Λευκή Βίβλος για την Τεχνολογία Παρεμβολών UAV Βασισμένη στην Τεχνολογία VCO DDS και SDR (1)

Επισκόπηση

Τα τελευταία χρόνια, η βιομηχανία των drones έχει αναπτυχθεί ραγδαία και η εφαρμογή τους έχει γίνει ολοένα και πιο διαδεδομένη, με τον αριθμό των drones να παρουσιάζει επίσης αυξανόμενη τάση χρόνο με το χρόνο. Ωστόσο, ταυτόχρονα, τα drones αποτελούν επίσης σοβαρές απειλές για την ασφάλεια σε διάφορους τομείς της κοινωνίας. Τα τελευταία χρόνια, έχουν σημειωθεί συχνά περιστατικά drones που επηρεάζουν και επιτίθενται σε κρίσιμες υποδομές και υπάρχει επείγουσα ανάγκη για αποτελεσματική αντιμετώπιση. Μετρητής dronesτεχνολογία μετρήσεων. Υπάρχουν αρκετές κοινές τεχνικές αντιμέτρων για τα drones, όπως:

• Τεχνολογία παρεμβολών ασύρματου σήματος: Με τη μετάδοση σημάτων ραδιοσυχνοτήτων παρεμβολών, παρεμβαίνει σε ασύρματα σήματα όπως τηλεχειριστήριο, μετάδοση εικόνας, πλοήγηση κ.λπ. μη επανδρωμένων αεροσκαφών, για την επίτευξη του σκοπού της απομάκρυνσης, της παρεμβολής ή της αναγκαστικής προσγείωσης ενός drone.
• Τεχνολογία παραπλάνησης ασύρματου σήματος: Με την μετάδοση παραπλανητικών ασύρματων σημάτων σε drones, τα drones μπορούν να λάβουν λανθασμένες πληροφορίες, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της αεροπειρατείας drones. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι τεχνικών παραπλάνησης ασύρματου σήματος: η παραπλάνηση σήματος τοποθεσίας και η αεροπειρατεία σήματος τηλεχειρισμού.
• Τεχνολογία κατευθυνόμενης καταστροφής ενέργειας: Εκπέμποντας σήματα λέιζερ υψηλής ενέργειας ή ηλεκτρομαγνητικά σήματα, καταστρέφει φυσικά τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη, κυρίως μέσω δύο τεχνικών οδών: καταστροφή με λέιζερ και καταστροφή με μικροκύματα υψηλής ενέργειας.
• Τεχνολογία φυσικής ζημιάς/σύλληψης: Με την εκτόξευση σφαιρών, πυραύλων κρουζ ή τη σύγκρουση με drones, τα εισβάλλοντα drones μπορούν να υποστούν φυσική ζημιά ή να εκτοξεύσουν δίχτυα σύλληψης για να συλλάβουν τα εισβάλλοντα drones.

Αυτό το άρθρο ασχολείται κυρίως με την τεχνολογία παρεμβολών ασύρματου σήματος.

Πρωτόκολλο επικοινωνίας UAV

Τα drones χρησιμοποιούν γενικά τους ακόλουθους τέσσερις τύπους ραδιοσημάτων:

Σχήμα 1 Τυπικό σχηματικό ασύρματου σήματος μη επανδρωμένου αεροσκάφους

1. Τηλεχειριστήριο: Τηλεχειριστήριο ντοοντρομεγάλο：Μετάδοση οδηγιών από τον χειριστή στο drone μέσω σημάτων τηλεχειρισμού, επιτρέποντας στο drone να εκτελεί αντίστοιχες πτητικές ενέργειες.
2. Σεεγώρεκαιομετάδοση：Το σήμα βίντεο που καταγράφεται από την κάμερα του drone μεταδίδεται πίσω στο τηλεχειριστήριο και ο χειριστής χειρίζεται το drone με βάση το μεταδιδόμενο σήμα εικόνας για να επιλέξει την κατάλληλη διαδρομή πτήσης και να αποφύγει την πρόσκρουση σε εμπόδια.

