Hvidbog om UAV-interferensteknologi baseret på VCO DDS og SDR-teknologi (2)

1. Introduktion til elektromagnetisk interferensteknologi

Formålet med al interferens er at forhindre fjenden i effektivt at bruge det elektromagnetiske spektrum. I elektronisk krigsførelse er elektromagnetisk interferens også kendt som elektroniske modforanstaltninger. Den grundlæggende metode til elektromagnetisk interferens er at sende interferenssignalet sammen med det signal, der forventes at blive modtaget af fjenden, ind i modtageren, hvilket gør det umuligt for fjendens modtager at få korrekt information.

Figur 9 Kommunikationsforbindelse og interferensforbindelse

Almindelige metoder til elektromagnetisk interferens omfatter undertrykkelse af interferens,

bedragsinterferens og intelligent interferens.

Undertrykkende elektronisk interferens

Undertrykkende elektronisk interferens refererer til interferens, der forårsager overbelastning, mætning eller vanskeligheder med at modtage nyttige signaler i modtagersystemet på fjendtligt kommunikationsudstyr ved at transmittere interferenssignaler. Undertrykkende elektronisk interferens kan simpelthen opdeles i følgende kategorier:

1.Blokerende interferens: Blokerende interferens, også kendt som blokerende interferens, har et bredt spektrum af interferensstråling og kan normalt dække hele driftsfrekvensbåndet for lokale kommunikationsstationer. Dens fordel er, at det ikke kræver frekvenskoincidensudstyr eller rekognosceringsudstyr til at styre interferensen. Udstyret er relativt simpelt og kan samtidig undertrykke flere kommunikationsstationer inden for frekvensbåndet. Men dens ulempe er, at interferenseffekten er spredt, og effektiviteten ikke er høj. For det andet, når der anvendes blokerende interferens, forstyrres det eget signal, der falder inden for dets frekvensbånd, også.

2.Målrettet interferens: Målrettet interferens refererer til summen af ​​​​bærefrekvensen for interferensen og signalets frekvens, eller interferenssignalet og kommunikationssignalet med samme frekvensspektrumbredde. Normalt justeres hver interferensfrekvens med en tilsvarende kommunikationssignalfrekvens for at implementere interferens, men der er også anvendelsestilfælde, hvor én maskine interfererer med flere mål.

3.Sweep-frekvensinterferens: Sweep-frekvensinterferens refererer til den interferens, der dannes af den kontinuerlige variation af bærefrekvensen for den interfererende sender fra lav til høj eller fra høj til lav i et bredt frekvensbånd på en bestemt måde.

Djamming af modtagelsen

Vildledende interferens refererer til en type interferens, der bruger kommunikationssimuleringsudstyr eller jammingudstyr til at transmittere signaler, der matcher kommunikationssignalernes karakteristika og timing, vildlede kommunikationsforbindelser for at producere uventede reaktioner og nå systemangrebsmål, der begrænser, isolerer og optager spektrumressourcer, eller får kommunikationsbrugere til at engagere sig i fejlagtig adfærd for at nå taktiske mål.

Intelligent interferens

Intelligente jammingmaskiner har realtidssituationsfornemmelse, læring, beslutningstagning og andre funktioner til målkommunikationssystemer og kan tilpasse sig forskellige elektromagnetiske miljøer og reagere på forskellige jammingobjekter. Fra taktiske mål, gennem flerdimensionel kognition og læring af tid-frekvens luftkraft, bølgeform, netværk og system, formuleres og udføres forskellige optimale beslutninger for at opnå den mest effektive, omkostningseffektive og dynamiske interferens.

3. UAV-interferenskredsløbsarkitektur

 VCO Sweep-frekvensjammer

VCO En sweep-frekvensjammer er en simpel jammerarkitektur. Følgende figur viser princippet for en kanaljammer. For det første genererer en trekantet bølgegenerator en trekantet bølge med en frekvens på flere titusinder af kHz, som driver VCO'ens spændingsstyringsterminal. Dette gør det muligt for VCO'en at udsende et sweep-frekvens RF-signal, som derefter kan transmitteres gennem en forstærker og antenne.

billede10 VCOFrekvensfejende jammerprincip

På grund af de diskrete egenskaber ved VCO-enheder kræves frekvensjustering for hver kanal i hver VCO-type jammer. Samtidig, da VCO'ens udgangsfrekvens varierer med temperaturen, skal der reserveres en vis beskyttelsesbåndbredde for at undgå, at VCO-frekvensen afviger fra interferensområdet.

 DDS Sweep-frekvensjammer

Princippet bag DDS-sweepfrekvensjammeren er vist i følgende figur. DDS (Direct Digital Synthesizer) genererer direkte et sweepfrekvenssignal med en bestemt båndbredde (f.eks. 200~300 MHz), som derefter blandes med det lokale oscillatorsignal og filtreres fra af et båndpasfilter for at opnå det ønskede RF-signal (f.eks. 2400~2500 MHz), som forstærkes og udsendes af antennen.

