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【瞭望者】無人機壓制式干擾攔截原理

目前,對無人機的干擾攔截通常使用無線電壓制技術,透過向目標無人機發射干擾壓制訊號,對其鏈路進行壓制,迫使無人機失去正常工作能力。

一般來說,一套完整的無人機系統通常具有表1所示三類無線電鏈路。

表1典型的無人機無線電鏈路

【瞭望者】無人機壓制式干擾攔截原理

從表1可以看出,若要實現對目標無人機的干擾攔截,僅需對導航、數傳、圖傳三類鏈路進行壓制式干擾即可實現。

2。1無人機導航頻率

國際上現有的衛星導航系統(GNSS)可分為北斗(中國)導航、GPS(美國)導航、伽利略(Galileo,歐洲)導航、Glonass(俄羅斯)導航、QZSS(日本)導航、IRNSS(印度)導航共六類,其對應頻率如下表所示[8],[9]。

表2全球衛星導航系統(GNSS)分類及頻率

目前北斗導航在我國及我周邊國家應用最為廣泛,而GPS導航則是目前全球應用最廣泛的導航系統。此外,伽利略、Glonass、QZSS和IRNSS導航的主要應用區域與其維護國家(組織)直接相關。

我國市場上銷售的消費級無人機(大疆、零度等)以及工業級無人機,通常採用GPSL1頻段(頻率1575。42MHz)進行飛行定位。值得注意的是,因為無人機的導航鏈路在作用時,無人機僅需要接收地球同步軌道上實時下發的定位資料,所以對無人機導航鏈路的干擾通常不需要很大功率的壓制干擾即可實現。

2。2無人機數傳和圖傳頻率

無人機在執行飛行任務時,不僅要依靠衛星訊號對其位置進行實時定位,還需要配合機身飛控和機載攝像機等完成對飛行姿態的控制,以及現場影象的回傳。

根據我國工信部於2016年釋出的《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》,限定840。5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz頻段用於我國無人機數傳和圖傳鏈路,其中1430-1438MHz頻段用於警用無人機。值得注意的是,我國現有無人機數傳/圖傳頻率除在前文工信部規定的三個頻段之外,還存在5。725-5850GHz、328-352MHz、433MHz、560-760MHz、915MHz、933MHz、1。2G等頻段的無人機產品。

2。3無人機壓制式干擾原理

無人機鏈路壓制式干擾的原理,即是透過產生與無人機正常通訊訊號同頻但訊號強度較大的壓制式干擾訊號,達到抑制無人機正常功能的目的[6]。

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圖1壓制式干擾訊號作用原理

如上圖所示,當上圖所示紅色區域的壓制式干擾訊號的強度大於無人機通訊訊號強度,並且其頻率範圍大於等於無人機通訊訊號頻率範圍時,即可實現有效的壓制式干擾。

在實際應用過程中,為了計算無人機壓制式干擾裝置的有效攔截距離,通常需要引入幹信比(J/S,Jammer-to-SignalRatio)的概念。幹信比即是干擾訊號和通訊訊號之間的比值,其單位通常用dB來表示。

針對無人機而言,因其絕大多數都是裝載全向訊號接收天線,因此一般採用簡化的J/S方程[5],[7]:

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(1)

其中J/S為干擾壓制訊號功率和通訊訊號功率在無人機接收端的比值(單位dB);

ERPJ為干擾裝置發射的等效輻射功率(單位dBm);

ERPS為通訊訊號發射的等效輻射功率(單位dBm);

LJ為干擾裝置到無人機的傳播損耗(單位dB);

LS為通訊訊號到無人機的傳播損耗(單位dB)。

根據公式(1)不難看出,只有當J/S≥0時,無人機才能受到有效的壓制式干擾。

針對前文提到的無人機導航、數傳、圖傳三類鏈路,一般來說導航訊號在無人機端的等效輻射功率最小,因此也最易實施有效干擾,而數傳和圖傳因為通常距離無人機較近,因此對干擾源的發射功率要求較高。

2。4無人機受干擾狀態飛行工況

無人機導航、數傳、圖傳三類鏈路分別或同時受到壓制式干擾時,無人機通常會有四種典型壓制干擾工況:直接墜落、自動返航、自動下降或空中懸停。

直接墜落:一般來說,出現直接墜落的無人機大多是因為飛控程式中沒有失控保護演算法,當無人機部分或全部鏈路中斷時,因為程式性錯導致飛機直接墜落,此種情況多見於智慧化程度較低的航模型無人機或技術不完善的工業級無人機。

自動返航:對於受到干擾後自動返航的無人機而言,因為其可以按照之前記錄的起飛點自動精準返回,所以通常導航鏈路通訊仍然正常,受到干擾的是數傳、圖傳鏈路。同時,此類無人機飛控演算法中都會設定為無人機失去控制後自動返航,因此無人機可以按照程式預設完成返航操作(無人機操作介面樣例見圖2)。

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圖2某無人機受到干擾返航時遙控介面顯示

自動下降:無人機受干擾後實現自動下降通常需具備兩個條件,首先是無人機飛控演算法中設定為無人機失去控制後自動返航或者降落,其次是其導航鏈路也受到了干擾影響。

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圖3某無人機受到干擾自動下降時遙控介面顯示

空中懸停:無人機飛控中如果設定其在受到干擾後繼續滯空,則無人機在受到壓制式干擾後會保持在空中懸停的動作。值得注意的是,如果此時無人機導航鏈路也受到了干擾,則無人機因為無法定位,通常表現出的飛行工況則是隨風漂移。