VCO DDSとSDR技術に基づくUAV干渉技術に関するホワイトペーパー（2）

1. 電磁干渉技術入門

あらゆる干渉の目的は、敵が電磁スペクトルを効果的に利用することを阻止することです。電子戦において、電磁干渉は電子対抗手段とも呼ばれます。電磁干渉の基本的な手法は、敵が受信すると予想される信号と干渉信号を受信機に送信し、敵の受信機が正しい情報を取得できないようにすることです。

図9 通信リンクと干渉リンク

一般的な電磁干渉法には抑制干渉、

欺瞞干渉、およびインテリジェント干渉。

抑制的な電子干渉

抑制的電子干渉とは、干渉信号を送信することにより、敵の通信機器の受信システムに過負荷、飽和、または有用な信号の受信困難を引き起こす干渉を指します。抑制的電子干渉は、以下のカテゴリーに簡単に分類できます。

1.ブロッキング干渉：ブロッキング干渉は、干渉放射スペクトルが広く、通常、ローカル通信局の動作周波数帯域全体をカバーできます。その利点は、干渉を誘導するための周波数一致装置や偵察装置を必要としないことです。装置は比較的単純で、周波数帯域内の複数の通信局を同時に抑制できます。しかし、欠点は、干渉電力が​​分散し、効率が高くないことです。また、ブロッキング干渉を適用すると、その周波数帯域内にある自身の信号も干渉を受けます。

2.標的干渉：標的干渉とは、干渉の搬送周波数と信号の周波数の合計、または干渉信号と通信信号が同じ周波数スペクトル幅を持つことを指します。通常は、各干渉周波数を対応する通信信号周波数に合わせて干渉を実現しますが、1 台のマシンが複数のターゲットに干渉する応用例もあります。

3.スイープ周波数干渉：スイープ周波数干渉とは、干渉送信機の搬送周波数が広い周波数帯域内で特定の方法で低周波数から高周波数へ、または高周波数から低周波数へ連続的に変化することによって形成される干渉を指します。

D受信妨害

欺瞞妨害とは、通信シミュレーション機器や妨害装置を使用して、通信信号の特性とタイミングに一致する信号を送信し、通信リンクを欺いて予期しない応答を生成し、スペクトルリソースを抑制、分離、占有するシステム攻撃ターゲットを達成したり、通信ユーザーに誤った行動をとらせたりして戦術的目標を達成する妨害の一種を指します。

インテリジェントな干渉

インテリジェント妨害機は、標的通信システムに対するリアルタイムの状況認識、学習、意思決定などの機能を備え、様々な電磁環境に適応し、様々な妨害対象に対応することができます。戦術目標から出発し、時間周波数、航空力、波形、ネットワーク、システムに関する多次元的な認識と学習を通じて、様々な最適な意思決定を策定・実行し、最も効率的で費用対効果が高く、動的な干渉を実現します。

3.UAV干渉回路アーキテクチャ

 VCO スイープ周波数ジャマー

VCO スイープ周波数ジャマーは、シンプルなジャマーアーキテクチャです。次の図は、チャネルジャマーの原理を示しています。まず、三角波発生器が数十KHzの周波数の三角波を生成し、VCOの電圧制御端子を駆動します。これにより、VCOはスイープ周波数のRF信号を出力し、増幅器とアンテナを介して送信することができます。

写真10 VCO周波数掃引妨害装置の原理

VCO デバイスの特性は離散的であるため、各 VCO タイプの妨害装置の各チャネルごとに周波数調整が必要です。同時に、VCO の出力周波数は温度によって変化するため、VCO 周波数が干渉の範囲外にドリフトするのを防ぐために、一定の保護帯域幅を確保する必要があります。

 DDS スイープ周波数ジャマー

DDSスイープ周波数ジャマーの原理を下図に示します。DDS（ダイレクトデジタルシンセサイザー）は、特定の帯域幅（例：200～300MHz）のスイープ周波数信号を直接生成し、局部発振信号と混合した後、バンドパスフィルタでフィルタリングすることで、目的のRF信号（例：2400～2500MHz）を取得し、増幅してアンテナから出力します。

