Livre blanc sur la technologie d'interférence des drones basée sur la technologie VCO DDS et SDR (1)

Aperçu

Ces dernières années, l'industrie des drones a connu un développement rapide et leur utilisation s'est largement répandue, leur nombre augmentant d'année en année. Cependant, parallèlement, les drones représentent également une menace sérieuse pour la sécurité de divers secteurs de la société. Ces dernières années, les incidents impliquant des drones et visant des infrastructures critiques se sont multipliés, d'où l'urgence de mettre en place des solutions efficaces. Compteur de dronestechnologies de mesure. Il existe plusieurs techniques courantes de contre-mesures anti-drones, notamment :

• Technologie d'interférence des signaux sans fil : En transmettant des signaux radiofréquences d'interférence, elle interfère avec les signaux sans fil tels que la télécommande, la transmission d'images, la navigation, etc. des véhicules aériens sans pilote afin de les éloigner, de les perturber ou de les forcer à atterrir.
• Technologie de leurrage des signaux sans fil : en transmettant des signaux sans fil trompeurs aux drones, ces derniers peuvent obtenir des informations erronées, permettant ainsi leur détournement. Il existe deux principaux types de techniques de leurrage des signaux sans fil : le leurrage des signaux de localisation et le détournement des signaux de télécommande.
• Technologie de destruction par énergie dirigée : en émettant des signaux laser ou électromagnétiques à haute énergie, elle détruit physiquement les véhicules aériens sans pilote, principalement par deux voies techniques : la destruction laser et la destruction par micro-ondes à haute énergie.
• Technologie de destruction/capture physique : en lançant des balles, des missiles de croisière ou en entrant en collision avec des drones, les drones envahisseurs peuvent être endommagés physiquement, ou en tirant des filets de capture pour capturer les drones envahisseurs.

Cet article traite principalement des technologies de protection contre les interférences des signaux sans fil.

Protocole de communication des drones

Les drones utilisent généralement les quatre types de signaux radio suivants :

Figure 1 Schéma typique d'un signal sans fil pour véhicule aérien sans pilote

1. RC : Télécommande Clentrlel:Transmission des instructions de l'opérateur au drone par le biais de signaux de télécommande, permettant au drone d'effectuer les actions de vol correspondantes ;
2. Dansjedetletransmission:Le signal vidéo capturé par la caméra du drone est renvoyé à la télécommande, et l'opérateur pilote le drone en fonction du signal d'image transmis pour sélectionner la trajectoire de vol appropriée et éviter de heurter des obstacles ;

Nundansjeguntjelen: Les drones reçoivent des signaux de positionnement de satellites de navigation pour leur propre positionnement.

Les signaux de navigation utilisés comprennent le GPS, Beidou, GLONASS, etc., et les bandes de fréquences de fonctionnement sont principalement réparties autour de 1,2 GHz et 1,6 GHz.

3. Tetletmettret:Utilisé pour diffuser des informations de télémétrie telles que la position des drones, qui seront reçues par les stations de contrôle à distance et les stations de surveillance voisines.

Parmi ces signaux, les signaux de télécommande et les signaux de retour d'image sont les principales cibles des contre-mesures de brouillage radiofréquence. Dans certains cas, ces signaux peuvent également perturber la navigation et le positionnement. En cas de brouillage des signaux de télécommande, le drone ne peut plus recevoir d'instructions de l'opérateur et effectue des mouvements de vol stationnaire ou de retour. En cas de brouillage du signal de retour d'image, la télécommande ne peut plus afficher l'image perçue par le drone, ce qui peut entraîner une perte de contrôle. En cas de brouillage simultané des signaux de télécommande et de positionnement, le drone ne peut plus obtenir d'informations de positionnement précises et atterrit directement, s'appuyant sur ses capteurs à ultrasons pour éviter le contact avec le sol et se maintenant en vol stationnaire à une certaine altitude.

Le tableau ci-dessous répertorie certains protocoles courants de télécommande et de transmission d'images pour drones. Des fabricants de renom tels que DJI et AUTEL ont développé des protocoles de transmission d'images dédiés à la télécommande ; parmi eux, OcuSync et LightBridge de DJI sont les plus répandus et les plus performants. Les fabricants ne disposant pas de protocoles de transmission d'images propriétaires optent généralement pour le Wi-Fi. Pour les drones FPV (Flying FPV) de type DIY (Do It Yourself), les protocoles ELRS et TBSCrossFire sont devenus les standards.

