低空多旋翼無(wú)人機(jī)無(wú)線(xiàn)電干擾技術(shù)

廖有幸 李振華

摘要 概述了低空多旋翼無(wú)人機(jī)的危害，分析了低空多旋翼無(wú)人機(jī)的控制及導(dǎo)航信號(hào)特征，根據(jù)干擾距離和干擾門(mén)限等指標(biāo)計(jì)算了干擾信號(hào)功率強(qiáng)度，進(jìn)行了外場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了無(wú)線(xiàn)電干擾的反制效果。

【關(guān)鍵詞】旋翼無(wú)人機(jī) 干擾 遙控 導(dǎo)航

1 引言

近年來(lái)，以民用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)為代表的低空多旋翼無(wú)人機(jī)的不受控生產(chǎn)、使用、擴(kuò)散和無(wú)序發(fā)展，使得此類(lèi)目標(biāo)市成為國(guó)家公共安全的非傳統(tǒng)空中威脅，對(duì)公共安全形成了巨大威脅。

民用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)通常價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、容易獲取，并且升空突然性強(qiáng)、發(fā)現(xiàn)處置困難。近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，其載荷能力、續(xù)航能力均有較大程度的提高，無(wú)人機(jī)類(lèi)型也呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，用途也越來(lái)越廣，使用方式也是多式多樣。但是另外一個(gè)方面，一旦此類(lèi)飛行器被不懷好意的人掌握，其造成的威脅也是顯而易見(jiàn)的，我國(guó)已多次發(fā)生過(guò)低空多旋翼無(wú)人機(jī)擾亂正常航班的事件。

未來(lái)，多旋翼無(wú)人機(jī)反制技術(shù)必將在公共安全領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。常規(guī)的導(dǎo)彈、火炮等防空武器都面臨費(fèi)效比低、使用有限制等問(wèn)題。相比之下，利用無(wú)線(xiàn)電干擾反無(wú)人機(jī)是最實(shí)用、性?xún)r(jià)比最高的方法，受到了各國(guó)的關(guān)注。

2 目標(biāo)性分析

目前所有的民用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)都需要用到衛(wèi)星導(dǎo)航和遙控鏈路實(shí)現(xiàn)定位、控制、圖傳等功能。消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)使用了無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，就可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)電進(jìn)行干擾，擾亂其遙控鏈路和衛(wèi)星導(dǎo)航，從而達(dá)到使無(wú)人機(jī)失控或折返的目地。

市場(chǎng)上具備遙控、拍照、攝像功能的高性能無(wú)人機(jī)產(chǎn)品如大疆品牌、零度品牌、早期固定翼遙控?zé)o人飛機(jī)等。其中，大疆品牌無(wú)人機(jī)占據(jù)市場(chǎng)主要份額，它的很多關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、通信方式在業(yè)界產(chǎn)品己形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在無(wú)人機(jī)違規(guī)使用的相關(guān)報(bào)道中，大部分涉及該品牌產(chǎn)品。

經(jīng)調(diào)研，目前無(wú)人機(jī)遙控信號(hào)主要工作在2.4GHz在和5.8GHz的ISM頻段，頻率范圍：2400MHz～2483MHz和：5725MHz～5850MHZ。

主要采用的方式有以下幾種：

（1）使用跳頻擴(kuò)頻（FHSS）鏈路控制無(wú)人機(jī)，測(cè)控距離：1～5km;

（2）使用Wi-Fi控制無(wú)人機(jī)，測(cè)控距離：100～2000m：

（3）使用藍(lán)牙控制無(wú)人機(jī)，測(cè)控距離：60～80m;

以大疆精靈3為代表進(jìn)行對(duì)象分析，大疆精靈3遙控信號(hào)工作在2.4GHz，采用了擴(kuò)頻一調(diào)頻相結(jié)合的技術(shù)體制，遙控器配對(duì)之后，在工作帶寬內(nèi)以1Oms的間隔快速跳頻，頻點(diǎn)范圍涵蓋整個(gè)2.4GHzISM頻段。

將頻譜儀頻率范圍設(shè)置在2.4GHz～2.5GHz之間，可以在頻譜儀上看到快速掃描的信號(hào)，打開(kāi)maxhold功能，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的累積，就能清楚的看到遙控信號(hào)的頻率分布范圍：以2.44GHz為中心，共占據(jù)了78MHz的帶寬，如圖1所示。

