干擾源識別與定位方法綜述

汪關信，梁浩聰，紀紅霞，熊世忠

95894部隊

本文介紹影響無人機飛行的多種干擾源，闡述干擾源識別與定位方法，為無人機安全飛行提供參考。

隨著現代無線通信技術的迅猛發展，不同無線電系統產生的電磁干擾越發復雜，容易導致執行飛行任務的無人機發生控制信號失蹤、衛星通信失鎖、信息失密等安全隱患。因此，干擾源識別與定位對無人機飛行安全具有重要的意義。

干擾源類型

地面干擾源

1.地面控制站設備產生的雜波干擾

由于地面控制站設備多樣，工作載波可能存在雜波或者諧波。同時，調制器或者上變頻器輸出的電平過高，導致頻譜擴散。上變頻器、功放工作點設置不合理容易造成載波噪聲。地面控制站設備在工作過程中容易產生上述電磁干擾源，給無人機的安全飛行造成安全隱患。

2.空間與地面之間的電磁干擾

空間與地面之間存在電視信號、調頻廣播、工業電噪聲等產生的電磁干擾。這些電磁干擾信號串入視距數據鏈和衛通信號接收站，通過上行鏈路對無人機造成發射干擾，或者串入下行鏈路造成接收干擾。同時，地面控制站設備接地不良、接地電阻過大，電纜屏蔽性能差等因素都會引起電磁干擾。

3.裝備產生的自干擾

首先，使用活塞式發動機的無人機，其動力系統由點火設備（磁電機）、高壓線、火花塞等組成。電磁干擾主要由次級高壓點火電路產生，而活塞發動機火花塞產生的電磁干擾通常干擾無人機遙控系統；其次，無人機系統機體內部的有限空間安裝了多種電子設備，這些設備由全機電纜相互聯結，全機電纜容易造成信號串擾等干擾現象；此外，機體中的電池、繼電器等設備也會對無人機產生干擾。

空間干擾源

1.鄰星干擾

隨著衛星通信技術的高速發展，同步軌道衛星越來越多，衛星之間的距離越來越短。因此，鄰星干擾會逐步增多，尤其是通信衛星被其他衛星干擾，易造成無人機與地面控制站之間的通信中斷。

圖1 “全球鷹”無人機地面控制站位于美國比爾空軍基地，該地面控制站中的各種設備接收、發射的電磁波紛繁復雜。

圖2 誘騙信號生成設備發射導航誘騙信號，無人機地面控制站接收機接收導航誘騙信號后，造成無人機失控。

圖3 美軍“大黃蜂”無人機系統持續發射高功率電磁波，導致敵方無人機通信節點不能正常接收射頻信號，敵方通信中斷。

2.相鄰信道干擾

當載波頻率分配與相鄰信號的頻帶出現重疊，數據鏈沒有足夠的保護帶寬時，或者當載波頻譜特性不符合要求，噪底過高或出現副瓣時，相鄰信道會產生干擾。

自然環境產生的干擾

電磁波在傳輸過程中受降雨、日凌、電離層閃爍等自然現象影響，會對無人機衛星通信系統造成干擾，影響無人機飛行安全。

除自然干擾外，某些因素造成的無線電射頻參數異常也會干擾無人機正常工作。無線電射頻參數分析和追蹤能識別并定位干擾源。

干擾源識別

如何判定無人機干擾源的類型？關鍵在于計算無線電監測設備所探測到的干擾信號場強，分析頻譜圖、語音特征等要素。被掃描測試的頻段有多個長信號，我們利用頻譜圖分析、語音監聽以及計算等方法，可識別出多個長信號中的干擾信號。

頻譜圖分析法

在充分了解系統的頻率頻寬以及期望監測的頻帶范圍后，我們可以設定足夠寬的頻率范圍，將受影響的接收器信號及鄰近干擾信號的發射頻率均包含在所設定的頻率范圍內，用排除法找出干擾頻率。同頻干擾圖譜（見圖4）可以實時反映不同的信號。當無人機被干擾時，無人機數據鏈監測人員在第一時間調出預存頻譜圖，并與有干擾信號的頻譜圖進行對比分析。如果有干擾信號的頻譜圖出現新的信號，這個新信號的發射頻率可能就是干擾頻率，這時無人機數據鏈監測人員應鎖定這個疑似干擾頻率，然后根據頻譜圖清晰顯示的干擾頻率、電平等參數，進一步對占用頻率進行監聽、測試，中波/短波（AM/FM）解調監聽等操作，最后確定干擾源類型。