 OFDM introduction à la technologie

LightBridge, OcuSync、SkyLinkprotocole, etWi-Fi, tLa technologie d'encodage de sa couche physique utilise la technologie OFDM. Cette section présentera brièvement la technologie OFDM.

OFDM tCette technologie utilise plusieurs sous-porteuses pour transmettre simultanément des données, avec des intervalles de fréquence égaux entre elles. Bien qu'il existe un certain chevauchement spectral entre les sous-porteuses adjacentes, elles sont orthogonales entre elles, de sorte que les signaux transmis par chacune d'elles n'interfèrent pas. Cela permet la transmission simultanée de données sur de nombreuses sous-porteuses.

OFDMCette technologie est généralement basée sur la technologie de traitement numérique du signal, et le processus de mise en œuvre spécifique est le suivant : la source de données à moduler est allouée à N sous-porteuses, chaque sous-porteuse est modulée IQ, puis les données modulées IQ des N sous-porteuses sont soumises à une transformée de Fourier inverse IFFT pour obtenir les données IQ dans le domaine temporel d'un symbole OFDM.

Figure 2 Aperçu du principe de la technologie de modulation OFDM

Une trame OFDM complète contient généralement plusieurs symboles OFDM, dont la durée est l'inverse de l'espacement des sous-porteuses. Par exemple, pour un espacement de 15 kHz, la durée d'un symbole OFDM est de 66,67 µs. Au début de chaque symbole OFDM, un préfixe cyclique (PC) plus court est inséré. Ce PC reprend le contenu du symbole situé à la fin. L'ajout du PC permet de limiter les interférences intersymboles dues à la dispersion.

Figure 3 Symboles et sous-porteuses OFDM

OFDML'efficacité d'utilisation du spectre de la technologie de multiplexage est très élevée. Dans le domaine fréquentiel, les signaux OFDM sont composés de nombreuses sous-porteuses, et la répartition de l'énergie entre elles est relativement uniforme, ce qui confère aux signaux OFDM un spectre quasi linéaire. Dans le domaine temporel, les signaux OFDM sont composés de plusieurs symboles, chacun ayant une longueur fixe.

Figure 4 Symboles et sous-porteuses OFDM

 DJI LIGHTBRIDGE/OCUSYNC Protocole

DJILightBridgeet OcuSync Les protocoles de transmission d'images constituent les références techniques pour les systèmes de télécommande destinés à l'usage civil. Le protocole LightBridge, développé plus tôt, est utilisé sur des modèles tels que le Phantom 3 et l'Inspire. Le protocole OcuSync, plus récent, est utilisé sur des modèles comme le Phantom 4, la série Mavic, la série Air, etc. OcuSync a fait l'objet de mises à jour régulières, et sa dernière version, OcuSync 4.0, offre d'excellentes performances de transmission et une grande résistance aux interférences.

Figure 5 Diagramme de fréquence temporelle du protocole DJI OcuSync

LightBridge&OcuSyncLa couche physique du protocole repose sur la technologie de codage OFDM, mais ses différents paramètres diffèrent. Le protocole LightBridge utilise une couche physique similaire à celle du WiMAX, avec un espacement de sous-porteuses de 10,9375 kHz. La liaison descendante utilise 864 sous-porteuses, occupant une bande passante d'environ 9,46 MHz. Le protocole OcuSync utilise une couche physique similaire à celle de la LTE, avec un espacement de sous-porteuses de 15 kHz. La liaison descendante à 10 Mbit/s utilise 600 sous-porteuses, occupant une bande passante d'environ 9,02 MHz, tandis que la liaison descendante à 20 Mbit/s utilise 1 200 sous-porteuses, occupant une bande passante d'environ 18,02 MHz.

 SKYLINK Protocole

Le protocole Skylink est également un protocole de télécommande et de transmission d'images courant. Il est largement utilisé dans la série de drones Dao Tong EVO.

La couche physique du protocole Skylink est également basée sur la technologie OFDM, occupant une bande passante d'environ 10 MHz et un espacement de sous-porteuses de 15 kHz.

