国海智峰【低空电磁环境】专利微导航报告（上期）

低空电磁环境主要指的是低空区域（通常指与地面较近的大气层空间）中电磁波的分布、传播特性及其所受的影响因素的总和在这个环境中，电磁波可能会受到多种因素的影响，如地形、建筑物、植被、气象条件以及各类电磁设备的辐射等。在民航领域，了解低空电磁环境可以有效避免飞行器与电磁波之间的干扰，确保飞行安全。

通用航空是低空运行的主体,保障通航飞行安全至关重要。目前无线电设备在通用航空中广泛应用，对保障飞行安全发挥着不可替代的作用。但低空电磁环境日渐复杂，一旦通航无线电设备的正常使用受到干扰,就会威胁通航安全飞行。因此监测低空电磁环境以及在复杂的电磁环境下实现看不见、摸不着的电磁态势可视化，对于保障通航低空安全运行具有积极意义。针对低空电磁环境的测量与监测方法主要包括地面测量、空中测量和卫星遥感等。地面测量主要通过布设在地面上的接收设备对电磁场进行实时监测；空中测量则利用飞行器搭载测量设备对低空电磁环境进行空中采样；卫星遥感则通过卫星搭载的传感器对地球表面及低空电磁环境进行大范围、高精度的监测。地面测量只能监测到其附近一定范围内的电磁环境，对于低空空域交界处，地面监测站可能无法覆盖或监测效果减弱，可能导致某些关键区域电磁环境数据缺失或不准确且受地面环境影响大，卫星遥感监控技术可以覆盖大面积区域，但其空间分辨率往往有限，对于低空电磁环境监控特别需要精细识别特定设备或信号的场合，卫星遥感可能难以提供足够详细的信息且受大气干扰，成本也比较高昂。因此，利用飞行器携带监测设备从空中监测电磁环境是最常用的低空电磁监控方法，但此方法具有成本高的特点;为了提高监测效率、降低监测成本,仍面临三个主要问题：1.如何监测低空电磁环境；2.监测数据稀疏性；3.如何实现低空电磁态势可视化。

1.互调干扰：两个或多个频谱分量在非线性器件中相互产生的无用频率分量。

危害：影响管制员与机组地空通信质量；增加发射机故障率，缩短其寿命；降低有效功率；干扰空间电波秩序。

2.同频干扰：载波频率和有用信号的载波频率一致，并且以相同的方式进入到接收机中。

危害：航空通讯过程中接收到某些不能被过滤或屏蔽掉的无用电波，影响航空正常通讯。

图1：同频干扰示意图

3.邻道干扰：邻道干扰是相邻的或来自邻近波道的信号造成的干扰。

危害：这些信号就可能被航空通讯系统中的接收机接收到，这样就会对甚高频通信造成相应的干扰。

图2：邻道干扰示意图

随着现代科技的飞速发展，无人机、直升机等低空飞行器在军事侦察、民用航拍、物流配送等多个领域的应用日益广泛，成为现代社会不可或缺的重要工具。这些飞行器的普及也带来了低空电磁环境日趋复杂化的挑战。由于飞行器在飞行过程中与各类电子设备交互，其产生的电磁干扰和电磁污染问题日益突出，给低空飞行的安全性和稳定性带来了严重的威胁。

鉴于这一严峻的现实情况，对低空电磁环境进行监测与仿真的研究显得尤为迫切和重要。通过实时监测技术，我们能够及时捕捉低空电磁环境的变化，有效发现和定位电磁干扰、电磁污染等问题。这不仅有助于提升低空飞行的安全性和可靠性，更可以为飞行器的正常运行提供坚实的保障。

仿真技术也是低空电磁环境监测与研究中不可或缺的一环。通过构建精确的电磁环境仿真模型，我们能够模拟不同场景下的电磁环境状况，为飞行器的设计、运行和维护提供重要参考。这有助于减少因电磁环境问题导致的飞行器故障，提升整体飞行效率，降低运营成本。