Βένασεεγώσολένατεγώον: Τα drones λαμβάνουν σήματα εντοπισμού θέσης από δορυφόρους πλοήγησης για τον δικό τους εντοπισμό θέσης

Τα σήματα πλοήγησης που παρατηρούνται περιλαμβάνουν GPS, Beidou, GLONASS, κ.λπ., και οι λειτουργικές ζώνες συχνοτήτων κατανέμονται κυρίως γύρω στα 1,2 GHz και 1,6 GHz.

3. Τκαιμεγάλοκαιμκαιτρκαι：Χρησιμοποιείται για τη διανομή τηλεμετρικών πληροφοριών, όπως η τοποθεσία των drones, οι οποίες θα λαμβάνονται από το τηλεχειριστήριο και τους κοντινούς σταθμούς παρακολούθησης.

Μεταξύ αυτών, τα σήματα τηλεχειρισμού και τα σήματα ανάδρασης εικόνας είναι οι κύριοι στόχοι των αντιμέτρων παρεμβολών ραδιοσυχνοτήτων και, σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορούν επίσης να επηρεάσουν τα σήματα πλοήγησης και τοποθέτησης. Όταν παρεμβάλλεται σε σήματα τηλεχειρισμού, το drone δεν μπορεί να λάβει οδηγίες από τον χειριστή και θα εκτελέσει ενέργειες αιώρησης ή επιστροφής. Όταν παρεμβάλλεται στο σήμα ανάδρασης εικόνας, το τηλεχειριστήριο δεν μπορεί να εμφανίσει την εικόνα που βλέπει το drone, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει την απώλεια ελέγχου του drone. Όταν παρεμβάλλεται τόσο σε σήματα τηλεχειρισμού όσο και σε σήματα τοποθέτησης πλοήγησης, το drone δεν μπορεί να λάβει ακριβείς πληροφορίες τοποθέτησης και προσγειώνεται απευθείας, βασιζόμενο σε υπερηχητικούς αισθητήρες για να αποφύγει την επαφή με το έδαφος και την αιώρηση σε ένα ορισμένο ύψος πάνω από το έδαφος.

Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει ορισμένα κοινά πρωτόκολλα τηλεχειρισμού και μετάδοσης εικόνας για drone. Ισχυροί κατασκευαστές όπως οι DJI και AUTEL έχουν αναπτύξει ειδικά πρωτόκολλα μετάδοσης εικόνας τηλεχειρισμού, μεταξύ των οποίων τα OcuSync και LightBridge της DJI είναι τα πιο συνηθισμένα και έχουν την καλύτερη απόδοση. Για τους κατασκευαστές που δεν έχουν αναπτύξει οι ίδιοι πρωτόκολλα μετάδοσης εικόνας τηλεχειρισμού, επιλέγεται γενικά το πρωτόκολλο Wi-Fi. Για τα FPV DIY, το πρωτόκολλο ELRS και το TBSCrossFire έχουν γίνει τα πραγματικά πρότυπα.

 OFDM εισαγωγή στην τεχνολογία

Γέφυρα Φωτός, OcuSync、SkyLinkπρωτόκολλο, καιWi-Fi, τΗ τεχνολογία κωδικοποίησης του φυσικού επιπέδου υιοθετεί την τεχνολογία OFDM. Αυτή η ενότητα θα παρουσιάσει εν συντομία την τεχνολογία OFDM.

OFDM τΗ τεχνολογία είναι μια τεχνική πολυπλεξίας διαμόρφωσης πολλαπλών φερόντων που χρησιμοποιεί πολλαπλούς υποφέροντες για την ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων, με ίσα διαστήματα συχνότητας μεταξύ κάθε υποφέροντος. Παρόλο που υπάρχει κάποια φασματική επικάλυψη μεταξύ γειτονικών υποφερόντων, είναι ορθογώνιες μεταξύ τους, επομένως τα σήματα που μεταδίδονται από κάθε υποφέροντα δεν επηρεάζουν το ένα το άλλο. Αυτό επιτρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση πληροφοριών δεδομένων σε πολλούς υποφέροντες.

