毫米波+RFID+无人机，一个全新的集成式方案

日本电信集团NTT已推出一种利用被动毫米波射频识别（RFID）标签的无人机导航解决方案，帮助无人机在恶劣天气或低能见度条件下识别地面位置。

借助这项技术，无人机可以捕获RFID标签ID，以信号的回馈来更好地确定其自身位置，应用领域包括灾害响应或协助研究人员探索偏远地区。此外，NTT集团最近对用于检查海上风力涡轮机的无人机应用射频技术协助定位的方案也进行了测试。

NTT集团与东京大学合作设计了其Millisign无人机通信系统。通过使用附着在地面的RFID标签，公司想要验证在雨、雾或其他低能见度条件下，无人机是否能够确定其位置。

基于无人机导航的QR码替代方案

该解决方案由安装在无人机上的雷达发射器和专门设计的无源RFID标签组成。事实上，NTT构建了一种标签设计以及信号处理方法，以在各种极端气候条件下提供最佳的读取性能。

为了帮助无人机导航其位置，传统的开发人员使用诸如QR码之类的方法。NTT研究工程师Tatsuya Iizuka表示，无人机可以扫描附在特定位置（如着陆点）的QR码。

然后，该扫描可以识别无人机位于哪个标签附近，从而确定其位置。然而，像这样的视觉标志在夜间或恶劣天气中无法使用。而RFID识别，可以不需要可视需求，NTT故而使用RFID来替代QR码进行测试。

将带有芯片和天线的RFID标签放置在偏远的户外，可能会面临许多挑战。因此，该团队设计了一种不带芯片的RFID标签系统。通过定制的标签搭配独特的三维斜角反射器结构，使RFID标签上的图案形成独特的ID，在无人机运行时，利用无人机的毫米波雷达功能对RFID标签图案进行识别，获取其位置信息。

无人机的传输原理

该无人机本身配备了一个安装有毫米波雷达发射器的设备，而非传统的RFID读取器。该无人机设备使用79 GHz毫米波频率进行传输，而不同于其他RFID系统，比如标准的UHF RFID使用的900 MHz频率。

随着无人机的飞行，发射器发送其信号。当它接近RFID标签时，标签接收该传输信号并以广泛的视角向发射器反射其独特的响应。

无人机的内置处理器分析响应以识别与特定位置相关联的标签。然后，它分析信号强度以确定无人机的位置以及何处着陆或执行其他操作。

为确保有效可靠的传输，NTT与大学研究人员建立了一个信号处理机制，从反射器中提取信息。

优秀的读取能力

该团队在无人机上使用了一种商用的毫米波雷达组件，型号为得克萨斯仪器（Texas Instruments）的IWR1443，76至81 GHz波段模块，Iizuka表示。“我们进行了实验，并通过使用反射阵列验证了广泛的读取范围。”他说。

测试包括基于标签特征值分析的空间位置的测算，特征值分析是一种统计方法，用于分析大量变量之间的相互关系。它使用聚类分析在拥挤的环境或存在障碍物（如墙壁、车辆或楼梯）的空间中区分标签与其他物体。

该无人机在各种条件和场地进行了测试，使用292毫米宽（11英寸）的标签，在10至15米的距离内进行了读取。“我们通过增加标签的宽度，从而产生更强的反射，能够进一步增加无人机的读取范围，”Iizuka说。

在雨雾等环境中测试系统

通过NTT公司的测试，在浓雾和大雨中，该无人机利用这项技术也可以成功识别着陆点。该系统还在多场景下进行了重复测试，测试环境包括将标签放置在楼梯附近，以及一个类似停车场的环境，一辆面包车或一堵墙附近。

该系统还在不同的附着表面条件下进行了测试：在草地、沙地、水中和金属上都能实现对无人机的定位。

由于一些应用可能需要多个标签，研究人员还尝试了同时使用多个标签的系统。“我们在一个平方米的区域放置了多个标签，发现在使用三个标签以内的情况下，标签识别的性能几乎没有下降，”Iizuka表示。

研究人员也测试了在不同无人机行驶速度下的读取功能，并发现识别结果保持一致。“我们验证了无人机速度对读取性能没有影响，”研究工程师说道。

在灾难场景中完成救援任务

NTT预计MilliSign技术主要用于灾难情景下的救援任务，公司预测，用于灾难监测和救援运输的无人机通过该技术实现的自治和连续运行将提高救援行动的生产力。在这种场景下，由于能见度差，传统无人机无法运行，可能需要无人机在夜间或恶劣天气中运行，而该方案下的无人机能很好地应对这样的场景。

这是第一项表明无人机可以在能见度差的条件下安全导航的研究，该系统目前仍处于原型阶段。

Iizuka表示：“接下来，我们需要与无人机公司等合作伙伴合作，将MilliSign技术集成到飞行控制系统中，通过AI的辅助，创建可以在全天候和各种天气条件下运行的完全自治的无人机。”

用无人机检测风力涡轮机运行

NTT集团已完成无人机之间的无线通信的部署。该公司建立了一套射频传输系统，以实现在风力涡轮机运行时使用无人机对涡轮机进行日常的状态检查。

在以往的条件下，工程师必须前往涡轮机所在地，对风力涡轮机进行目视检查，以寻找任何裂纹或损伤，这是一个非常危险的过程，因为它经常在涡轮机运动时进行，这需要工程师攀爬到相当高的位置。

使用NTT的解决方案，可以应用两台无人机在涡轮机的两侧进行环绕飞行。它们在涡轮机周围盘旋时互相发送和接收无线电信号，当一架无人机发射射频信号时，能量穿过涡轮机传递到对面的配备射频接收器的无人机。在检测中使用的无线电信号是被弱化后的，这样可以确保用户无需获得无线电台许可证就能运营无人机完成任务。涡轮机本身会产生一个菲涅尔区（Fresnel Zone）—这是无线电波传播的空间。

测试发现，在30米的高度可以使用无人机进行无线电信号的传输和接收，并有效完成对涡轮机的状态检查任务。NTT集团的下一步是在实地环境下进一步测试该技术。