★ 刘畅（中国电信股份有限公司广州分公司，广东 广州 510000 ）

关键词：5G-A通感；低空飞行；飞行环境；管控平台；避障航迹

近年来，随着低空经济的快速崛起与无人机产业的规模化发展，低空空域呈现出飞行器类型多样、运行密度激增、应用场景复杂化的发展态势[1]。然而，当前低空飞行环境管控面临探测手段单一、通信与感知能力割裂、多机协同规划不足等诸多挑战，安全监管与高效运行之间的矛盾日益凸显。传统以雷达为主的监视方式在低空小目标探测上存在盲区多、精度低、识别难等问题。同时，独立部署的通信网络与感知系统无法实现信息高效融合与实时闭环控制，难以满足低空飞行对高可靠、低时延、广覆盖的一体化管控需求。

5G-A（第五代移动通信系统增强版）的通感一体化技术为上述问题提供了新的解决路径。该技术通过在同一网络中融合通信与感知能力，使基站兼具数据传输与主动感知功能，并具备泛在感知、高精度探测与低时延响应的显著优势。因此，本研究构建了面向低空飞行环境的通感一体管控平台。

1   低空飞行环境一体管控平台架构设计

针对低空空域高动态、异构飞行器密集且监管要素多元的复杂场景， 本文引入了5G -A通感一体化技术，设计了分层解耦的低空飞行环境一体管控平台架构，如图1所示。

该架构自下而上划分为感知层、传输层、数据层与应用层。其中：

（1）感知层融合5G-A通感基站、雷达、光电摄像头及北斗终端等多维设备，实现合作与非合作目标联合探测；

（2）传输层依托5G-A网络大带宽、低时延、高可靠特性，结合时间敏感网络与边缘计算，保障感知数据

图1 低空飞行环境一体管控平台架构

上传与控制指令下发的毫秒级传输；

（3）数据层构建统一时空基准的动态数据中台，通过多源融合、特征提取与航迹关联，完成数据清洗与智能分析，提供标准化服务；

（4）应用层面向空域监管与运营人员，提供飞行态势监控、通感融合探测与避障航迹规划等交互界面，支撑低空空域可视化管控与决策。

通过上述4个层次的设计，可形成“感知-传输-处理-应用”闭环的数据链路，确保了平台的高实时性、高可靠性与可扩展性。

2   低空飞行环境一体管控平台功能设计

2.1   低空飞行目标通感一体融合探测

5G -A通感基站利用通信信号回波实现对目标位置、速度与姿态的感知，具有连续覆盖与全天候工作的优势，但其对小型目标的识别能力有限[2] ；雷达与光电设备则能提供高精度目标特征与可视信息，但易受环境遮挡与气象条件影响。因此，在设计平台时，本文采用时空对准与特征级融合相结合的策略，实现多源数据的有效关联与协同判别。

假设通感基站探测得到的第 个目标状态向量为 其 中 为空间 坐标，为各 方向飞 行速度 ；雷达与光电融合系统探测得到的第 j个目标状态向量为 ,其中 表示雷达散射截面积。为判断两类传感器探测结果是否归属于同一目标，引入关联置信度函数，如式（1）所示：

式中，Y'_j为将Y_j中位置分量提取后构成的向量；V_i 、 V_j分别为两类传感器探测得到的速度向量；γ_1,γ₂为位置与速度关联的尺度因子。当ф(i j)大于预设关联门限时，判定二者为同一目标，实现多源数据的目标级关联。然后，在目标类型判别阶段，本文建立了基于融合特征向量的目标识别模型[3]。融合特征由雷达散射截面积、光电图像轮廓特征及通感微多普勒谱特征共同构成。目标类型判决采用加权融合判别函数， 如式（2）所示：                        

式中，f₁、f₂、f₃分别为通感、雷达、光电三类设备提取的归一化目标特征置信度；w_k为对应权重系数。当综合置信度超过预设阈值时，判定为合作目标；若低于阈值且关联轨迹持续异常，则标记为潜在“黑飞”目标。因此，通过上述通感一体融合探测功能平台，可实现低空飞行目标的多维联合检测与精准识别，有效支撑了后续功能。

2.2   飞行目标最优避障航迹协同规划

为进一步实现低空飞行环境安全的管控，本研究基于低空飞行目标通感一体融合探测结果，设计了飞行目标最优避障航迹协同规划功能。

首先，针对单飞行器避障航迹规划问题，本文采用改进A*算法在三维栅格空间中搜索最优路径。该算法引入动态权重因子，可在障碍物密集区域加强启发函数的引导作用，提高了搜索效率。节点n的代价函数D(")定义为式（3）：

式中，G(")为从起始节点到当前节点" 的实际路径代价；H(")为从节点"到目标节点的欧几里得距离估计值；为动态权重系数，根据障碍物密度自适应调整。同时，为确保规划航迹的安全性，本文引入安全约束代价函数，对靠近障碍物或禁飞区的节点施加惩罚。安全代价R(")定义为式（4）：