Figur 11 Princip for DDS Sweep Frequency Jammer

Frekvenskilden for DDS sweep-frekvensjammeren kommer fra DDS og lokal oscillator, og frekvensnøjagtigheden af ​​DDS og lokal oscillator kommer fra referencekrystaloscillatoren. Derfor kan frekvensnøjagtigheden af ​​DDS sweep-frekvensjammeren være meget høj (afhængigt af referencekrystaloscillatoren). Sammenlignet med VCO sweep-frekvensjammeren behøver DDS sweep-frekvensjammeren ikke at tage højde for yderligere beskyttelsesbåndbredde og kan præcist definere sweep-frekvensområdet.

Kredsløbet for DDS-sweepfrekvensjammeren er mere komplekst end for VCO-sweepfrekvensjammeren, og filtermodellen og -størrelsen er også forskellige, når udgangsfrekvensen er forskellig, så kredsløbets normaliseringsgrad vil være lidt lavere.

 SDR teknisk jammer

Princippet bag jammeren, der er baseret på SDR-teknologi, er vist i følgende figur. FPGA'en indlæser bølgeformfilen, der er gemt i Flash, i DDR og sender derefter bølgeformfilen til den digitale baseband-grænseflade. Efter at have passeret gennem IQ-modulatoren, bliver den til RF-signalet i målfrekvensbåndet, som derefter forstærkes af en forstærker og sendes ud til antennen. IQ-modulatoren integrerer en lokal oscillatorkilde og kan ændre den lokale oscillatorfrekvens via SPI-kodning.

Figur 12: Princip for interferensenhed baseret på SDR-teknologi

Baseret på SDR-teknologi kan jammere transmittere ethvert signal inden for en bestemt båndbredde, såsom enkelttone-sinussignaler, simple modulationssignaler eller OFDM-signaler. Signaltypen er fuldstændig defineret af software, så specifikke interferenssignaler kan bruges til specifikke kommunikationssignaler for at opnå den bedste interferenseffekt.

Vi kalder dette specifikke interferenssignal for interferenskode. Afhængigt af kommunikationsforbindelsens kodningsmetode kan forskellige interferenskoder vælges. Hvis kommunikationsforbindelsen f.eks. bruger et QPSK-modulationssignal med én bærebølge, kan vi vælge den tilsvarende QPSK-interferenskode med én bærebølge. Hvis kommunikationsforbindelsen bruger OFDM-signaler, kan vi vælge OFDM-interferenskoder med samme afstand mellem underbærere.

1.Evaluering af droneinterferenseffekt

sweepfrekvensjammer

Både VCO-baserede og DDS-baserede jammere er baseret på frekvenssweep-teknologi. Når frekvenssweep-baserede jammere bruges til at forstyrre kommunikationsprotokoller for ubemandede luftfartøjer (f.eks. med OFDM-modulationsmultiplekseringsprotokoller), vil de tilsvarende fysiske lagdatablokke blive forstyrret, hvilket medfører, at kommunikationsforbindelsen afbrydes fuldstændigt. Derfor kræver frekvenssweep-jammere ofte en stor sendeeffekt for at forstyrre kommunikationsforbindelser for ubemandede luftfartøjer.

Figur 13 Interferens fra sweepfrekvensjammer på UAV-kommunikationslink

 SDR Skam

Baseret på SDR-teknologi kan jammeren dække hele frekvensbåndet og opnå blokerende interferens. Det er også muligt selektivt kun at dække en lille del af frekvensbåndet for at opnå målrettet interferens, hvilket gør det muligt at koncentrere energien mere og opnå en større interferensafstand. Uanset interferensmetode kan alle underbærere i det forstyrrede OFDM-signal blive forstyrret med en fejlrate tæt på 100 %. Selv med stærke fejlkorrektionskodningsmekanismer er det vanskeligt at gendanne data ved en så høj fejlrate. Derfor kan SDR-lignende jammere effektivt forstyrre dronedataforbindelser.

Figur 14 Interferens fra SDR-type jammer på UAV-kommunikationslink

SDR-type jammere kan også udsende sweep-signaler inden for en bestemt båndbredde, og sweep-hastigheden vil være hurtigere end VCO-type og DDS-type jammere. For fjernbetjeningsprotokoller som ELRS med frekvenshoppingsfunktion kan hele frekvensbåndet dækkes fuldt ud for at opnå blokerende interferens.

Oversigt

Kort sagt, i betragtning af både omkostninger og outputkanaler, VCO Anti-drone Løsningen vil forblive den mest almindelige form for droneinterferens i en vis periode fremover. Hvis der opnås fuld frekvensdækning på signalkildens VCO, kan den bedre opfylde de faktiske behov på stedet.