低空电磁环境监测与仿真技术的研究不仅具有深远的现实意义，还具备广阔的应用前景。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，这一领域的研究将有望为低空飞行器的广泛应用提供更为全面和深入的解决方案。它也将推动相关产业的快速发展和创新，为社会经济的持续繁荣做出重要贡献。

在具体研究过程中，我们首先需要深入理解低空电磁环境的特性及其变化规律。这包括对各类飞行器的电磁辐射特性、电磁干扰传播机制以及电磁污染形成机理的深入研究。我们还需要关注不同场景下电磁环境的差异性和复杂性，以便为后续的监测与仿真工作提供准确的数据支持和理论依据。

在监测技术方面，我们将采用先进的电磁测量设备和方法，对低空电磁环境进行实时、连续的监测。这包括但不限于电磁场强度、频谱分布、干扰源定位等方面的测量。通过对监测数据的收集和分析，我们可以准确了解电磁环境的实际情况，为后续仿真研究提供有力支撑。

在仿真技术方面，我们将利用先进的计算机技术和数值分析方法，构建高精度、高可靠性的电磁环境仿真模型。这些模型将充分考虑低空飞行器的实际运行环境和电磁特性，以实现对电磁环境的精确模拟。我们还将探索如何利用仿真技术对电磁干扰进行预测和评估，为飞行器的设计和运行提供更为科学的依据。

在深入探讨低空电磁环境监测与仿真技术的最新进展时，我们必须承认，尽管国内在此领域已取得了显著的进步，但与国际先进水平相比，仍存在一定差距。在国内的研究现状中，电磁环境监测设备的研发占据了重要位置。众多科研机构和企业致力于提升设备的精度和稳定性，以满足日益增长且日益严格的电磁环境监测需求。这不仅包括对现有设备的改进和升级，还涉及到新型监测技术的探索和创新。

与此电磁环境仿真模型的建立也成为了国内研究的热点。通过构建更加贴近实际的仿真模型，研究者们能够更准确地预测和评估电磁环境的变化及其对各类设备的影响。这些仿真模型不仅考虑了电磁环境的复杂性和多变性，还融入了不同设备的电磁特性，使得模拟结果更加贴近实际情况。

除了设备和模型的研发，电磁兼容性测试也是国内研究不可忽视的一环。在复杂的电磁环境中，各种电子设备之间的相互干扰问题日益突出。进行电磁兼容性测试对于确保设备的正常运行和减少故障率具有重要意义。国内的研究机构在电磁兼容性测试方面取得了一系列成果，为提升我国电子设备的整体性能和质量提供了有力支持。

相比之下，国外在低空电磁环境监测与仿真技术方面的发展已经相对成熟。他们不仅拥有先进的电磁环境监测设备，还能够实现对电磁环境的全面、精准监测。这些设备采用了最新的传感技术和数据处理方法，使得监测结果更加准确可靠。国外的仿真软件也具备高度的专业性和实用性，能够模拟各种复杂的电磁环境场景，为电磁环境的分析和优化提供了强大的工具。

在研究领域方面，国外的研究不仅局限于设备和模型的开发，还涉及到了更为广泛的领域。例如，他们深入研究了电磁环境对低空飞行器性能的影响，探讨了不同电磁环境下飞行器的稳定性和安全性问题。国外还关注了电磁辐射对人体健康的影响，研究了电磁辐射对国内外低空电磁环境监测与仿真技术进展研究人体细胞的损伤机制以及防护措施。这些研究不仅有助于提升低空电磁环境监测与仿真技术的整体水平，也为相关领域的发展提供了重要的理论支撑和实践指导。

专利申请量的分析主要研究的是一个研发趋势分析，其中由于专利申请日和公开日之间有一定时间间隔，2024年的专利信息还未完全公开，本次分析可不重点考虑。由图3全球专利年度申请趋势可以看出，电磁环境监测及仿真技术第一件专利产生于1946年，1946-1971年属于技术萌芽阶段，早期，由于低空技术不成熟，因此以低空旅游和在农业、工业的探索应用为主，应用范围比较小所以专利申请量较少，每年还不足30件，且申请人主要以美国、英国、德国、前苏联等一些发达国家为主；1972-2009年属于技术成长阶段，该阶段专利申请量有所增加但是每年还不足300件，2010年以后，随着低空飞行技术的愈发成熟和应用的多元化，该阶段专利申请量也呈现出爬坡式增长，2021年-现在全球低空经济正处于进一步的应用普及阶段，低空电磁环境监测及仿真技术专利申请量也呈现出大量增长趋势，但从整体看来，对于低空电磁环境监测及仿真技术的研究目前尚处于初级阶段，对其进行相关专利布局具有很大的空间。

