Tanulmány a VCO DDS és SDR technológián alapuló pilóta nélküli repülőgépek interferencia technológiájáról (1)

Áttekintés

Az elmúlt években a drónipar gyorsan fejlődött, és a drónok alkalmazása egyre elterjedtebbé vált, a drónok száma is évről évre növekvő tendenciát mutat. Ugyanakkor a drónok komoly biztonsági fenyegetéseket is jelentenek a társadalom különböző területein. Az elmúlt években gyakran fordultak elő olyan esetek, amikor a drónok kritikus infrastruktúrát értek el és támadtak meg, és sürgősen szükség van hatékony védekezésre.Drónszámlálómérési technológia. Számos elterjedt drón-elhárítási technika létezik, beleértve:

• Vezeték nélküli jelinterferencia technológia: Interferencia rádiófrekvenciás jelek továbbításával zavarja a pilóta nélküli légi járművek vezeték nélküli jeleit, például a távirányítót, a képátvitelt, a navigációt stb., és ezáltal elriasztja, megzavarja vagy kényszeríti a drón leszállását.
• Vezeték nélküli jel megtévesztési technológia: A drónoknak küldött megtévesztő vezeték nélküli jelek révén a drónok helytelen információkat szerezhetnek, ezáltal elérve a drónok eltérítésének célját. A vezeték nélküli jel megtévesztésének két fő típusa létezik: a helymeghatározó jel megtévesztése és a távirányító jelének eltérítése.
• Irányított energiájú megsemmisítő technológia: Nagy energiájú lézer- vagy elektromágneses jelek kibocsátásával fizikailag megsemmisíti a pilóta nélküli légi járműveket, főként két technikai úton: lézeres megsemmisítéssel és nagy energiájú mikrohullámú megsemmisítéssel.
• Fizikai sebzés/elfogási technológia: Lövedékek, cirkálórakéták kilövésével vagy drónokkal ütközéssel a támadó drónok fizikailag megsebesíthetők, vagy elfogóhálókkal elfoghatók.

Ez a cikk főként a vezeték nélküli jelinterferencia technológiát tárgyalja.

UAV kommunikációs protokoll

A drónok általában a következő négyféle rádiójelet használják:

1. ábra Egy pilóta nélküli légi jármű tipikus vezeték nélküli jelének vázlata

1. RC：TávirányítóCantral：Utasítások továbbítása a kezelőtől a drónnak távirányító jeleken keresztül, lehetővé téve a drón számára a megfelelő repülési műveletek végrehajtását;
2. Beéndésaterjedés：A drón kamerája által rögzített videojel visszakerül a távirányítóra, és a kezelő a továbbított képjel alapján működteti a drónt, hogy kiválassza a megfelelő repülési útvonalat és elkerülje az akadályokba ütközést;

Éegybanéngegyténan:A drónok navigációs műholdaktól kapnak helymeghatározó jeleket saját helymeghatározásukhoz

A látott navigációs jelek közé tartozik a GPS, a Beidou, a GLONASS stb., a működő frekvenciasávok pedig főként az 1,2 GHz és az 1,6 GHz körül oszlanak el.

3. Téslésméstrés：Telemetriai információk, például a drónok helyzetének terjesztésére szolgál, amelyeket a távirányító és a közeli megfigyelőállomások fogadnak.

Ezek közül a távirányító jelei és a kép-visszacsatolási jelek a rádiófrekvenciás interferencia-elhárítás fő célpontjai, és bizonyos esetekben a navigációs és pozicionáló jeleket is zavarhatják. A távirányító jeleinek zavarása esetén a drón nem tudja fogadni a kezelő utasításait, és lebegési vagy visszatérési műveleteket hajt végre; A kép-visszacsatolási jel zavarása esetén a távirányító nem tudja megjeleníteni a drón által látott képet, ami a drón vezérlésének elvesztéséhez vezethet; A távirányító jeleinek és a navigációs pozicionáló jeleknek a zavarása esetén a drón nem tud pontos pozicionálási információkat szerezni, és közvetlenül leszáll, ultrahangos érzékelőkre támaszkodva, hogy elkerülje a talaj érintését, és egy bizonyos magasságban lebegjen a talaj felett.