Figure 6 Diagramme temps-fréquence du protocole SkyLink

 Le protocole Skylink adopte une couche physique similaire à celle de la LTE, avec un espacement de sous-porteuses de 15 kHz.

 La liaison descendante (signal de transmission d'image) utilise 600 sous-porteuses, occupant une bande passante d'environ 9,02 MHz, et la liaison montante (signal de télécommande) utilise 72 sous-porteuses, occupant une bande passante d'environ 1,1 MHz.

 Wi-Fi protocole

Wi-La technologie de communication Wi-Fi est très répandue dans l'électronique grand public, et de nombreux drones civils l'utilisent.-Protocole Fi pour tranommez la choseSignaux de commande et signaux de retour d'image. Le Wi-Le protocole de communication Fi a connu de nombreuses années d'itérations technologiques. Outre les premiers Wi-Le Wi-Fi 1 utilise le spectre étalé DSSS, tandis que le Wi-Fi suivant utilise la technologie OFDM avec des paramètres techniques différents, tels que la bande passante.

Wi-Fi standard	Wi-Fi version	Version standard	Fréquence de travail	technologie de réutilisation de la couche physique	Nombre de flux spatiaux	DANScanal de bande intermédiaire	Dces taux
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
802.11g	Wi-Fi3	2003	2,4 GHz	OFDM	1	20 MHz	54 Mbps
802.11n	Wi-Fi4	2009	2,4 GHz, 5 GHz	MIMO-OFDM	Jusqu'à 4	20/40 MHz	Jusqu'à 600 Mbps
802.11ac	Wi-Fi5	2013	5 GHz	MIMO-OFDM	Jusqu'à 8	20/40/80/160 MHz	Jusqu'à 3,47 Gbit/s
802.11ax	Wi-Fi6	2019	2,4 GHz, 5 GHz	OFDMA, MU-MIMO	Jusqu'à 8	20/40/80/160 MHz	Jusqu'à 9,6 Gbit/s
802.11be	Wi-Fi7	2024	2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz	OFDMA, MU-MIMO	8	20/40/80/160/320 MHz	Jusqu'à 23 Gbit/s

Le Wi-Le protocole Wi-Fi utilisé dans le domaine des drones est généralement le 802.11n ou le 802.11ac, car le Wi-Fi-Les puces Fi pour ces deux normes sont très matures. Prenons l'exemple de la norme 802.11n : il existe généralement deux modes de bande passante.

Les normes sont très matures. Prenons l'exemple de la norme 802.11n : elle propose généralement deux modes de bande passante, 20 MHz et 40 MHz, avec un espacement des sous-porteuses de 312,5 kHz. En mode 20 MHz, on compte 56 sous-porteuses, soit une bande passante occupée d'environ 17,8 MHz. En mode 40 MHz, on compte 114 sous-porteuses, soit une bande passante occupée d'environ 35,9 MHz.

Figure 7 Diagramme temps-fréquence de Wi-Soyez un protocole

 FPV Protocole ELRS/TBS

En FPV, le protocole de contrôle à distance et le protocole de transmission d'images sont distincts. Le protocole de contrôle à distance utilise généralement ELRS ou TBS Crossfire, tandis que le protocole de transmission d'images est généralement simulé afin de réduire la latence.

ELRS, également connu sous le nom d'ExpressLRS, est un protocole de télécommande open source offrant une latence ultra-faible et une portée étendue. Sa couche physique utilise le protocole LoRa et est implémentée sur les puces SX127x/SX1280 de SEMTECH. ELRS exploite la technologie de saut de fréquence et d'étalement de spectre, ce qui lui confère une forte résistance aux interférences. L'étalement de spectre d'ELRS repose sur la modulation de fréquence linéaire (chirp). Plus le facteur d'étalement est élevé, plus le gain, la sensibilité et le débit de transmission sont importants. La bande passante d'étalement d'ELRS est de 500 kHz, et le facteur d'étalement est généralement compris entre SF6 et SF9. Le codage de la couche physique de TBS Crossfire est similaire à celui d'ELRS, utilisant également la modulation de fréquence linéaire (chirp), mais sa bande passante est limitée à 250 kHz.

facteur de propagation	longueur du code à spectre étalé	Sgain de prédation(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

Figure 8 Diagramme temps-fréquence du protocole ELRS