幾乎所有的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)都使用GPS來(lái)獲取位置信息，也有部分型號(hào)支持GLONASS、BD2等導(dǎo)航信號(hào)，信號(hào)頻段主要覆蓋1560MHz～1610MHz。

3 處置方法

通過(guò)以上的目標(biāo)特性分析可知，可以通過(guò)對(duì)低空旋翼無(wú)人機(jī)的遙控鏈路和衛(wèi)星導(dǎo)航進(jìn)行干擾，進(jìn)入失控狀態(tài)，觸發(fā)無(wú)人機(jī)自身的保護(hù)機(jī)制，使之迫降或返航。

假設(shè)遙控信號(hào)的頻率范圍是2400～2485MHz，干擾者不知道跳頻信號(hào)參數(shù)，就只能用噪聲覆蓋全部調(diào)頻帶寬，即黃色區(qū)域。而遙控信號(hào)帶寬較窄，功率集中，功率電平比干擾信號(hào)總功率小的時(shí)候，依然不受干擾影響，如紅色區(qū)域。對(duì)于采用跳頻的遙控器，窄帶干擾效果不好，只能使用寬帶噪聲干擾信號(hào)，覆蓋整個(gè)跳頻帶寬。

遙控鏈路包括2.4GHz和5.8GHz兩個(gè)頻率點(diǎn)。這兩個(gè)頻點(diǎn)屬于公開(kāi)頻段，市場(chǎng)上絕大部分消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)使用這兩個(gè)頻率作為遙控和圖傳頻率。消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)遙控發(fā)射機(jī)的功率通常為毫瓦級(jí)，以大疆精靈3無(wú)人機(jī)為例，其2.4GHz遙控頻段發(fā)射功率為23dBm。遙控器配置普通發(fā)射天線(xiàn)，增益約3dB，無(wú)人機(jī)接收天線(xiàn)增益也為3dB，設(shè)遙控器距離飛機(jī)100米，則2.4GHz接收器收到的功率電平最大為：

23（遙控器發(fā)射功率）+6（收發(fā)天線(xiàn)增益）.（32.45+20xlg（0.1*2400》（電磁波自由空間衰減）=-51dBm

以遙控接收器抗干擾門(mén)限JSR=12dB為例計(jì)算干擾功率：

接收器接收的最大功率電平：Ps=-51dBm，

信號(hào)頻率：f=2400MHz，

接收天線(xiàn)增益：G=3 dB.

干擾距離R=lKm，

干擾起效時(shí)，干擾等效輻射功率需滿(mǎn)足

J-[32.45+20xlg（fxR）]+G-JSR≥Ps

計(jì)算可得，干擾距離lKm時(shí)，2.4G遙控鏈路干擾等效輻射功率需滿(mǎn)足：J≥55dBm。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

使用開(kāi)發(fā)的干擾設(shè)備驗(yàn)證了干擾效果。使用精靈3無(wú)人機(jī)，操控者控制無(wú)人機(jī)起飛后懸停，飛行高度約為100米左右，無(wú)人機(jī)地面投影距操作者100米，干擾設(shè)備距無(wú)人機(jī)投影500米。具體試驗(yàn)場(chǎng)景如圖。分別對(duì)無(wú)人機(jī)的遙控信號(hào)和導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行干擾。如圖2所示。

驗(yàn)證結(jié)果：

（1）干擾遙控信號(hào)時(shí)，無(wú)人機(jī)上指示燈由綠色閃爍變?yōu)辄S色閃爍，幾秒鐘后，無(wú)人機(jī)返回起飛點(diǎn)。

（2）干擾導(dǎo)航信號(hào)時(shí)，無(wú)人機(jī)上指示燈由綠色閃爍變?yōu)榧t色閃爍，無(wú)人機(jī)能操控，不能穩(wěn)定懸停。

（3）干擾遙控信號(hào)和導(dǎo)航信號(hào)時(shí)，無(wú)人機(jī)上指示燈由綠色閃爍變?yōu)榧t色閃爍，無(wú)人機(jī)不能操控，不能穩(wěn)定懸停。

5 結(jié)束語(yǔ)

如圖3所示，通過(guò)干擾試驗(yàn)，驗(yàn)證了無(wú)線(xiàn)電干擾效果，說(shuō)明了對(duì)低空多旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)施無(wú)線(xiàn)電干擾可以使無(wú)人機(jī)迫降或返航，中斷圖傳信號(hào)，達(dá)到有效反制的目的。

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