OFDMΗ τεχνολογία βασίζεται συνήθως στην τεχνολογία ψηφιακής επεξεργασίας σήματος και η συγκεκριμένη διαδικασία υλοποίησης έχει ως εξής: η πηγή δεδομένων που πρόκειται να διαμορφωθεί κατανέμεται σε N υποφέροντες, κάθε υποφέρων διαμορφώνεται κατά IQ και στη συνέχεια τα δεδομένα που έχουν διαμορφωθεί κατά IQ των N υποφερόντων υποβάλλονται σε αντίστροφο μετασχηματισμό Fourier IFFT για να ληφθούν τα δεδομένα IQ στο χρονικό πεδίο ενός συμβόλου OFDM.

Σχήμα 2 Επισκόπηση της Αρχής της Τεχνολογίας Διαμόρφωσης OFDM

Ένα πλήρες πλαίσιο OFDM συνήθως περιέχει πολλά σύμβολα OFDM και η διάρκεια των συμβόλων OFDM είναι το αντίστροφο της απόστασης μεταξύ των υποφερόντων. Για παράδειγμα, όταν η απόσταση μεταξύ των υποφερόντων είναι 15KHz, το μήκος του συμβόλου OFDM είναι 66,67us. Στην αρχή κάθε συμβόλου OFDM, επεκτείνεται και εισάγεται ένα μικρότερο κυκλικό πρόθεμα (CP). Το περιεχόμενο του CP είναι ένα αντίγραφο του περιεχομένου στο τέλος του συμβόλου OFDM. Ο σκοπός της επέκτασης του CP είναι η αντίσταση στην παρεμβολή μεταξύ συμβόλων που προκαλείται από τη διασπορά.

Σχήμα 3 Σύμβολα και υποφέροντα OFDM

OFDMΗ αποτελεσματικότητα αξιοποίησης του φάσματος της τεχνολογίας πολυπλεξίας είναι πολύ υψηλή. Στο πεδίο συχνοτήτων, τα σήματα OFDM αποτελούνται από πολλές υποφέρουσες και η κατανομή ενέργειας κάθε υποφέρουσας είναι σχετικά ομοιόμορφη, επομένως το φάσμα των σημάτων OFDM είναι σχεδόν μια επίπεδη ευθεία γραμμή. Στο πεδίο του χρόνου, τα σήματα OFDM αποτελούνται από πολλά σύμβολα, το καθένα με σταθερό μήκος.

Σχήμα 4 Σύμβολα και υποφέροντα OFDM

 Νττζι Γέφυρα Φωτός/Συγχρονισμός όρασης Πρωτόκολλο

ΝττζιΓέφυρα Φωτόςκαι OcuSync Τα πρωτόκολλα αυτά αποτελούν τα τεχνικά σημεία αναφοράς για τα πρωτόκολλα τηλεχειρισμού μετάδοσης εικόνας για μη στρατιωτικούς σκοπούς, με το πρωτόκολλο LightBridge να έχει αναπτυχθεί νωρίτερα και να εφαρμόζεται σε μοντέλα όπως το Phantom 3 και το Inspire. Το πρωτόκολλο OcuSync αναπτύχθηκε σχετικά αργά και εφαρμόζεται σε μοντέλα όπως το Phantom 4, η σειρά Mavic, η σειρά Air κ.λπ. Το πρωτόκολλο OcuSync έχει ενημερωθεί επανειλημμένα και η τελευταία του έκδοση είναι το OcuSync 4.0. Το πρωτόκολλο OcuSync 4.0 έχει ισχυρή απόδοση μετάδοσης και ικανότητα αντι-παρεμβολής.

