎么才能感知到更远的距离呢？手电筒把光聚焦到一处，就可以照得更远。光波也是一种电磁波，所以基站一样可以把发射的电磁波，从覆盖面更广的宽波束，换成能量更集中的窄波束，就可以像聚焦的手电筒一样探测更远的距离啦。这也是聪明的通信工程师，用5G波束赋形技术所尝试的新应用。

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使用窄波束后探测距离变远了，但是探测范围会变小啊，这样会不会探测就不精准了呢？这时候，就轮到由5G的CoMP（Coordinated Multi-Point，多点协同）技术衍生出的多站点协同感知技术登场啦。通过由多个5G-A基站，同时对目标进行探测和计算，我们就可以获得目标更精确的位置和速度信息。这就是传说中的，主C逆风，就摇人开团大法，是兄弟就一起砍一刀，啊不，一起探测。

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如此一来，借助5G-A的通感一体技术，我们既可以正常的手机上网刷视频，又可以探测感知周围的静态环境和动态目标，做到了通信、感知两手抓。




通感的优缺点

缺点

通感也不是万能的。由于地面环境非常复杂，通过电磁波反射的回波可以识别出物体的大小、形状、速度，但是难以判断材质，很难精准识别探测到的对象是什么。所以，现阶段对地面环境的感知，还需要借助摄像头的图像识别、激光雷达等。期待以后随着技术发展可以解决这个问题。

而在奥特曼、超人、因重庆人工降雨而走失的摇裤等加入飞行阵营前，空中的物体则更单纯一些。所以，当前通感主要应用在低空环境。

优点

  • 可以复用现有通信网络的基站站址资源，仅需更换射频模块，增加相应的基带感知及算力单元，就可以实现通感一体的低成本、快速建网。
  • 单基站设备即可实现通信和感知，包括支持大带宽的图像回传、飞行器的全天候+高精度定位、感知对象通过通信链路进行鉴权等。

以上优点，决定了通感一体技术将在近期概念爆火的“低空经济”领域发挥重大作用。

那什么是低空经济？

低空经济的发展是不是非使用通感一体技术不可，有没有其他选择了呢？

下面就让我们先一起了解下低空经济的具体情况，再看看相关技术是如何竞争的吧。




什么是低空经济？

低空经济是指依托于低空空域（一般在垂直高度1000米以下，最高不超过3000米的空域范围），以民用有人/无人驾驶的飞行器为载体，以载人、载货和其他作业场景的低空飞行活动为牵引，带动相关领域融合发展的综合性经济业态。

低空经济相关的产业和领域如下。

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而其中低空经济具体的商业应用场景，则可以根据其飞行高度，划分为以下类型。

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在这些商用场景中，和我们生活联系最紧密的低空经济场景是以下三类。
  • 公共服务：低空+物流
  • 航空消费：低空+通勤、旅游
  • 生产作业：低空+巡检

这些低空经济商用场景，都需求要能精准感知飞行器的位置。此外，还通常伴随有通信服务需求，比如你在飞行器上美美自拍，想要发个朋友圈嘚瑟的时候。最重要的是，这些低空商用场景都有很高的安全需求。相信没人会希望在大风起兮云飞扬，坐上无人机兮走四方，然后吃着火锅还唱着歌的时候，突然就被黑飞给撞了吧？

下面，我们就重点介绍为了避免碰撞，当前探测低空飞行器的几种方法和他们的差异。




低空感知技术大比拼

在低空经济中，飞行器的安全是尤为重要的，而要保障安全，首先要察觉安全风险。

在感知低空飞行器时，核心要求可以概括为：“看得到”、“看得准”、“看得远”、“一直看”。其中，“看得到”、“看得准”是基本诉求，而“看得远”、“一直看”是进阶诉求。传统的WiFi首先被Pass，因为它的信号不稳定、切换时延大、覆盖易受干扰。下面，有请进入低空感知决赛圈的选手登场~

  • 首先登场的是通感一体选手。让我们看看它除了独有的通信能力，在感知比拼中又有几把刷子呢。
  • 接着登场的是老大哥低空雷达。军迷朋友都知道雷达的能力和重要性，打仗先打雷达，没有地图可就成瞎子了。
  • 走在第三位的是新贵光电检测，通俗点说就是安全监控摄像头。得益于它们的出手，社会治安水平比十几年前有了显著提升，商业街的小偷小摸、骑行抢包等基本绝迹。
  • 最后登场的是TDOA。TDOA（Time Difference of Arrival，到达时间差）是一种无线定位技术，它通过测量信号到达不同监测站的时间差来确定信号源的位置。说简单点，就是地面版的北斗卫星定位系统技术。

就让我们用一张表来总结四位参赛选手的优缺点。满足“看得到”、“看得准”、“看得远”、“一直看”要求的打√，不满足的打×。

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可见，通感一体技术还真有几把刷子~只有它可以满足全部的要求。并且，通感一体技术可以复用现有通信基站，节省一大笔建设开支，还可以避免一般民众对雷达等辐射问题的担忧和抵制。特别是目前研发的128通道的大张角AAU设备，还有感知用的脉冲波+连续波组合配置技术，更是助力通感技术在“看得远”、“一直看”方面，实现性能的大幅提升。

此外，通感一体技术还可以和其他探测技术融合，作为低空安防探测部分的综合应用方案。

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今天，我们了解了通感技术的原理，低空经济的概念，还有通感技术是如何胜过其他感知技术，成为支撑起低空经济快速发展的核心的。
现在，到了文档君下班的时间啦！收工~


来源：中兴文档

编辑：二分

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