式中， 为障碍物集合； 为节点与障碍物 之间的最小距离； 为安全距离阈值；为惩罚系数。然后，将安全代价融入节点评估，更新综合代价为[4]式（5）：

式中，    n为安全与效率的平衡因子，通过调节该参数实现不同场景下的偏好配置。因此，在低空环境中，飞行器依据更新后的综合代价即可生成最佳航迹。

最后，在多飞行器协同规划场景中，为避免各飞行器发生碰撞，本研究设计了平台来检测各飞行器规划航迹间的时空冲突，并对冲突航迹的后续节点进行协同调整。冲突解脱的航迹偏移量满足[5]式（6）：

式中，为飞行器的原始规划位置；为调整后的位置；为飞行器间最小安全间隔。通过求解上述最小偏移优化问题，平台在保持航迹整体最优性的同时，实现了多机协同无冲突运行。因此，通过上述协同规划功能，平台能够动态生成满足安全约束与效率最优的避障航迹，有效支撑了低空高密度飞行场景下的飞行器安全管控需求。

3   平台测试

3.1   测试准备

在完成基于5G-A通感一体化技术的低空飞行环境一体管控平台架构与功能设计后，本研究搭建了一个仿真测试环境，分别对低空飞行目标通感一体融合探测功能与飞行目标最优避障航迹协同规划功能展开测试。

测试环境的具体参数配置如表1所示。

表1 测试环境配置信息

3.2   测试结果

在上述测试环境中，首先针对低空飞行目标通感一体融合探测功能，设置两种典型工况：

工况一为晴朗白天，能见度良好；

工况二为模拟雨雾天气，能见度小于200m。

在每种工况下，依次设置11个不同信噪比等级（-10dB~10dB，步长为2dB），分别采用单一雷达探测与本文设计平台的通感一体融合探测方案，对低空飞行目标进行实时探测， 并统计虚警率。测试结果如图2所示。

图2  目标探测功能测试结果

由图2可知，随着信噪比的不断增大，两种方案对低空飞行目标探测的虚警率均呈逐渐下降的趋势，但通感一体融合探测的虚警率始终保持在较低水平。尤其是在雨雾天气（工况二）下， 一体融合探测凭借光电与通感基站的互补特性，仍可有效抑制虚警，验证了本文设计平台在恶劣环境下具备良好的鲁棒性。

然后，针对飞行目标最优避障航迹协同规划功能，在工况一下，设置三架小型旋翼无人机（UAV1、 UAV2、UAV3），分别从不同起点飞向不同终点，空域内随机分布若干静态障碍物。平台实时生成三维航迹，并投影至二维平面进行分析。测试结果如图3所示。

图3 航迹规划功能测试结果

由图3中可知，各无人机航迹均平滑绕开障碍物，且始终保持安全间隔（大于5m），未出现交叉冲突。结果表明，本文设计平台能够有效实现多飞行器协同避障与冲突解脱，保障了低空高密度飞行场景下的运行安全。综上，本文设计平台功能完善，可实现高效的低空飞行环境一体化管控。

4   结束语

本文设计了一种基于5G-A通感一体化技术的低空飞行环境一体管控平台。该平台采用感知层、传输层、数据层、应用层分层解耦架构，实现了多源数据采集、传输、融合到应用的全流程贯通。在核心功能上，该平台依托通感一体融合探测与最优避障航迹协同规划两大关键技术，提升了低空目标的探测精度与多机协同运行的安全性。实验测试结果验证了该平台架构与功能的可行性和有效性。后续研究将结合人工智能与边缘计算，进一步优化超密集场景下的空域态势预测与决策时效性，为低空智联网管控提供技术支撑。

作者简介：

刘   畅（1991-），男，广东广州人，中级工程师，学士，现就职于中国电信股份有限公司广州分公司，研究方向为低空通信、数字化平台、5G-A网络。

参考文献：

[1] 刘斌越, 杨建强, 徐波, 等. 5G-A通感一体基站组网低空感知关键技术[J]. 信号处理, 2025, 41 (5) : 787 - 806.

[2] 谢华, 苏方正, 尹嘉男, 等. 复杂低空无人机飞行冲突网络建模与精细管理[J]. 航空学报, 2023, 44 (18) : 221 - 241.

[3] 李全生, 周伟, 陈树召, 等. 基于 "空-天-地-深" 一体化的露天矿采动损伤监测与评价技术体系与实践[J]. 中国煤炭, 2025, 51 (11) : 2 - 10.

[4] 刘志硕, 李鑫, 王文帅, 等. 基于移动闭塞的低空交通系统设计与运行管控[J]. 铁道运输与经济, 2025, 47 (11) : 66 - 75.

[5] 兰天鸽, 陈璐. 面向无人机集群的协同识别资源管控设计[J]. 现代雷达, 2023, 45 (6) : 63 - 66.

摘自《自动化博览》2026年6月刊