Az alábbi táblázat néhány gyakori drón távirányító és képátviteli protokollt sorol fel. Az olyan erős gyártók, mint a DJI és az AUTEL, dedikált távirányító képátviteli protokollokat fejlesztettek ki, amelyek közül a DJI OcuSync és LightBridge a leggyakoribb és a legjobb teljesítményt nyújtja. Azok a gyártók, amelyek nem rendelkeznek saját fejlesztésű távirányító képátviteli protokollokkal, általában a Wi-Fi protokollt választják. A saját fejlesztésű FPV-k esetében az ELRS protokoll és a TBSCrossFire vált a tényleges szabványokká.

 OFDM technológiai bevezetés

LightBridge, OcuSync、SkyLinkprotokoll, ésWi-Fi, tA fizikai réteg kódolási technológiája az OFDM technológiát alkalmazza. Ez a szakasz röviden bemutatja az OFDM technológiát.

OFDMtA technológia egy többvivős modulációs multiplexelési technika, amely több alvivőt használ az adatok egyidejű továbbítására, azonos frekvenciaintervallumokkal az egyes alvivők között. Bár van némi spektrális átfedés a szomszédos alvivők között, ezek ortogonálisak egymásra, így az egyes alvivők által továbbított jelek nem befolyásolják egymást. Ez lehetővé teszi az adatinformációk egyidejű továbbítását sok alvivőn.

OFDMA technológia általában digitális jelfeldolgozási technológián alapul, és a konkrét megvalósítási folyamat a következő: a modulálandó adatforrást N alvivőhöz rendelik, minden alvivőt IQ modulálnak, majd az N alvivő IQ modulált adatait IFFT inverz Fourier-transzformációnak vetik alá, hogy megkapják az OFDM szimbólum időtartománybeli IQ adatait.

2. ábra Az OFDM modulációs technológia alapelvének áttekintése

Egy teljes OFDM keret általában több OFDM szimbólumot tartalmaz, és az OFDM szimbólumok időtartama az alvivő-távolság reciproka. Például, ha az alvivő-távolság 15 kHz, az OFDM szimbólum hossza 66,67 us. Minden OFDM szimbólum elejére egy rövidebb ciklikus előtagot (CP) illesztenek be. A CP tartalma az OFDM szimbólum végén található tartalom másolata. A CP kiterjesztésének célja a diszperzió okozta szimbólumok közötti interferencia ellenállása.

3. ábra OFDM szimbólumok és alvivők

OFDMA multiplexelési technológia spektrumkihasználási hatékonysága nagyon magas. A frekvenciatartományban az OFDM jelek sok alvivőből állnak, és az egyes alvivők energia-allokációja viszonylag egyenletes, így az OFDM jelek spektruma közel egyenes vonalú. Az időtartományban az OFDM jelek több szimbólumból állnak, amelyek mindegyike rögzített hosszúságú.

4. ábra OFDM szimbólumok és alvivők

 DjiLIGHTBRIDGE/OCUSYNC Jegyzőkönyv

DjiFényhídésOcuSyncA protokollok a polgári képátviteli távirányító protokollok technikai referenciaértékei, a LightBridge protokollt korábban fejlesztették ki, és olyan modelleken alkalmazzák, mint a Phantom 3 és az Inspire; az OcuSync protokollt viszonylag későn fejlesztették ki, és olyan modelleken alkalmazzák, mint a Phantom 4, a Mavic sorozat, az Air sorozat stb. Az OcuSync protokollt iteratívan frissítették, és legújabb verziója az OcuSync 4.0. Az OcuSync 4.0 protokoll erős átviteli teljesítménnyel és interferencia-szűrő képességgel rendelkezik.

5. ábra A DJI OcuSync protokoll időfrekvencia diagramja

Fényhíd&OcuSyncA protokoll fizikai rétege az OFDM kódolási technológián alapul, de az OFDM kódolás különböző paraméterei eltérőek. A LightBridge protokoll a WiMAX-hoz hasonló fizikai réteget használ, 10,9375 kHz-es alvivő-osztással. A letöltés 864 alvivőt használ, körülbelül 9,46 MHz-es sávszélességet foglalva el; az OcuSync protokoll az LTE-hez hasonló fizikai réteget használ, 15 kHz-es alvivő-osztással. A 10 MHz-es letöltés 600 alvivőt használ, körülbelül 9,02 MHz-es sávszélességet foglal el, míg a 20 MHz-es letöltés 1200 alvivőt használ, körülbelül 18,02 MHz-es sávszélességet foglalva el.

 SKYLINK Jegyzőkönyv

A Skylink protokoll egy gyakori képátviteli távirányító protokoll is. A Skylink protokollt széles körben használják a Dao Tong EVO drónsorozatban.