圖4 同頻干擾圖譜。

語音監聽法

當日常無線電監測設備發現不明信號時，無人機數據鏈監測人員首先應對不明信號進行監聽，并初步判斷干擾源是語音還是數據，同時進行相應的解調分析。通過監聽干擾源模擬信號的內容，無人機數據鏈監測人員可以提取有價值的信息，確定設備使用者，從而找到干擾源。

計算法

當無法判定異常電磁波是否為干擾信號時，但是已知若干個有用信號發射頻率的前提下，我們可以利用發射互調公式、接收互調公式、鏡像干擾公式和接收寄生干擾公式對異常電磁波進行分析計算，算出多個疑似干擾頻率，供同步跟蹤查找。我們逐個將疑似干擾頻率與無人機接收、發射頻率進行比較，若相互比較的頻率相同或接近，則該疑似頻率即為上述公式計算得到的干擾頻率，根據干擾頻率，可以判斷干擾源的類型。

設備監測法

無線電監測設備可以測試雜散發射限值。雜散發射限值測試能夠發現由設備自身性能差而造成的自干擾。無線電發射設備產生的雜散發射是一種重要的通信干擾源，雜散發射值超過限定值，設備就會產生自干擾。自干擾在無線電干擾中占有相當大的比例。天線、饋線、高頻濾波器接觸不良,不同金屬相互接觸,元器件老化、氧化等因素會造成自干擾，這些自干擾信號發射并相互調制很容易引發干擾，頻譜分析儀可以分析和識別這類干擾。

頻率占用判定法

由表1可知，多數無線電用戶開展的業務對頻帶所占用的頻率有嚴格要求。因此，通過分析干擾信號的頻率，我們能大致分辨出干擾源。

表1 部分無線電發射頻率。

干擾源定位

無人機干擾源定位主要采用最大場強逼近定位法、交叉測向定位法、語音判別法、側向機音點定位法等方法。

最大場強逼近定位法

最大場強逼近定位法利用便攜式干擾測向機完成場強測量。在復雜電磁環境中，無人機數據鏈監測人員移動便攜式干擾測向機的位置，進而改變天線的指示方向，同時該側向機的位置改變可使場強數值從大變小。

交叉測向定位法

根據幾個相互獨立的測向設備所測量的多個結果，無人機數據鏈監測人員利用交叉側向定位原理，得出幾條指向可疑干擾源的示向線，通過示向線前方交叉定位，計算并顯示概率三角區域。目前，固定和移動監測系統均具有發現信號源發射方向的能力，可以確定信號源的大致方位，并完成頻率表制作、頻段掃描測量、信道占用度與頻譜占用度統計等日常監測。多數系統支持電子地圖，可完成非法電臺識別、報警、記錄；通過打點測試與連續“路測”，電子地圖可顯示目標信號的來波示向線。在系統測向過程中，幾個相互獨立的測向設備監測多條示向線，測試結果直接標注在電子地圖的相應位置。

測向機音點定位法

當測向機接近干擾源時，信號逐漸增強，耳機內的聲音逐漸變大。當測向機音量低時，人耳對音量變化的分辨能力比測向機音量高時的分辨能力強，所以測向機需要隨時降低音量。電位器可控制測向機中頻放大器的功率放大量，進而控制音量平滑、連續地變化。根據側向機的音量變化，無人機數據鏈監測人員正確辨別目標信號源的方向。當側向機距離干擾源很近時，側向機監測到的信號強度猛增，造成測向機指向不清；當側向機距干擾源數米內，測向機失去方向性，無法分辨雙向低音點，此時測向機遭到大信號阻塞干擾，出現嘯叫告警聲。當測向機距離干擾源約3m之內，隨著測向機和干擾源之間的距離減小，測向機音量增大，無人機數據鏈監測人員進而確定信號源位置。

圖5 頻譜分析儀查找干擾源。

圖6 便攜式干擾測向儀可實現空中非法信號和干擾信號的查詢與定位。

不同極化方式定位法

為獲得良好的測向機接收效果，接收機天線極化方式應與干擾信號相匹配。首先，無人機數據鏈監測人員分析接收機天線各個方向的場強大小，推導出干擾信號的極化特性。若極化方式（只適用于水平和垂直極化）改變，干擾信號場強將發生明顯變化。根據電磁波反射后極化方式改變的原理，無人機數據鏈監測人員可判定反射信號，在此基礎上，采用最大場強逼近定位操作，進一步定位干擾源。

總結

雖然各類無線電監測設備為無線電干擾排查提供了手段，但干擾源識別與定位是一個復雜過程。無人機數據鏈監測人員不僅要掌握無人機地面控制站各發射接收單元的規范布置、操作流程，更要掌握常見設備所發射電磁波的頻譜，采用相關方法識別與定位干擾源。