★ 劉暢（中國電信股份有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000 ）

關鍵詞：5G-A通感；低空飛行；飛行環境；管控平臺；避障航跡

近年來，隨著低空經濟的快速崛起與無人機產業的規模化發展，低空空域呈現出飛行器類型多樣、運行密度激增、應用場景復雜化的發展態勢[1]。然而，當前低空飛行環境管控面臨探測手段單一、通信與感知能力割裂、多機協同規劃不足等諸多挑戰，安全監管與高效運行之間的矛盾日益凸顯。傳統以雷達為主的監視方式在低空小目標探測上存在盲區多、精度低、識別難等問題。同時，獨立部署的通信網絡與感知系統無法實現信息高效融合與實時閉環控制，難以滿足低空飛行對高可靠、低時延、廣覆蓋的一體化管控需求。

5G-A（第五代移動通信系統增強版）的通感一體化技術為上述問題提供了新的解決路徑。該技術通過在同一網絡中融合通信與感知能力，使基站兼具數據傳輸與主動感知功能，并具備泛在感知、高精度探測與低時延響應的顯著優勢。因此，本研究構建了面向低空飛行環境的通感一體管控平臺。

1   低空飛行環境一體管控平臺架構設計

針對低空空域高動態、異構飛行器密集且監管要素多元的復雜場景， 本文引入了5G -A通感一體化技術，設計了分層解耦的低空飛行環境一體管控平臺架構，如圖1所示。

該架構自下而上劃分為感知層、傳輸層、數據層與應用層。其中：

（1）感知層融合5G-A通感基站、雷達、光電攝像頭及北斗終端等多維設備，實現合作與非合作目標聯合探測；

（2）傳輸層依托5G-A網絡大帶寬、低時延、高可靠特性，結合時間敏感網絡與邊緣計算，保障感知數據

圖1 低空飛行環境一體管控平臺架構

上傳與控制指令下發的毫秒級傳輸；

（3）數據層構建統一時空基準的動態數據中臺，通過多源融合、特征提取與航跡關聯，完成數據清洗與智能分析，提供標準化服務；

（4）應用層面向空域監管與運營人員，提供飛行態勢監控、通感融合探測與避障航跡規劃等交互界面，支撐低空空域可視化管控與決策。

通過上述4個層次的設計，可形成“感知-傳輸-處理-應用”閉環的數據鏈路，確保了平臺的高實時性、高可靠性與可擴展性。

2   低空飛行環境一體管控平臺功能設計

2.1   低空飛行目標通感一體融合探測

5G -A通感基站利用通信信號回波實現對目標位置、速度與姿態的感知，具有連續覆蓋與全天候工作的優勢，但其對小型目標的識別能力有限[2] ；雷達與光電設備則能提供高精度目標特征與可視信息，但易受環境遮擋與氣象條件影響。因此，在設計平臺時，本文采用時空對準與特征級融合相結合的策略，實現多源數據的有效關聯與協同判別。

假設通感基站探測得到的第 個目標狀態向量為 其 中 為空間 坐標，為各 方向飛 行速度 ；雷達與光電融合系統探測得到的第 j個目標狀態向量為 ,其中 表示雷達散射截面積。為判斷兩類傳感器探測結果是否歸屬于同一目標，引入關聯置信度函數，如式（1）所示：

式中，Y'_j為將Y_j中位置分量提取后構成的向量；V_i 、 V_j分別為兩類傳感器探測得到的速度向量；γ_1,γ₂為位置與速度關聯的尺度因子。當ф(i j)大于預設關聯門限時，判定二者為同一目標，實現多源數據的目標級關聯。然后，在目標類型判別階段，本文建立了基于融合特征向量的目標識別模型[3]。融合特征由雷達散射截面積、光電圖像輪廓特征及通感微多普勒譜特征共同構成。目標類型判決采用加權融合判別函數， 如式（2）所示：                        

式中，f₁、f₂、f₃分別為通感、雷達、光電三類設備提取的歸一化目標特征置信度；w_k為對應權重系數。當綜合置信度超過預設閾值時，判定為合作目標；若低于閾值且關聯軌跡持續異常，則標記為潛在“黑飛”目標。因此，通過上述通感一體融合探測功能平臺，可實現低空飛行目標的多維聯合檢測與精準識別，有效支撐了后續功能。

2.2   飛行目標最優避障航跡協同規劃

為進一步實現低空飛行環境安全的管控，本研究基于低空飛行目標通感一體融合探測結果，設計了飛行目標最優避障航跡協同規劃功能。

首先，針對單飛行器避障航跡規劃問題，本文采用改進A*算法在三維柵格空間中搜索最優路徑。該算法引入動態權重因子，可在障礙物密集區域加強啟發函數的引導作用，提高了搜索效率。節點n的代價函數D(")定義為式（3）：

式中，G(")為從起始節點到當前節點" 的實際路徑代價；H(")為從節點"到目標節點的歐幾里得距離估計值；為動態權重系數，根據障礙物密度自適應調整。同時，為確保規劃航跡的安全性，本文引入安全約束代價函數，對靠近障礙物或禁飛區的節點施加懲罰。安全代價R(")定義為式（4）：

