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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：TN929.5；TM63 文獻標志碼：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通感場景下無人機連續(xù)時延-多普勒信道參數(shù)的評估算法[J]. 電子技術應用，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，無人機“黑飛”事件頻發(fā)，對變電站安全運行構成嚴重威脅。2022年某地區(qū)變電站因無人機違規(guī)闖入與高壓設備碰撞，導致設備短路跳閘，造成周邊區(qū)域3小時停電；2023年另一變電站遭無人機攜帶異物干擾，引發(fā)設備絕緣故障，直接經(jīng)濟損失超百萬元。傳統(tǒng)低空安全防護感知技術存在明顯短板：雷達探測易受電磁干擾，定位精度僅能達米級；光電探測受天氣影響顯著，夜間或惡劣天氣下誤報率高達30%以上；單一探測手段難以實現(xiàn)全時段、全方位覆蓋[1]。

5G-A通感一體化（Integrated Sensing and Communication, ISAC）技術憑借通信與感知融合優(yōu)勢，具備高精度、廣覆蓋、抗干擾強等特性，為解決變電站低空安全防護難題提供了全新技術路徑[2]。本研究聚焦變電站低空安全防護核心需求，深入探索通感一體化在低空目標感知中的應用關鍵技術，通過構建科學的感知參數(shù)體系、優(yōu)化定位環(huán)境建模方法、改進參數(shù)估計算法，實現(xiàn)對低空無人機目標的精準識別、定位與跟蹤，將目標感知精度提升至分米級，誤報率控制在5%以內(nèi)。研究成果可有效彌補傳統(tǒng)防護技術缺陷，完善變電站安全防護體系，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供堅實保障，同時為5G-A技術在電力行業(yè)的規(guī)?；瘧锰峁┘夹g支撐與實踐參考[3]。

國外在5G-A通感一體技術研究方面起步較早，歐盟 “5G-ANNA”項目已實現(xiàn)基于通感一體化技術的低空目標監(jiān)測原型系統(tǒng)，定位精度達到0.5 m，但在電力場景適配性上缺乏針對性優(yōu)化[4-5]；美國斯坦福大學提出的多維度參數(shù)聯(lián)合估計方法[6]，雖提升了感知效率，但未考慮變電站復雜電磁環(huán)境的影響。國內(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)控場景開展試點應用；電力行業(yè)相關研究多集中于傳統(tǒng)感知技術的升級改造，如基于AI的雷達信號處理優(yōu)化，而將5G-A通感一體化技術應用于變電站低空防護的研究尚處于起步階段，缺乏完整的技術體系與實踐驗證[5]。

本文創(chuàng)新點主要體現(xiàn)：(1)針對變電站特殊電磁與地理環(huán)境，構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)境重構方法；(2)基于正交時頻空間（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）調(diào)制波形設計適用于通感一體場景的高精度連續(xù)時延-多普勒參數(shù)估計算法。研究采用理論分析法與建模仿真相結合的技術路線，深入剖析通感一體化技術原理與低空目標特性，搭建基于5G-A通感一體化的實驗平臺，通過仿真驗證，確保研究成果的科學性與實用性。


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作者信息：

馬佰超，王慶澤，孫彬，王天俁

（國網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤 274002）

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