图3：全球专利年度申请趋势图

由于低空电磁环境监测及仿真技术专利分布年份较广，且2005年以前专利申请人主要以美国、日本、韩国等国家为主，中国没有进行相关专利申请，故只对近20年专利申请情况进行分析，早在1946年前苏联就开始进行了第一件低空电磁环境监测技术布局而2005年中国才开始进行相关技术布局，比发达国家晚了近60年，但是中国申请量增长迅速仅用了3年时间便远超发达国家申请量位居第一，且近15年相关专利技术申请量居高不下稳居第一。

图4：全球公开国家排名

图5：全球专利申请人排名

图5为全球前20位专利申请人排名，排名前20位的申请人中企业申请人为16家，且均为国内外大型知名企业，说明本技术有一定的经济前景。专利申请量排名前20位申请人中，国外企业有9家，国内企业有7家这可能与国外在电磁环境监测技术领域的研究起步较早，积累了丰富的技术储备和研发经验，并在长期的发展过程中，逐步建立了完善的研发体系和知识产权保护制度，从而促进了技术的不断创新和进步，其次国外企业对于低空电磁环境监测及仿真技术的市场需求和应用场景可能有更深入的了解，随着低空领域的开放和应用不断拓展，国外企业可能更早地意识到这一领域地商业价值和发展潜力，因此积极投入研发并申请专利。高校申请人有4家，分别为北京航空航天大学、西安电子科技大学、电子科技大学、清华大学均为电磁场与无线技术专业排名前10名的大学，该专利技术没有个人申请人，说明本技术对于个人申请人来说可能研发成本较高。

表1：全球排名前20位申请人专利申请量

图6：申请人研发力

从申请人的研发力图上看出，申请人的研究方向主要集中在以下技术领域：

G01R：测量电变量；测量磁变量（指示谐振电路的正确调谐入H03J3/12 ）。

G06F：电数字数据处理（基于特定计算模型的计算机系统入 G06N）。
G01D：非专用于特定变量的测量；不包含在其他单独小类中的测量两个或多个变量的装置；计费设备；非专用于特定变量的传输或转换装置；未列入其他类目的测量或测试。

H04B：传输。

图7：技术集中度分析

图7为低空电磁环境监测与仿真技术领域技术集中度分布图，技术集中度是指特定行业或领域内技术资源的集中程度，它反映了技术创新活动在企业中的分布情况。由图可以看中该专利技术在日本的株式会社爱德万测试公司的专利集中度最高占比为23.96%，台北的安立股份有限公司位居第二占比为11.76%，北京航空航天大学位居第三占比为11.31%，这说明上述企业和高校可能具备更强的创新能力和技术积累，能够更快地推动技术进步和应用，在竞争中占据优势地位。

图8：全球专利技术构成图

图8为全球专利技术构成图，分析专利技术分布情况，可辅助企业掌握该技术的主要研发方向或者选择技术空白、薄弱的点进行技术攻关。由图可以看出全球专利技术主要集中在以下技术领域：

GR01：测量电变量；测量磁变量（指示谐振电路的正确调谐入H03J3/12 ）;
G06F：电数字数据处理（基于特定计算模型的计算机系统入 G06N）;

H04B：传输；

G01S：无线电定向；无线电导航；采用无线电波测距或测速；采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测；采用其他波的类似装置。

