Libro blanco sobre tecnología de interferencia de UAV basada en tecnología VCO DDS y SDR (1)

Descripción general

En los últimos años, la industria de los drones se ha desarrollado rápidamente y su aplicación se ha generalizado, con un número de drones que también aumenta año tras año. Sin embargo, al mismo tiempo, los drones representan serias amenazas a la seguridad en diversos ámbitos de la sociedad. En los últimos años, se han producido con frecuencia incidentes de drones que impactan y atacan infraestructuras críticas, por lo que urge implementar medidas eficaces. Contador de dronesTecnología de medidas. Existen varias técnicas comunes de contramedidas contra drones, entre ellas:

• Tecnología de interferencia de señales inalámbricas: Mediante la transmisión de señales de radiofrecuencia que interfieren, se interfiere con las señales inalámbricas, como las de control remoto, transmisión de imágenes, navegación, etc., de vehículos aéreos no tripulados, con el fin de alejar, interferir o forzar el aterrizaje del dron.
• Tecnología de engaño mediante señales inalámbricas: Al transmitir señales inalámbricas engañosas a drones, estos pueden obtener información incorrecta, logrando así su secuestro. Existen dos tipos principales de técnicas de engaño mediante señales inalámbricas: el engaño mediante señales de localización y el secuestro mediante señales de control remoto.
• Tecnología de destrucción de energía dirigida: Mediante la emisión de señales láser o electromagnéticas de alta energía, destruye físicamente vehículos aéreos no tripulados, principalmente a través de dos vías técnicas: destrucción por láser y destrucción por microondas de alta energía.
• Tecnología de daño físico/captura: Mediante el lanzamiento de balas, misiles de crucero o colisiones con drones, se puede dañar físicamente a los drones invasores, o bien disparar redes de captura para capturarlos.

Este artículo trata principalmente sobre la tecnología de interferencia de señales inalámbricas.

Protocolo de comunicación de vehículos aéreos no tripulados

Los drones generalmente utilizan los siguientes cuatro tipos de señales de radio:

Figura 1 Esquema típico de señal inalámbrica de un vehículo aéreo no tripulado

1. RC: Control remoto doelnortetrell：Transmitir instrucciones del operador al dron mediante señales de control remoto, permitiendo que el dron realice las acciones de vuelo correspondientes;
2. Enidyeltransmisión：La señal de vídeo captada por la cámara del dron se transmite de vuelta al mando a distancia, y el operador maneja el dron basándose en la señal de imagen transmitida para seleccionar la ruta de vuelo adecuada y evitar chocar con obstáculos;

norteaenigramoatielnorte: Los drones reciben señales de posicionamiento de satélites de navegación para su propio posicionamiento.

Las señales de navegación detectadas incluyen GPS, Beidou, GLONASS, etc., y las bandas de frecuencia de trabajo se distribuyen principalmente alrededor de 1,2 GHz y 1,6 GHz.

3. Tylymetroytry：Se utiliza para distribuir información de telemetría, como la ubicación de los drones, que será recibida por el control remoto y las estaciones de monitoreo cercanas.

Entre ellas, las señales de control remoto y las señales de retroalimentación de imagen son los principales objetivos de las contramedidas contra interferencias de radiofrecuencia, y en algunos casos, también pueden interferir con las señales de navegación y posicionamiento. Al interferir con las señales de control remoto, el dron no puede recibir instrucciones del operador y realizará maniobras de vuelo estacionario o de regreso. Al interferir con la señal de retroalimentación de imagen, el control remoto no puede mostrar la imagen que ve el dron, lo que puede provocar la pérdida de control. Al interferir tanto con las señales de control remoto como con las de posicionamiento, el dron no puede obtener información de posicionamiento precisa y aterriza directamente, dependiendo de los sensores ultrasónicos para evitar tocar el suelo y mantenerse en vuelo estacionario a cierta altura.

La siguiente tabla enumera algunos protocolos comunes de control remoto y transmisión de imágenes para drones. Fabricantes líderes como DJI y AUTEL han desarrollado protocolos específicos para la transmisión de imágenes y el control remoto; entre ellos, OcuSync y LightBridge de DJI son los más comunes y ofrecen el mejor rendimiento. Para los fabricantes que no cuentan con protocolos propios de transmisión de imágenes y control remoto, generalmente se opta por el protocolo Wi-Fi. Para drones FPV de fabricación casera, los protocolos ELRS y TBSCrossFire se han convertido en los estándares vigentes.