A Skylink protokoll fizikai rétege szintén az OFDM technológián alapul, körülbelül 10 MHz sávszélességet és 15 kHz alvivőtávolságot foglal el.

6. ábra A SkyLink protokoll időfrekvencia diagramja

 A Skylink protokoll az LTE-hez hasonló fizikai réteget alkalmaz, 15 kHz-es alvivő-távolsággal.

 A letöltés (képátviteli jel) 600 alvivőt használ, körülbelül 9,02 MHz sávszélességet foglalva el, a feltöltési jel (távirányító jel) pedig 72 alvivőt, körülbelül 1,1 MHz sávszélességet foglalva el.

 Wi-Fi jegyzőkönyv

Wi-Az internetkommunikációs technológia nagyon népszerű a szórakoztatóelektronikában, és sok polgári pilóta nélküli légi jármű használ wifi-t.-Fi protokoll az átvitelheznevezd meg a dolgotote vezérlőjelek és képvisszacsatoló jelek. A Wi-A Fi kommunikációs protokoll sok éves technológiai fejlődésen ment keresztül. A korai Wi-Fi mellett-Az 1-es Fi DSSS szórt spektrumot használ, a későbbi Wi-Fi pedig OFDM technológiát alkalmaz, eltérő műszaki paraméterekkel, például sávszélességgel.

Wi-Fi standard	Wi-Fi változat	Standard kiadás	Munkagyakoriság	Fizikai réteg újrahasznosítási technológia	Térbeli áramlások száma	BEide-sávú csatorna	Dazok az árak
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	Akár 4	20/40MHz	Akár 600 Mbps
802.11ac	Wi-Fi5	2013	5 GHz	MIMO-OFDM	Akár 8	20/40/80/160 MHz	Akár 3,47 Gbps
802.11ax	Wi-Fi6	2019	2,4 GHz, 5 GHz	OFDMA, MU-MIMO	Akár 8	20/40/80/160 MHz	Akár 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	Akár 23 Gbps

A Wi-A drónok területén általában 802.11n vagy 802.11ac vezeték nélküli hálózatot használnak, mivel a Wi-Fi...-E két szabványhoz tartozó Fi chipek nagyon kiforrottak. Vegyük például a 802.11n-t, ahol általában két sávszélesség-mód létezik.

A szabványok nagyon kiforrottak. A 802.11n példájánál fogva általában két sávszélesség-mód közül lehet választani, 20M és 40M, 312,5 kHz-es alvivő-távolsággal. 20M módban 56 alvivő van, a ténylegesen elfoglalt sávszélesség pedig körülbelül 17,8 MHz. 40M módban 114 alvivő van, a ténylegesen elfoglalt sávszélesség pedig körülbelül 35,9 MHz.

7. ábra A Wi időfrekvenciás diagramja-Légy protokolláris

 FPV JegyzőkönyvELRS/TBS

Az FPV távirányító protokollja és képátviteli protokollja különálló. A távirányító protokoll általában ELRS-t vagy TBS Crossfire-t használ, míg a képátviteli protokollt általában szimulálják az alacsonyabb késleltetés elérése érdekében.

Az ELRS, más néven ExpressLRS, egy nyílt forráskódú távvezérlő protokoll, amely ultraalacsony késleltetést és nagyobb távvezérlő távolságokat biztosít. Az ELRS fizikai rétege a LoRA protokollt alkalmazza, és a SEMTECH SX127x/SX1280 chipjein alapul. Az ELRS frekvenciaugratást és szórt spektrumú technológiát alkalmaz, amely erős interferencia-szűrő képességet biztosít. Az ELRS szórt spektruma a chirp (lineáris frekvenciamoduláció) szórt spektrumú technológián alapul. Minél nagyobb a szórási tényező, annál nagyobb a szórási nyereség, az érzékenység és az átviteli sebesség. Az ELRS szórási sávszélessége 500 kHz, és a szórási tényezőt általában SF6 és SF9 között választják ki. A TBS Crossfire fizikai rétegének kódolása hasonló az ELRS-hez, mindkettő chirp (lineáris frekvenciamoduláció) szórt spektrumú technológiát használ, de a szórt spektrumú sávszélesség csak 250 kHz.

terjedési tényező	Szórt spektrumú kód hossza	Sterjedési nyereség()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

8. ábra Az ELRS protokoll időfrekvenciás diagramja