图9：技术生命周期图

图9为低空电磁环境监测及仿真技术生命周期图，由于该专利技术跨越时间段范围较广且1971年前该专利技术申请量较少，每年还不足30件，故此次只对1971年-2024年这个时间段进行了分析。从图9技术生命周期图可以看出，低空电磁监测与仿真技术一直是一个持续增长的状态，2022年开始申请人和申请数量都有所下降可能与专利的公开具有一定的延时性导致统计的数据不完全有关。从申请趋势来看，低空电磁监测与仿真技术正处于技术成长期，说明随着技术的不断发展，市场不断扩大，技术的吸引力凸显，使介入的企业增多。因此可以看出，低空电磁监测与仿真技术在我国政策、产业、市场发展的良好前景下，正在高速发展，未来仍然有较为明显的增长优势。

专利申请量的分析主要研究的是一个研发趋势分析，其中由于专利申请日和公开日之间有一定时间间隔，2024年的专利信息还未完全公开，本次分析可不重点考虑。

图10：国内专利申请趋势分析

图10为国内专利申请趋势图，由图可以看出，国内低空电磁环境监测与仿真技术专利申请虽然起步较晚但是申请趋势基本上与国外的专利申请趋势呈现出高度的同步性。从年度申请量来看，近20年，国内低空电磁环境监测与仿真技术经历了从无到有到飞速发展的阶段，2009年及之前为本技术的萌芽阶段，有少量专利申请；2010年之后，本技术从专利申请量来看发展较为迅速。

根据一般技术的生命周期，高速发展后，可能会经历一段波折甚至下降时期，专利申请数量减少，技术瓶颈凸显，研发人员应提早注意，加强技术的可持续性发展。

图11：专利各类型分布

图11为专利各类型分布图。由图可以看出低空电磁环境监测与仿真技术专利申请发明专利为8285件占比75.91%，实用新型专利2442件占比22.45%，外观设计专利179件占比1.64%，低空电磁环境监测与仿真技术发明专利申请量较多，外观设计专利申请量较少，说明该技术水平和创造性水平较高，仍具有很高的研究价值，且越来越多的主体选择更具创造性和保护力度更大的发明专利来保护自己的创新成果，这既体现了技术创新活动的活跃和深入，也反映了社会对知识产权保护的重视和需求的提升。

图12：国内专利申请人排名

图12为低空电磁监测与仿真技术国内前20专利申请人排名图，由图可以看出排名前20的申请人中高校科研院所申请人有12家，企业申请人有8家，没有个人申请，这说明该技术领域具有较高的创新性和技术含量，也说明该技术领域的专利主要集中于对该技术相关产品、方法或者改进方面，也说明了企业或者高校在技术创新方面的投入较大，以及对于技术的深度和广度要求更高。

图13：国内申请人研发力

从申请人的研发力图上看出，申请人的研究方向主要集中在以下技术领域：

G01R：测量电变量；测量磁变量（指示谐振电路的正确调谐入H03J3/12 ）;

G06F：电数字数据处理（基于特定计算模型的计算机系统入 G06N）;

G01S：无线电定向；无线电导航；采用无线电波测距或测速；采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测；采用其他波的类似装置。

图14：国内申请人技术集中度分布

图14为国内申请人技术集中度分布图，技术集中度分析可以清晰地了解哪些机构或个人在该专利领域具有显著的专利申请活动，从而揭示出该领域的创新主体和创新实力分布。由图可以看出，低空电磁监测及仿真技术领域专利技术集中度适中，该技术领域存在北京航空航天大学、西安电子科技大学、国家电网有限公司、电子科技大学等多个活跃的创新主体，他们在技术研发和专利申请方面表现出较高的积极性，这种分散化的创新格局有助于推动技术的多样化和快速发展，促进不同创新主体之间的合作与竞争，进而能够提升整个领域的技术创新水平，而适度的集中度则可能意味着技术领域的竞争较为均衡，有利于技术创新和产业发展的良性循环。

同时，通过对申请人集中度的变化进行监测和分析，可以预测技术创新趋势的演变。例如，如果某一技术领域的申请人集中度逐渐上升，可能预示着该技术领域的创新活动更加集中，主导者的地位将更加稳固，反之，如果集中度逐渐下降，则可能意味着技术创新将更加分散化，新的创新主体将不断涌现。