 OFDM Introducción a la tecnología

LightBridge, OcuSync、SkyLinkprotocolo yWi-Fi, tLa tecnología de codificación de su capa física adopta la tecnología OFDM. Esta sección presentará brevemente la tecnología OFDM.

OFDM tLa tecnología es una técnica de multiplexación por modulación multicorriente que utiliza múltiples subportadoras para transmitir datos simultáneamente, con intervalos de frecuencia iguales entre cada subportadora. Aunque existe cierta superposición espectral entre subportadoras adyacentes, estas son ortogonales entre sí, por lo que las señales transmitidas por cada una no se afectan mutuamente. Esto permite la transmisión simultánea de información de datos en múltiples subportadoras.

OFDMLa tecnología suele basarse en el procesamiento digital de señales, y el proceso de implementación específico es el siguiente: la fuente de datos a modular se asigna a N subportadoras, cada subportadora se modula en IQ, y luego los datos modulados en IQ de las N subportadoras se someten a una transformada inversa de Fourier (IFFT) para obtener los datos IQ en el dominio del tiempo de un símbolo OFDM.

Figura 2. Descripción general del principio de la tecnología de modulación OFDM

Una trama OFDM completa suele contener varios símbolos OFDM, cuya duración es el inverso del espaciado entre subportadoras. Por ejemplo, con un espaciado de 15 kHz, la duración del símbolo OFDM es de 66,67 µs. Al inicio de cada símbolo OFDM, se inserta un prefijo cíclico (PC) más corto, cuyo contenido es una copia del contenido final del símbolo. El objetivo de extender el PC es minimizar la interferencia entre símbolos causada por la dispersión.

Figura 3. Símbolos y subportadoras OFDM

OFDMLa eficiencia de utilización del espectro de la tecnología de multiplexación es muy alta. En el dominio de la frecuencia, las señales OFDM constan de múltiples subportadoras, y la distribución de energía entre ellas es relativamente uniforme, por lo que su espectro se aproxima a una línea recta. En el dominio del tiempo, las señales OFDM constan de varios símbolos, cada uno con una longitud fija.

Figura 4. Símbolos y subportadoras OFDM

 DJI LIGHTBRIDGE/OCUSYNC Protocolo

DJIPuente de luzy OcuSync Los protocolos son los estándares técnicos para los protocolos de control remoto de transmisión de imágenes civiles. El protocolo LightBridge se desarrolló primero y se aplicó a modelos como el Phantom 3 y el Inspire. El protocolo OcuSync se desarrolló relativamente después y se aplica a modelos como el Phantom 4, la serie Mavic y la serie Air, entre otros. El protocolo OcuSync se ha actualizado iterativamente y su última versión es la OcuSync 4.0. Esta versión ofrece un alto rendimiento de transmisión y una gran capacidad antiinterferencias.

Figura 5. Diagrama de tiempo-frecuencia del protocolo DJI OcuSync

Puente de luzyOcuSyncLa capa física del protocolo se basa en la tecnología de codificación OFDM, pero con diferentes parámetros. El protocolo LightBridge utiliza una capa física similar a la de WiMAX, con un espaciado entre subportadoras de 10,9375 kHz. El enlace descendente utiliza 864 subportadoras, ocupando un ancho de banda de aproximadamente 9,46 MHz. El protocolo OcuSync utiliza una capa física similar a la de LTE, con un espaciado entre subportadoras de 15 kHz. El enlace descendente de 10 Mbps utiliza 600 subportadoras, ocupando un ancho de banda de aproximadamente 9,02 MHz, mientras que el enlace descendente de 20 Mbps utiliza 1200 subportadoras, ocupando un ancho de banda de aproximadamente 18,02 MHz.

 SKYLINK Protocolo

El protocolo Skylink es también un protocolo común de control remoto para la transmisión de imágenes. Este protocolo se utiliza ampliamente en la serie de drones Dao Tong EVO.

La capa física del protocolo Skylink también se basa en la tecnología OFDM, ocupando un ancho de banda de aproximadamente 10 MHz y un espaciado entre subportadoras de 15 kHz.

Figura 6. Diagrama de tiempo-frecuencia del protocolo SkyLink

 El protocolo Skylink adopta una capa física similar a LTE, con un espaciado entre subportadoras de 15 kHz.

 El enlace descendente (señal de transmisión de imagen) utiliza 600 subportadoras, ocupando un ancho de banda de aproximadamente 9,02 MHz, y el enlace ascendente (señal de control remoto) utiliza 72 subportadoras, ocupando un ancho de banda de aproximadamente 1,1 MHz.

