VCO DDS 및 SDR 기술 기반 UAV 간섭 기술 백서(2)

1. 전자파 간섭 기술 소개

모든 간섭의 목적은 적이 전자기 스펙트럼을 효과적으로 사용하지 못하도록 막는 것입니다. 전자전에서 전자기 간섭은 전자 대응책이라고도 합니다. 전자기 간섭의 기본적인 방법은 적이 수신할 것으로 예상되는 신호와 함께 간섭 신호를 수신기로 전송하여 적의 수신기가 정확한 정보를 얻을 수 없도록 하는 것입니다.

그림 9 통신 링크 및 간섭 링크

일반적인 전자파 간섭 방법에는 억제 간섭이 포함됩니다.

기만적 간섭과 지능적 간섭.

억제형 전자 간섭

억제형 전자 간섭은 적 통신 장비의 수신 시스템에 과부하, 포화 또는 유용한 신호 수신의 어려움을 유발하는 간섭을 의미합니다. 억제형 전자 간섭은 다음과 같은 범주로 간단히 나눌 수 있습니다.

1.차단 간섭: 차단 간섭(Blocking Interference)은 광범위한 간섭 방사 스펙트럼을 가지며, 일반적으로 지역 통신국의 전체 작동 주파수 대역을 포괄할 수 있습니다. 차단 간섭의 장점은 주파수 일치 장비나 정찰 장비 없이도 간섭을 유도할 수 있다는 것입니다. 장비가 비교적 간단하며 주파수 대역 내 여러 통신국을 동시에 억제할 수 있습니다. 하지만 간섭 전력이 분산되어 효율이 낮다는 단점이 있습니다. 또한, 차단 간섭을 적용할 경우, 해당 주파수 대역 내에 있는 자체 신호도 간섭을 받게 됩니다.

2.대상 간섭: 대상 간섭은 간섭의 반송파 주파수와 신호 주파수의 합, 또는 간섭 신호와 동일한 주파수 스펙트럼 폭을 갖는 통신 신호의 합을 말합니다. 일반적으로 각 간섭 주파수는 해당 통신 신호 주파수와 정렬되어 간섭을 구현하지만, 한 대의 기기가 여러 대상에 간섭하는 적용 사례도 있습니다.

3.스윕 주파수 간섭: 스윕 주파수 간섭은 넓은 주파수 대역에서 특정 방식으로 간섭 송신기의 반송 주파수가 낮은 주파수에서 높은 주파수로 또는 높은 주파수에서 낮은 주파수로 연속적으로 변화하여 형성되는 간섭을 말합니다.

디리셉션 방해

기만적 간섭은 통신 시뮬레이션 장비나 방해 장비를 사용하여 통신 신호의 특성 및 타이밍에 맞는 신호를 전송하거나, 통신 링크를 기만하여 예상치 못한 응답을 생성하거나, 스펙트럼 자원을 제한, 격리, 점유하는 시스템 공격 목표를 달성하거나, 통신 사용자가 전술적 목표를 달성하기 위해 잘못된 행동을 하도록 하는 유형의 간섭을 말합니다.

지능적 간섭

지능형 재밍 머신은 표적 통신 시스템을 위한 실시간 상황 인식, 학습, 의사 결정 및 기타 기능을 갖추고 있으며, 다양한 전자기 환경에 적응하고 다양한 재밍 대상에 대응할 수 있습니다. 전술적 목표에서 시작하여 시간-주파수 항공 전력, 파형, 네트워크 및 시스템에 대한 다차원적 인지 및 학습을 통해 가장 효율적이고 비용 효율적이며 역동적인 간섭을 달성하기 위한 다양한 최적의 결정을 수립하고 실행합니다.

3. UAV 간섭 회로 구조

 VCO 스윕 주파수 재머

VCO 스윕 주파수 재머는 간단한 재머 구조입니다. 다음 그림은 채널 재머의 원리를 보여줍니다. 먼저, 삼각파 발생기는 수십 kHz 주파수의 삼각파를 생성하여 VCO의 전압 제어 단자를 구동합니다. 이를 통해 VCO는 스윕 주파수 RF 신호를 출력하고, 이 신호는 증폭기와 안테나를 통해 전송됩니다.

그림10 VCO주파수 스위핑 재머 원리

VCO 소자의 특성이 불연속적이기 때문에 각 VCO 유형 재머의 각 채널에 대한 주파수 조정이 필요합니다. 동시에 VCO의 출력 주파수는 온도에 따라 변하기 때문에 VCO 주파수가 간섭 범위를 벗어나는 것을 방지하기 위해 특정 보호 대역폭을 예약해야 합니다.

 치과의사협회 스윕 주파수 재머

DDS 스윕 주파수 재머의 원리는 다음 그림과 같습니다. DDS(직접 디지털 합성기)는 특정 대역폭(예: 200~300MHz)의 스윕 주파수 신호를 직접 생성한 후, 국부 발진기 신호와 혼합하고, 대역 통과 필터를 통해 원하는 RF 신호(예: 2400~2500MHz)를 필터링하여 증폭한 후 안테나를 통해 출력합니다.

