Бела книга за технологијата на интерференција на беспилотни летала базирана на VCO DDS и SDR технологија (1)

Преглед

Во последниве години, индустријата за беспилотни летала брзо се развива, а нивната примена станува сè пораспространета, при што бројот на беспилотни летала исто така покажува тренд на зголемување од година во година. Сепак, во исто време, беспилотните летала претставуваат и сериозни безбедносни закани за различни делови од општеството. Во последниве години, често се случуваат инциденти со беспилотни летала кои влијаат и напаѓаат критична инфраструктура, и постои итна потреба од ефикасно...Бројач на дроновитехнологија на мерки. Постојат неколку вообичаени техники за контрамерки со дронови, вклучувајќи:

• Технологија за пречки на безжичен сигнал: Со пренесување на пречки на радиофреквенциски сигнали, се меша со безжичните сигнали како што се далечинско управување, пренос на слика, навигација итн. на беспилотни летала за да се постигне целта на оддалечување, пречки или принудно слетување на дрон.
• Технологија за измама на безжичен сигнал: Со пренесување на измамнички безжични сигнали до беспилотни летала, дроновите можат да добијат неточни информации, со што ќе се постигне целта за киднапирање на беспилотни летала. Постојат два главни типа на техники за измама на безжичен сигнал: измама на сигнал за локација и киднапирање на сигнал од далечинско управување.
• Технологија за насочено уништување на енергија: Со емитување на високоенергетски ласерски или електромагнетни сигнали, физички уништува беспилотни летала, главно преку два технички начина: ласерско уништување и високоенергетско микробраново уништување.
• Технологија за физичко оштетување/заробување: Со лансирање куршуми, крстосувачки ракети или судир со дронови, напаѓачките дронови можат да бидат физички оштетени или да се пука преку мрежи за заробување за да се заробат напаѓачките дронови.

Оваа статија главно дискутира за технологијата за пречки во безжичниот сигнал.

Протокол за комуникација со беспилотни летала

Дроновите генерално ги користат следните четири типа на радио сигнали:

Слика 1 Типична шема на безжичен сигнал на беспилотно летало

1. RC: Далечински управувачЦнантрнал：Пренесување инструкции од операторот до дронот преку сигнали од далечинско управување, овозможувајќи му на дронот да извршува соодветни дејства во летот;
2. Војасдинапреносливост：Видеосигналот снимен од камерата на дронот се пренесува назад до далечинскиот управувач, а операторот го управува дронот врз основа на пренесениот сигнал на слика за да ја избере соодветната патека на летот и да избегне судир со пречки;

Навојасгатјаснан:Дроновите добиваат сигнали за позиционирање од навигациски сателити за сопствено позиционирање

Навигациските сигнали што се гледаат вклучуваат GPS, Beidou, GLONASS итн., а работните фреквенциски опсези се главно дистрибуирани околу 1,2 GHz и 1,6 GHz.

3. Тилимитри：Се користи за дистрибуција на телеметриски информации како што е локацијата на беспилотните летала, кои ќе бидат примени од далечинскиот управувач и блиските станици за следење.

Меѓу нив, сигналите од далечинско управување и сигналите за повратна информација од слика се главни цели на контрамерките за радиофреквенциско мешање, а во некои случаи, тие исто така можат да се мешаат во сигналите за навигација и позиционирање. Кога се меша во сигналите од далечинско управување, дронот не може да прима инструкции од операторот и ќе извршува дејства на лебдење или враќање; Кога се меша во сигналот за повратна информација од слика, далечинскиот управувач не може да ја прикаже сликата што ја гледа дронот, што може да предизвика дронот да ја изгуби контролата; Кога се меша и во сигналите од далечинско управување и во сигналите за навигациско позиционирање, дронот не може да добие точни информации за позиционирање и слетува директно, потпирајќи се на ултразвучни сензори за да избегне допирање на земјата и лебдење на одредена висина над земјата.

Во следната табела се наведени некои вообичаени протоколи за далечинско управување и пренос на слики од дронови. Силни производители како што се DJI и AUTEL развија наменски протоколи за пренос на слики од далечинско управување, меѓу кои OcuSync и LightBridge на DJI се најчести и имаат најдобри перформанси. За производителите кои немаат самостојно развиени протоколи за пренос на слики од далечинско управување, генерално се избира Wi-Fi протоколот. За DIY FPV, протоколот ELRS и TBSCrossFire станаа вистински стандарди.

 OFDM вовед во технологијата

LightBridge, OcuSync、СкајЛинкпротокол, иWi-Fi, тТехнологијата за кодирање на својот физички слој ја прифаќа OFDM технологијата. Во овој дел накратко ќе се претстави OFDM технологијата.

OFDMтТехнологијата е техника на мултиплексирање со модулација на повеќе носачи која користи повеќе подносачи за истовремено пренесување на податоци, со еднакви фреквентни интервали помеѓу секој подносач. Иако постои одредено спектрално преклопување помеѓу соседните подносачи, тие се ортогонални еден на друг, така што сигналите што ги пренесува секој подносач не влијаат едни на други. Ова овозможува информациите за податоците да се пренесуваат истовремено на многу подносачи.