图15：国内专利法律状态分布

图15为国内专利法律状态分布，专利法律状态分析对于潜在的投资者、技术购买者或者研发机构来说至关重要，可以帮助他们判断专利的价值和潜在风险。由图可以看出，低空电磁环境监测与仿真技术发明专利中有1216件占全部发明专利的30.61%，实用新型专利中失效专利有813件占全部发明专利的36.34%，外观设计专利中失效专利有30件占全部外观设计专利的20.83%，潜在的投资者、技术购买者或者研发机构可以通过分析失效专利的技术特征、技术分布和专利产品的走向，更好地了解行业技术动态，为投资决策提供科学依据。

图16：发明专利审查时长分布图

图16为发明专利审查时长分布图，审查时长直接影响到技术创新的转化速度，较短的审查时长意味着创新成果能够更快地获得专利授权，从而更快地转化为实际的产品或服务，这对于企业来说尤为重要，因为它们可以利用专利保护自己的技术创新，快速占领市场并获得竞争优势。快速的市场反馈和商业化过程能够进一步激发企业的创新积极性，形成良性循环。其次，审查时长也影响着技术创新的风险和成本。如果审查时间过长，创新者可能面临技术泄露、被竞争对手抢先申请专利等风险，这不仅可能导致创新成果的价值降低，还可能给创新者带来巨大的经济损失。此外，长时间的审查过程也会增加创新者的时间成本和资金成本，可能对其创新活动产生负面影响。

由图可以看出，我国低空电磁环境监测与仿真技术发明专利授权时间基本上维持在31-99天这个时间段，远低于发明专利平均授权时间，这既保证了创新成果能够尽快的转化为产品或者服务快速占领市场也避免了技术泄露、被竞争对手抢先申请的风险。

图17：国内专利IPC技术构成

图17为国内专利技术构成图，分析专利技术分布情况，可辅助企业掌握该技术的主要研发方向或者选择技术空白、薄弱的点进行技术攻关。由图可以看出国内专利技术主要集中在以下技术领域：

GR01：测量电变量；测量磁变量（指示谐振电路的正确调谐入H03J3/12 ）;
G06F：电数字数据处理（基于特定计算模型的计算机系统入 G06N）;

H04B：传输；

G01S：无线电定向；无线电导航；采用无线电波测距或测速；采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测；采用其他波的类似装置。

图18：国内IPC技术申报趋势

图18为国内IPC技术申请趋势图，由图可以看出专利技术G01R测量电变量；测量磁变量（指示谐振电路的正确调谐入H03J3/12 ）；G06F：电数字数据处理（基于特定计算模型的计算机系统入 G06N）;H04B:传输；G01S：无线电定向；无线电导航；采用无线电波测距或测速；采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测；采用其他波的类似装置，专利申请量总体呈现上升趋势，并于2020年-2021年期间到达了顶峰，这说明低空电磁环境监测及仿真技术领域上述技术分支技术创新活跃，市场需求旺盛，这有助于投资者和决策者把握市场脉搏，了解行业的发展趋势和未来发展方向。

图19：各市专利申请量分布图

图19为各市低空电磁环境监测与仿真技术专利申请排名前25位专利申请人分布图，专利申请量是衡量一个地区技术创新活跃度的重要指标，通过分析各市的专利申请量，可以了解到在低空电磁环境监测与仿真技术领域专利申请量排名前三的市均为经济比较发达的。排名第一的为北京专利申请量为1113件，占国内专利申请量的10.75%，排名第二的为成都市专利申请量为555件，占国内专利申请量的5.36%，排名第三的为深圳市专利申请量为475件，占国内专利申请量的4.59%。合肥市低空电磁环境监测与仿真技术专利申请139件，排名第十一位；重庆市低空电磁环境监测与仿真技术专利申请104件，排名第十七位，沈阳市低空电磁环境监测与仿真技术专利申请84件，排名第二十一位。建议对于北京、成都、深圳等创新活跃度高、竞争优势明显的地区可以进一步加大支持力度，推动其成为引领创新的重要力量；对于创新能力相对较弱、需要加强的地区，可以提出具体的政策措施和合作建议，以促进其创新能力的提升和发展。