Valkoinen kirja miehittämättömien ilma-alusten häiriöteknologiasta VCO DDS- ja SDR-teknologian pohjalta (2)

1. Johdatus sähkömagneettisten häiriöiden tekniikkaan

Kaikkien häiriöiden tarkoituksena on estää vihollista käyttämästä tehokkaasti sähkömagneettista spektriä. Elektronisessa sodankäynnissä sähkömagneettisia häiriöitä kutsutaan myös elektronisiksi vastatoimiksi. Sähkömagneettisten häiriöiden perusmenetelmä on lähettää häiriösignaali vihollisen odotetun vastaanottavan signaalin mukana vastaanottimeen, mikä tekee mahdottomaksi vihollisen vastaanottimen saada oikeaa tietoa.

Kuva 9 Viestintäyhteys ja häiriöyhteys

Yleisiä sähkömagneettisten häiriöiden menetelmiä ovat häiriöiden vaimennus,

petoksen häirintä ja älykäs häirintä.

Sähköisiä häiriöitä vaimentava

Häiriönpoistolla tarkoitetaan häiriötä, joka aiheuttaa vihollisen viestintälaitteiden vastaanottojärjestelmän ylikuormitusta, kyllästymistä tai vaikeuksia saada hyödyllisiä signaaleja lähettämällä häiriösignaaleja. Häiriönpoistolla tarkoitettavat elektroniset häiriöt voidaan yksinkertaisesti jakaa seuraaviin luokkiin:

1.Estohäiriöt: Estohäiriöillä, jotka tunnetaan myös nimellä estohäiriöt, on laaja häiriösäteilyn kirjo ja ne voivat yleensä kattaa koko paikallisten tietoliikenneasemien toimintataajuusalueen. Sen etuna on, että ne eivät vaadi taajuuskoherenssilaitteita tai tiedustelulaitteita häiriöiden ohjaamiseksi. Laite on suhteellisen yksinkertainen ja voi samanaikaisesti vaimentaa useita tietoliikenneasemia taajuusalueella. Sen haittapuolena on kuitenkin se, että häiriöteho hajautuu ja tehokkuus ei ole korkea. Toiseksi, estohäiriöitä käytettäessä myös oma signaali, joka kuuluu sen taajuuskaistalle, häiritään.

2.Kohdennettu häiriö: Kohdennettu häiriö viittaa häiriön kantoaaltotaajuuden ja signaalin taajuuden summaan tai häiriösignaalin ja tietoliikennesignaalin saman taajuusspektrin leveyden omaaviin häiriöihin. Yleensä jokainen häiriötaajuus kohdistetaan vastaavaan tietoliikennesignaalin taajuuteen häiriön toteuttamiseksi, mutta on myös sovellustapauksia, joissa yksi laite häiritsee useita kohteita.

3.Pyyhkäisytaajuushäiriö: Pyyhkäisytaajuushäiriöllä tarkoitetaan häiriötä, joka syntyy, kun häiritsevän lähettimen kantoaaltotaajuus jatkuvasti vaihtelee matalasta korkeaan tai korkeasta matalaan laajalla taajuuskaistalla tietyllä tavalla.

Dvastaanoton häirintä

Harhaanjohtava häiriö viittaa häiriötyyppiin, jossa käytetään tietoliikenteen simulointilaitteita tai häirintälaitteita lähettämään signaaleja, jotka vastaavat tietoliikennesignaalien ominaisuuksia ja ajoitusta, harhauttamaan tietoliikennelinkkejä tuottaakseen odottamattomia vastauksia ja saavuttamaan järjestelmähyökkäyskohteita, jotka rajoittavat, eristävät ja varaavat taajuusresursseja tai saavat tietoliikenteen käyttäjät harjoittamaan virheellistä toimintaa taktisten tavoitteiden saavuttamiseksi.