式中， 為障礙物集合； 為節點與障礙物 之間的最小距離； 為安全距離閾值；為懲罰系數。然后，將安全代價融入節點評估，更新綜合代價為[4]式（5）：

式中，    n為安全與效率的平衡因子，通過調節該參數實現不同場景下的偏好配置。因此，在低空環境中，飛行器依據更新后的綜合代價即可生成最佳航跡。

最后，在多飛行器協同規劃場景中，為避免各飛行器發生碰撞，本研究設計了平臺來檢測各飛行器規劃航跡間的時空沖突，并對沖突航跡的后續節點進行協同調整。沖突解脫的航跡偏移量滿足[5]式（6）：

式中，為飛行器的原始規劃位置；為調整后的位置；為飛行器間最小安全間隔。通過求解上述最小偏移優化問題，平臺在保持航跡整體最優性的同時，實現了多機協同無沖突運行。因此，通過上述協同規劃功能，平臺能夠動態生成滿足安全約束與效率最優的避障航跡，有效支撐了低空高密度飛行場景下的飛行器安全管控需求。

3   平臺測試

3.1   測試準備

在完成基于5G-A通感一體化技術的低空飛行環境一體管控平臺架構與功能設計后，本研究搭建了一個仿真測試環境，分別對低空飛行目標通感一體融合探測功能與飛行目標最優避障航跡協同規劃功能展開測試。

測試環境的具體參數配置如表1所示。

表1 測試環境配置信息

3.2   測試結果

在上述測試環境中，首先針對低空飛行目標通感一體融合探測功能，設置兩種典型工況：

工況一為晴朗白天，能見度良好；

工況二為模擬雨霧天氣，能見度小于200m。

在每種工況下，依次設置11個不同信噪比等級（-10dB~10dB，步長為2dB），分別采用單一雷達探測與本文設計平臺的通感一體融合探測方案，對低空飛行目標進行實時探測， 并統計虛警率。測試結果如圖2所示。

圖2  目標探測功能測試結果

由圖2可知，隨著信噪比的不斷增大，兩種方案對低空飛行目標探測的虛警率均呈逐漸下降的趨勢，但通感一體融合探測的虛警率始終保持在較低水平。尤其是在雨霧天氣（工況二）下， 一體融合探測憑借光電與通感基站的互補特性，仍可有效抑制虛警，驗證了本文設計平臺在惡劣環境下具備良好的魯棒性。

然后，針對飛行目標最優避障航跡協同規劃功能，在工況一下，設置三架小型旋翼無人機（UAV1、 UAV2、UAV3），分別從不同起點飛向不同終點，空域內隨機分布若干靜態障礙物。平臺實時生成三維航跡，并投影至二維平面進行分析。測試結果如圖3所示。

圖3 航跡規劃功能測試結果

由圖3中可知，各無人機航跡均平滑繞開障礙物，且始終保持安全間隔（大于5m），未出現交叉沖突。結果表明，本文設計平臺能夠有效實現多飛行器協同避障與沖突解脫，保障了低空高密度飛行場景下的運行安全。綜上，本文設計平臺功能完善，可實現高效的低空飛行環境一體化管控。

4   結束語

本文設計了一種基于5G-A通感一體化技術的低空飛行環境一體管控平臺。該平臺采用感知層、傳輸層、數據層、應用層分層解耦架構，實現了多源數據采集、傳輸、融合到應用的全流程貫通。在核心功能上，該平臺依托通感一體融合探測與最優避障航跡協同規劃兩大關鍵技術，提升了低空目標的探測精度與多機協同運行的安全性。實驗測試結果驗證了該平臺架構與功能的可行性和有效性。后續研究將結合人工智能與邊緣計算，進一步優化超密集場景下的空域態勢預測與決策時效性，為低空智聯網管控提供技術支撐。

作者簡介：

劉   暢（1991-），男，廣東廣州人，中級工程師，學士，現就職于中國電信股份有限公司廣州分公司，研究方向為低空通信、數字化平臺、5G-A網絡。

參考文獻：

[1] 劉斌越, 楊建強, 徐波, 等. 5G-A通感一體基站組網低空感知關鍵技術[J]. 信號處理, 2025, 41 (5) : 787 - 806.

[2] 謝華, 蘇方正, 尹嘉男, 等. 復雜低空無人機飛行沖突網絡建模與精細管理[J]. 航空學報, 2023, 44 (18) : 221 - 241.

[3] 李全生, 周偉, 陳樹召, 等. 基于 "空-天-地-深" 一體化的露天礦采動損傷監測與評價技術體系與實踐[J]. 中國煤炭, 2025, 51 (11) : 2 - 10.

[4] 劉志碩, 李鑫, 王文帥, 等. 基于移動閉塞的低空交通系統設計與運行管控[J]. 鐵道運輸與經濟, 2025, 47 (11) : 66 - 75.

[5] 蘭天鴿, 陳璐. 面向無人機集群的協同識別資源管控設計[J]. 現代雷達, 2023, 45 (6) : 63 - 66.

摘自《自動化博覽》2026年6月刊