Σχήμα 5 Διάγραμμα χρονικής συχνότητας του πρωτοκόλλου DJI OcuSync

Γέφυρα Φωτός&OcuSyncΤο φυσικό επίπεδο του πρωτοκόλλου βασίζεται στην τεχνολογία κωδικοποίησης OFDM, αλλά οι διάφορες παράμετροι της κωδικοποίησης OFDM είναι διαφορετικές. Το πρωτόκολλο LightBridge χρησιμοποιεί ένα φυσικό επίπεδο παρόμοιο με το WiMAX, με απόσταση υποφορέων 10,9375KHz. Η κατερχόμενη ζεύξη χρησιμοποιεί 864 υποφορείς, καταλαμβάνοντας εύρος ζώνης περίπου 9,46MHz. Το πρωτόκολλο OcuSync χρησιμοποιεί ένα φυσικό επίπεδο παρόμοιο με το LTE, με απόσταση υποφορέων 15KHz. Η κατερχόμενη ζεύξη εύρους ζώνης 10M χρησιμοποιεί 600 υποφορείς, καταλαμβάνοντας εύρος ζώνης περίπου 9,02MHz, ενώ η κατερχόμενη ζεύξη εύρους ζώνης 20M χρησιμοποιεί 1200 υποφορείς, καταλαμβάνοντας εύρος ζώνης περίπου 18,02MHz.

 SKYLINK Πρωτόκολλο

Το πρωτόκολλο Skylink είναι επίσης ένα κοινό πρωτόκολλο τηλεχειρισμού μετάδοσης εικόνας. Το πρωτόκολλο Skylink χρησιμοποιείται ευρέως στη σειρά drones Dao Tong EVO.

Το φυσικό επίπεδο του πρωτοκόλλου Skylink βασίζεται επίσης στην τεχνολογία OFDM, καταλαμβάνοντας ένα εύρος ζώνης περίπου 10 MHz και μια απόσταση υποφερόντων 15 KHz.

Σχήμα 6 Διάγραμμα χρονικής συχνότητας του πρωτοκόλλου SkyLink

 Το πρωτόκολλο Skylink υιοθετεί ένα φυσικό επίπεδο παρόμοιο με το LTE, με απόσταση υποφορέων 15KHz.

 Η καθοδική ζεύξη (σήμα μετάδοσης εικόνας) χρησιμοποιεί 600 υποφέρουσες, καταλαμβάνοντας εύρος ζώνης περίπου 9,02 MHz, και η ανοδική ζεύξη (σήμα τηλεχειρισμού) χρησιμοποιεί 72 υποφέρουσες, καταλαμβάνοντας εύρος ζώνης περίπου 1,1 MHz.

 WI-FI πρωτόκολλο

Γουι-Η τεχνολογία επικοινωνίας Fi είναι πολύ δημοφιλής στις καταναλωτικές ηλεκτρονικές συσκευές και πολλά μη επανδρωμένα αεροσκάφη πολιτικής χρήσης χρησιμοποιούν Wi-Fi.-Πρωτόκολλο Fi για traονομάσε το πράγμασήματα ελέγχου ote και σήματα ανάδρασης εικόνας. Το Wi-Το πρωτόκολλο επικοινωνίας Fi έχει υποστεί πολλά χρόνια τεχνολογικής επανάληψης. Εκτός από το πρώιμο Wi-Το Fi 1 χρησιμοποιεί διασκορπισμένο φάσμα DSSS, ενώ το επόμενο Wi-Fi χρησιμοποιεί τεχνολογία OFDM με διαφορετικές τεχνικές παραμέτρους όπως το εύρος ζώνης.

Wi-Fi πρότυπο	Wi-Fi εκδοχή	Τυπική έκδοση	Συχνότητα εργασίας	Τεχνολογία επαναχρησιμοποίησης φυσικού επιπέδου	Αριθμός χωρικών ροών	ΣΕκανάλι ιδεατό-ζώνης	ρεαυτά τα ποσοστά
802.11	Wi-Fi1	1997	2,4 GHz	DSSS	1	20MHz	2 Mbps
802.11b	Wi-Fi1	1999	2,4 GHz	DSSS	1	20MHz	11Mbps
802.11a	Wi-Fi2	1999	5GHz	OFDM	1	20MHz	54Mbps
802,11 γρ.	Wi-Fi3	2003	2,4 GHz	OFDM	1	20MHz	54Mbps
802.11n	Wi-Fi4	2009	2,4 GHz, 5 GHz	MIMO-OFDM	Έως 4	20/40MHz	Έως 600 Mbps
802.11ac	Wi-Fi5	2013	5GHz	MIMO-OFDM	Έως 8	20/40/80/160MHz	Έως 3,47 Gbps
802.11ax	Wi-Fi6	2019	2,4 GHz, 5 GHz	OFDMA, MU-MIMO	Έως 8	20/40/80/160MHz	Έως 9,6 Gbps
802.11be	Wi-Fi7	2024	2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz	OFDMA, MU-MIMO	8	20/40/80/160/320MHz	Έως 23Gbps