Älykäs häiriötekijä

Älykkäillä häirintälaitteilla on reaaliaikainen tilannetajuisuus, oppimis-, päätöksenteko- ja muita ominaisuuksia kohdeviestintäjärjestelmille, ja ne voivat sopeutua erilaisiin sähkömagneettisiin ympäristöihin ja reagoida erilaisiin häirintäkohteisiin. Taktisista tavoitteista lähtien moniulotteisen kognition ja aika-taajuusilmatehon, aaltomuodon, verkon ja järjestelmän oppimisen kautta muotoillaan ja toteutetaan erilaisia ​​optimaalisia päätöksiä tehokkaimman, kustannustehokkaimman ja dynaamisimman häiriön saavuttamiseksi.

3. UAV-häiriöpiirin arkkitehtuuri

 VCO Pyyhkäisytaajuushäiriö

VCOPyyhkäisytaajuushäiriölähetin on yksinkertainen häirintälaitearkkitehtuuri. Seuraava kuva esittää kanavahäiriölähettimen periaatetta. Ensinnäkin kolmioaaltogeneraattori tuottaa useiden kymmenien kHz:ien taajuudella olevan kolmioaallon, joka ohjaa VCO:n jännitteensäätönapaa. Tämä mahdollistaa VCO:n tuottaa pyyhkäisytaajuista RF-signaalia, joka voidaan sitten lähettää vahvistimen ja antennin kautta.

kuva10 VCOPyyhkäisytaajuushäiriön periaate

VCO-laitteiden diskreettiominaisuuksien vuoksi taajuuden säätö on tarpeen jokaisen VCO-tyyppisen häirintälaitteen jokaiselle kanavalle. Samanaikaisesti, koska VCO:n lähtötaajuus vaihtelee lämpötilan mukaan, on varattava tietty suojauskaistanleveys, jotta vältetään VCO:n taajuuden ajautuminen häiriöalueen ulkopuolelle.

 DDS Pyyhkäisytaajuushäiriö

DDS-pyyhkäisytaajuushäiriön periaate on esitetty seuraavassa kuvassa. DDS (suora digitaalinen syntetisaattori) tuottaa suoraan pyyhkäisytaajuussignaalin tietyllä kaistanleveydellä (esimerkiksi 200–300 MHz), sekoittaa sen paikallisoskillaattorisignaaliin ja suodattaa sen pois kaistanpäästösuodattimella halutun RF-signaalin (esim. 2400–2500 MHz) saamiseksi, vahvistaa ja lähettää sen antennilla.

Kuva 11 DDS-pyyhkäisytaajuushäiriön periaate

DDS-pyyhkäisytaajuushäiriön taajuuslähde tulee DDS:stä ja paikallisoskillaattorista, ja DDS:n ja paikallisoskillaattorin taajuustarkkuus tulee referenssikideoskillaattorista. Siksi DDS-pyyhkäisytaajuushäiriön taajuustarkkuus voi olla erittäin korkea (referenssikideoskillaattorista riippuen). VCO-pyyhkäisytaajuushäiriöön verrattuna DDS-pyyhkäisytaajuushäiriön ei tarvitse ottaa huomioon ylimääräistä suojauskaistanleveyttä, ja se voi määrittää pyyhkäisytaajuusalueen tarkasti.

DDS-pyyhkäisytaajuushäiriön piiri on monimutkaisempi kuin VCO-pyyhkäisytaajuushäiriön piiri, ja myös suodattimen malli ja koko ovat erilaiset lähtötaajuuden ollessa erilainen, joten piirin normalisointiaste on hieman alhaisempi.

 SDR tekninen häirintälaite

SDR-teknologiaan perustuvan häirintälaitteen periaate on esitetty seuraavassa kuvassa. FPGA lataa Flash-muistiin tallennetun aaltomuototiedoston DDR-muistiin ja lähettää sitten aaltomuototiedoston digitaaliseen kantataajuusrajapintaan. Kuljettuaan IQ-modulaattorin läpi siitä tulee kohdetaajuuskaistan RF-signaali, jota vahvistin sitten vahvistaa ja lähettää antennille. IQ-modulaattori integroi paikallisoskillaattorilähteen ja voi muuttaa paikallisoskillaattorin taajuutta SPI-koodauksen avulla.