그림 11 DDS 스윕 주파수 재머의 원리

DDS 스윕 주파수 재머의 주파수 소스는 DDS와 국부 발진기에서 발생하며, DDS와 국부 발진기의 주파수 정확도는 기준 수정 발진기에서 발생합니다. 따라서 DDS 스윕 주파수 재머의 주파수 정확도는 매우 높을 수 있습니다(기준 수정 발진기에 따라 다름). VCO 스윕 주파수 재머와 비교했을 때, DDS 스윕 주파수 재머는 추가적인 보호 대역폭을 고려할 필요가 없으며 스윕 주파수 범위를 정확하게 정의할 수 있습니다.

DDS 스윕 주파수 재머의 회로는 VCO 스윕 주파수 재머보다 복잡하고, 출력 주파수가 다르면 필터 모델과 크기도 다르므로 회로의 정규화 정도는 약간 낮아집니다.

 표준약관 기술 재머

SDR 기술 기반 재머의 원리는 다음 그림과 같습니다. FPGA는 플래시 메모리에 저장된 파형 파일을 DDR에 로드한 후, 디지털 베이스밴드 인터페이스로 전송합니다. IQ 변조기를 통과한 후, 목표 주파수 대역의 RF 신호가 되고, 이 신호는 증폭기를 통해 증폭되어 안테나로 출력됩니다. IQ 변조기는 국부 발진기 소스를 통합하고 있으며, SPI 인코딩을 통해 국부 발진기 주파수를 변경할 수 있습니다.

그림 12: SDR 기술 기반 간섭 장치의 원리

SDR 기술을 기반으로 하는 재머는 단일 톤 사인 신호, 단순 변조 신호 또는 OFDM 신호 등 특정 대역폭 내의 모든 신호를 전송할 수 있습니다. 신호 유형은 소프트웨어로 완전히 정의되므로, 특정 통신 신호에 대해 특정 간섭 신호를 사용하여 최상의 간섭 효과를 얻을 수 있습니다.

이 특정 간섭 신호를 간섭 코드라고 합니다. 통신 링크의 인코딩 방식에 따라 다양한 간섭 코드를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 통신 링크가 단일 반송파 QPSK 변조 신호를 사용하는 경우, 해당 단일 반송파 QPSK 간섭 코드를 선택할 수 있습니다. 통신 링크가 OFDM 신호를 사용하는 경우, 동일한 부반송파 간격을 갖는 OFDM 간섭 코드를 선택할 수 있습니다.

1.드론 간섭 효과 평가

스윕 주파수 재머

VCO 기반 재머와 DDS 기반 재머는 모두 주파수 스윕 기술을 기반으로 합니다. 주파수 스윕 기반 재머를 사용하여 무인 항공기 통신 프로토콜(OFDM 변조 다중화 통신 프로토콜을 예로 들어 설명)을 방해할 경우, 해당 물리 계층 데이터 블록이 간섭을 받아 통신 링크가 완전히 차단됩니다. 따라서 주파수 스윕 재머는 무인 항공기 통신 링크를 방해하기 위해 높은 송신 전력을 필요로 하는 경우가 많습니다.

그림 13 UAV 통신 링크에 대한 스윕 주파수 재머 간섭

 표준약관 창피

SDR 기술을 기반으로 하는 재머는 전체 주파수 대역을 커버하고 간섭을 차단할 수 있습니다. 또한, 주파수 대역의 일부만을 선택적으로 커버하여 특정 간섭을 달성함으로써 에너지를 더욱 집중시키고 간섭 거리를 더욱 멀리까지 넓힐 수 있습니다. 간섭 방식에 관계없이, 간섭된 OFDM 신호의 모든 부반송파가 간섭을 받을 수 있으며, 오류율은 100%에 가깝습니다. 강력한 오류 정정 코딩 메커니즘을 사용하더라도 이처럼 높은 오류율에서는 데이터를 복구하기 어렵습니다. 따라서 SDR 방식의 재머는 드론 데이터 링크를 효과적으로 간섭할 수 있습니다.

그림 14 UAV 통신 링크에 대한 SDR 유형 재머 간섭

SDR 유형 재머는 특정 대역폭 내에서 스윕 신호를 방출할 수 있으며, 스윕 속도는 VCO 유형 및 DDS 유형 재머보다 빠릅니다. 주파수 호핑 기능이 있는 ELRS와 같은 원격 제어 프로토콜의 경우, 전체 주파수 대역을 완전히 커버하여 간섭 차단을 달성할 수 있습니다.

요약

요약하자면, 비용과 출력 채널을 모두 고려하면 VCO는 드론 방지 이러한 솔루션은 향후 일정 기간 동안 드론 간섭의 주요 수단으로 남을 것입니다. 신호원 VCO에서 전체 주파수 범위를 확보하면 현장의 실제 요구를 더욱 효과적으로 충족할 수 있습니다.