Το Wi-Το Fi που χρησιμοποιείται στον τομέα των drones είναι συνήθως 802.11n ή 802.11ac, καθώς το Wi-Τα τσιπ Fi για αυτά τα δύο πρότυπα είναι πολύ ώριμα. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το 802.11n, συνήθως υπάρχουν δύο τρόποι λειτουργίας εύρους ζώνης για να

Τα πρότυπα είναι πολύ ώριμα. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το 802.11n, συνήθως υπάρχουν δύο λειτουργίες εύρους ζώνης για να διαλέξετε, 20M και 40M, με απόσταση υποφορέων 312,5KHz. Στη λειτουργία 20M, υπάρχουν 56 υποφορείς και το πραγματικό κατειλημμένο εύρος ζώνης είναι περίπου 17,8MHz. Στη λειτουργία 40M, υπάρχουν 114 υποφορείς και το πραγματικό κατειλημμένο εύρος ζώνης είναι περίπου 35,9MHz.

Σχήμα 7 Διάγραμμα χρονικής συχνότητας του Wi-Να είστε ένα πρωτόκολλο

 FPV Πρωτόκολλο ELRS/TBS

Το πρωτόκολλο τηλεχειρισμού και το πρωτόκολλο μετάδοσης εικόνας του FPV είναι ξεχωριστά. Το πρωτόκολλο τηλεχειρισμού συνήθως χρησιμοποιεί ELRS ή TBS Crossfire, ενώ το πρωτόκολλο μετάδοσης εικόνας συνήθως προσομοιώνεται για να επιτευχθεί χαμηλότερη καθυστέρηση.

Το ELRS, επίσης γνωστό ως ExpressLRS, είναι ένα πρωτόκολλο τηλεχειρισμού ανοιχτού κώδικα που παρέχει εξαιρετικά χαμηλή καθυστέρηση και μεγαλύτερες αποστάσεις τηλεχειρισμού. Το φυσικό επίπεδο του ELRS υιοθετεί το πρωτόκολλο LoRA και υλοποιείται με βάση τα τσιπ SX127x/SX1280 της SEMTECH. Το ELRS υιοθετεί τεχνολογία μεταπήδησης συχνότητας και διασποράς φάσματος, η οποία μπορεί να επιτύχει ισχυρή αντιπαρεμβατική ικανότητα. Το φάσμα διασποράς του ELRS βασίζεται στην τεχνολογία διασποράς φάσματος chirp (γραμμική διαμόρφωση συχνότητας). Όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής διασποράς, τόσο υψηλότερο είναι το κέρδος διασποράς, η ευαισθησία και ο ρυθμός μετάδοσης. Το εύρος ζώνης διασποράς του ELRS είναι 500KHz και ο συντελεστής διασποράς επιλέγεται γενικά από SF6 έως SF9. Η κωδικοποίηση φυσικού επιπέδου του TBS Crossfire είναι παρόμοια με το ELRS, και τα δύο χρησιμοποιούν τεχνολογία διασποράς φάσματος chirp (γραμμική διαμόρφωση συχνότητας), αλλά το εύρος ζώνης διασποράς φάσματος είναι μόνο 250KHz.

παράγοντας εξάπλωσης	Μήκος κώδικα διασποράς φάσματος	μικρόπροκαταρκτικό κέρδος（dB）
SF6	64	5
SF7	128	7.5
SF8	256	10
SF9	512	12.5
SF10	1024	15
SF11	2048	17,5
SF12	4096	20

Σχήμα 8 Διάγραμμα χρονικής συχνότητας του πρωτοκόλλου ELRS