Kuva 12: SDR-tekniikkaan perustuvan häiriölaitteen periaate

SDR-tekniikkaan perustuen häirintälaitteet voivat lähettää minkä tahansa signaalin tietyllä kaistanleveydellä, kuten yksiäänisiä sinisignaaleja, yksinkertaisia ​​modulaatiosignaaleja tai OFDM-signaaleja. Signaalin tyyppi määritellään täysin ohjelmistolla, joten tiettyjä häiriösignaaleja voidaan käyttää tietyille tietoliikennesignaaleille parhaan häiriövaikutuksen saavuttamiseksi.

Kutsumme tätä spesifistä häiriösignaalia interferenssikoodiksi. Viestintäyhteyden koodausmenetelmästä riippuen voidaan valita erilaisia ​​interferenssikoodeja. Esimerkiksi jos tietoliikenneyhteys käyttää yhden kantoaallon QPSK-modulaatiosignaalia, voimme valita vastaavan yhden kantoaallon QPSK-interferenssikoodin. Jos tietoliikenneyhteys käyttää OFDM-signaaleja, voimme valita OFDM-interferenssikoodit, joilla on sama alikantoaaltojen välinen etäisyys.

1.Droonien häirintävaikutuksen arviointi

pyyhkäisytaajuushäiriö

Sekä VCO- että DDS-pohjaiset häirintälaitteet perustuvat taajuuspyyhkäisytekniikkaan. Kun taajuuspyyhkäisyyn perustuvia häirintälaitteita käytetään miehittämättömien ilma-alusten tietoliikenneprotokollien häiritsemiseen (esimerkiksi OFDM-modulaatiomultipleksointitietoliikenneprotokollat), vastaaviin fyysisen kerroksen datalohkoihin kohdistuu häiriöitä, mikä aiheuttaa tietoliikenneyhteyden täydellisen keskeytyksen. Siksi taajuuspyyhkäisyyn perustuvat häirintälaitteet vaativat usein suuren lähetystehon häiritäkseen miehittämättömien ilma-alusten tietoliikenneyhteyksiä.

Kuva 13 Pyyhkäisytaajuushäirintälaitteen häiriöt miehittämättömän ilma-aluksen tietoliikenneyhteydessä

 SDR Häpeä

SDR-teknologiaan perustuen häirintälaite voi kattaa koko taajuuskaistan ja estää häiriöitä. On myös mahdollista kattaa valikoivasti vain pieni osa taajuuskaistasta kohdennetun häirinnän saavuttamiseksi, jolloin energia voi olla keskittyneempää ja häiriöiden etäisyys pidempi. Häiriömenetelmästä riippumatta kaikki häiriintyneen OFDM-signaalin alikantoaallot voivat häiriintyä, ja virheprosentti on lähes 100 %. Jopa vahvoilla virheenkorjauskoodausmekanismeilla on vaikea palauttaa dataa näin korkealla virheprosentilla. Siksi SDR-tyyppiset häirintälaitteet voivat tehokkaasti häiritä droonien datayhteyksiä.

Kuva 14 SDR-tyyppisen häirintälaitteen aiheuttama häiriö miehittämättömän ilma-aluksen tietoliikenneyhteydessä

SDR-tyyppiset häirintälaitteet voivat myös lähettää pyyhkäisysignaaleja tietyllä kaistanleveydellä, ja pyyhkäisynopeus on nopeampi kuin VCO- ja DDS-tyyppisillä häirintälaitteilla. Kauko-ohjausprotokollissa, kuten ELRS:ssä, jossa on taajuushyppelytoiminto, koko taajuuskaista voidaan peittää kokonaan häiriöiden estämiseksi.

Yhteenveto

Yhteenvetona voidaan todeta, että ottaen huomioon sekä kustannus- että tuotantokanavat, VCODroonien vastainenTämä ratkaisu tulee olemaan dronejen häirinnän valtavirtamenetelmä vielä jonkin aikaa tulevaisuudessa. Jos signaalilähteen VCO:lla saavutetaan täysi taajuuspeitto, se voi paremmin vastata paikan todellisiin tarpeisiin.