 Wi-Fi protocolo

Wisconsin-La tecnología de comunicación Wi-Fi es muy popular en la electrónica de consumo, y muchos vehículos aéreos no tripulados civiles utilizan Wi-Fi.-Protocolo Fi para traNombra la cosaseñales de control de notas y señales de retroalimentación de imagen. El Wi-El protocolo de comunicación Fi ha experimentado muchos años de evolución tecnológica. Además de las primeras versiones de Wi-Fi 1 utiliza espectro ensanchado DSSS, mientras que la siguiente Wi-Fi utiliza tecnología OFDM con parámetros técnicos diferentes, como el ancho de banda.

Wi-Fi estándar	Wi-Fi versión	Versión estándar	Frecuencia de trabajo	tecnología de reutilización de la capa física	Número de flujos espaciales	ENcanal de banda I	Desas tasas
802.11	Wi-Fi1	1997	2,4 GHz	DSSS	1	20 MHz	2 Mbps
802.11b	Wi-Fi1	1999	2,4 GHz	DSSS	1	20 MHz	11 Mbps
802.11a	Wi-Fi2	1999	5 GHz	OFDM	1	20 MHz	54 Mbps
802,11 g	Wi-Fi3	2003	2,4 GHz	OFDM	1	20 MHz	54 Mbps
802.11n	Wi-Fi 4	2009	2,4 GHz, 5 GHz	MIMO-OFDM	Hasta 4	20/40 MHz	Hasta 600 Mbps
802.11ac	Wi-Fi 5	2013	5 GHz	MIMO-OFDM	Hasta 8	20/40/80/160 MHz	Hasta 3,47 Gbps
802.11ax	Wi-Fi 6	2019	2,4 GHz, 5 GHz	OFDMA, MU-MIMO	Hasta 8	20/40/80/160 MHz	Hasta 9,6 Gbps
802.11be	Wi-Fi 7	2024	2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz	OFDMA, MU-MIMO	8	20/40/80/160/320 MHz	Hasta 23 Gbps

El Wi-La tecnología Wi-Fi utilizada en el ámbito de los drones suele ser 802.11n o 802.11ac, al igual que la Wi-Fi.-Los chips Fi para estos dos estándares están muy maduros. Tomando como ejemplo el 802.11n, normalmente existen dos modos de ancho de banda para

Los estándares están muy consolidados. Tomando como ejemplo el 802.11n, generalmente se puede elegir entre dos modos de ancho de banda: 20M y 40M, con una separación entre subportadoras de 312,5 kHz. En el modo de 20M, hay 56 subportadoras y el ancho de banda ocupado real es de aproximadamente 17,8 MHz. En el modo de 40M, hay 114 subportadoras y el ancho de banda ocupado real es de aproximadamente 35,9 MHz.

Figura 7. Diagrama de tiempo-frecuencia de Wi-Sé un protocolo

 FPV Protocolo ELRS/TBS

El protocolo de control remoto y el protocolo de transmisión de imagen en FPV son independientes. El protocolo de control remoto suele utilizar ELRS o TBS Crossfire, mientras que el protocolo de transmisión de imagen se suele simular para lograr una menor latencia.

ELRS, también conocido como ExpressLRS, es un protocolo de control remoto de código abierto que ofrece latencia ultrabaja y mayor alcance. La capa física de ELRS utiliza el protocolo LoRa y se implementa con los chips SX127x/SX1280 de SEMTECH. ELRS emplea tecnología de salto de frecuencia y espectro ensanchado, lo que le confiere una gran capacidad antiinterferencias. El espectro ensanchado de ELRS se basa en la tecnología de espectro ensanchado por modulación de frecuencia lineal (chirp). Cuanto mayor sea el factor de ensanchamiento, mayor será la ganancia, la sensibilidad y la velocidad de transmisión. El ancho de banda de ensanchamiento de ELRS es de 500 kHz, y el factor de ensanchamiento suele seleccionarse entre SF6 y SF9. La codificación de la capa física de TBS Crossfire es similar a la de ELRS, ya que ambas utilizan la tecnología de espectro ensanchado por modulación de frecuencia lineal (chirp), pero su ancho de banda es de solo 250 kHz.

factor de propagación	Longitud del código de espectro ensanchado	Sganancia de propagación(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

Figura 8. Diagrama de tiempo-frecuencia del protocolo ELRS