図11 DDSスイープ周波数ジャマーの原理

DDSスイープ周波数ジャマーの周波数源はDDSと局部発振器から得られ、DDSと局部発振器の周波数精度は基準水晶発振器から得られます。そのため、DDSスイープ周波数ジャマーの周波数精度は非常に高くなります（基準水晶発振器によって異なります）。VCOスイープ周波数ジャマーと比較して、DDSスイープ周波数ジャマーは追加の保護帯域幅を考慮する必要がなく、スイープ周波数範囲を正確に定義できます。

DDS スイープ周波数ジャマーの回路は VCO スイープ周波数ジャマーよりも複雑であり、出力周波数が異なる場合のフィルタ モデルとサイズも異なるため、回路の正規化度はわずかに低くなります。

 SDR 技術妨害装置

SDR技術に基づくジャマーの原理を下図に示します。FPGAはフラッシュメモリに保存された波形ファイルをDDRにロードし、デジタルベースバンドインターフェースに送信します。IQ変調器を通過すると、対象周波数帯域のRF信号に変換され、アンプで増幅されてアンテナに出力されます。IQ変調器は局部発振器源を内蔵しており、SPIエンコードを介して局部発振器の周波数を変更できます。

図12：SDR技術に基づく干渉装置の原理

SDR技術をベースとする妨害装置は、シングルトーン正弦波信号、単純な変調信号、OFDM信号など、特定の帯域幅内のあらゆる信号を送信できます。信号の種類はソフトウェアによって完全に定義されるため、特定の通信信号に特定の干渉信号を適用することで、最適な干渉効果を得ることができます。

この特定の干渉信号を干渉コードと呼びます。通信リンクの符号化方式に応じて、異なる干渉コードを選択できます。例えば、通信リンクがシングルキャリアQPSK変調信号を使用している場合は、対応するシングルキャリアQPSK干渉コードを選択できます。通信リンクがOFDM信号を使用している場合は、同じサブキャリア間隔を持つOFDM干渉コードを選択できます。

1.ドローン干渉効果の評価

スイープ周波数ジャマー

VCOベースとDDSベースの妨害装置はどちらも周波数スイープ技術に基づいています。周波数スイープベースの妨害装置を用いて無人航空機（UAV）の通信プロトコル（OFDM変調多重化通信プロトコルを例に挙げます）を妨害すると、対応する物理層データブロックが干渉を受け、通信リンクが完全に遮断されます。そのため、周波数スイープ妨害装置は、UAVの通信リンクを妨害するために、多くの場合、大きな送信電力を必要とします。

図13 掃引周波数妨害装置によるUAV通信リンクへの干渉

 SDR 恥

SDR技術をベースとするジャマーは、周波数帯域全体をカバーし、干渉を阻止することができます。また、周波数帯域の一部のみを選択的にカバーすることで、標的を絞った干渉を実現することも可能です。これにより、エネルギーをより集中させ、干渉距離をより遠くまで広げることができます。干渉方法に関わらず、干渉を受けるOFDM信号のすべてのサブキャリアに干渉を与えることができ、エラー率は100%に近くなります。強力なエラー訂正符号化メカニズムを用いても、このような高いエラー率ではデータを復元することは困難です。したがって、SDR型のジャマーは、ドローンのデータリンクを効果的に妨害することができます。

図14 SDR型ジャマーによるUAV通信リンクへの干渉

SDR型妨害機は、一定の帯域幅内で掃引信号を発信することができ、その掃引速度はVCO型やDDS型妨害機よりも高速です。周波数ホッピング機能を備えたELRSなどの遠隔制御プロトコルでは、全周波数帯域を完全にカバーし、干渉を遮断することができます。

まとめ

まとめると、コストと出力チャネルの両方を考慮すると、VCO 対ドローン このソリューションは、今後も一定期間、ドローン干渉対策の主流であり続けるでしょう。信号源VCOで全周波数帯域をカバーできれば、現場のニーズにより適切に対応できるようになります。