OFDMТехнологијата обично се базира на технологија за дигитална обработка на сигнали, а специфичниот процес на имплементација е како што следува: изворот на податоци што треба да се модулира се доделува на N подносачи, секој подносач е IQ модулиран, а потоа IQ модулираните податоци од N подносачи се подложени на IFFT инверзна Фуриеова трансформација за да се добијат IQ податоците во временскиот домен на OFDM симбол.

Слика 2 Преглед на принципот на OFDM технологијата за модулација

Целосна OFDM рамка обично содржи неколку OFDM симболи, а времетраењето на OFDM симболите е реципрочно од растојанието помеѓу подносачите. На пример, кога растојанието помеѓу подносачите е 15KHz, должината на OFDM симболот е 66,67us. На почетокот на секој OFDM симбол, се продолжува и се вметнува пократок цикличен префикс (CP). Содржината на CP е копија од содржината на крајот од OFDM симболот. Целта на продолжувањето на CP е да се спротивстави на интерференцијата меѓу симболите предизвикана од дисперзија.

Слика 3 OFDM симболи и подносачи

OFDMЕфикасноста на искористување на спектарот на технологијата за мултиплексирање е многу висока. Во фреквенцискиот домен, OFDM сигналите се состојат од многу подносачи, а распределбата на енергијата на секој подносач е релативно рамномерна, така што спектарот на OFDM сигналите е близу до рамна права линија. Во временскиот домен, OFDM сигналите се состојат од неколку симболи, секој со фиксна должина.

Слика 4 OFDM симболи и подносачи

 ЏиЛАЈТБРИЏ/ОКУСИНК Протокол

ЏиСветлосен мостиOcuSyncПротоколите се технички репер за протоколите за далечинско управување со пренос на слики за цивилни цели, при што протоколот LightBridge е развиен порано и применет на модели како Phantom 3 и Inspire; Протоколот OcuSync е развиен релативно доцна и се применува на модели како Phantom 4, серијата Mavic, серијата Air итн. Протоколот OcuSync е итеративно ажуриран, а неговата најнова верзија е OcuSync 4.0. Протоколот OcuSync 4.0 има силни перформанси на пренос и способност против пречки.

Слика 5 Дијаграм на временска фреквенција на протоколот DJI OcuSync

Светлосен мостиOcuSyncФизичкиот слој на протоколот е базиран на OFDM технологија за кодирање, но различните параметри на OFDM кодирањето се различни. Протоколот LightBridge користи физички слој сличен на WiMAX, со растојание помеѓу подносачите од 10,9375 KHz. Даунлинкот користи 864 подносачи, кои зафаќаат пропусен опсег од приближно 9,46 MHz; протоколот OcuSync користи физички слој сличен на LTE, со растојание помеѓу подносачите од 15 KHz. Даунлинкот со пропусен опсег од 10 M користи 600 подносачи, кои зафаќаат пропусен опсег од приближно 9,02 MHz, додека даунлинкот со пропусен опсег од 20 M користи 1200 подносачи, кои зафаќаат пропусен опсег од приближно 18,02 MHz.

 СКАЈЛИНК Протокол

Протоколот Skylink е исто така вообичаен протокол за далечинско управување со пренос на слики. Протоколот Skylink е широко користен во серијата дронови Dao Tong EVO.

Физичкиот слој на протоколот Skylink е исто така базиран на OFDM технологија, зафаќајќи пропусен опсег од приближно 10 MHz и растојание помеѓу подносачите од 15 KHz.

Слика 6 Дијаграм на временска фреквенција на протоколот SkyLink

 Протоколот Skylink усвојува физички слој сличен на LTE, со растојание помеѓу подносачите од 15 KHz.

 Даунлинкот (сигнал за пренос на слика) користи 600 подносачи, зафаќајќи пропусен опсег од околу 9,02 MHz, а uplink (сигнал за далечинско управување) користи 72 подносачи, зафаќајќи пропусен опсег од околу 1,1 MHz.

 Wi-Fi протокол

Wi-Fi комуникациската технологија е многу популарна во потрошувачката електроника, а многу цивилни беспилотни летала користат Wi-Fi.-Fi протокол за траименувај го предметотсигнали за контрола на отчукувања и сигнали за повратна информација за слика. Wi-Fi комуникацискиот протокол помина низ многу години технолошка итерација. Покрај раниот Wi-Fi 1 користи DSSS проширен спектар, а последователниот Wi-Fi користи OFDM технологија со различни технички параметри како што е пропусниот опсег.

Wi-Fi стандард	Wi-Fi верзија	Стандардно издание	Работна фреквенција	Технологија за повторна употреба на физички слој	Број на просторни текови	ВНАТРЕканал со внатрешен опсег	Дтие стапки
802.11	Wi-Fi1	1997 година	2,4 GHz	ДССС	1	20MHz	2 Mbps
802.11б	Wi-Fi1	1999 година	2,4 GHz	ДССС	1	20MHz	11Mbps
802.11a	Wi-Fi2	1999 година	5GHz	OFDM	1	20MHz	54Mbps
802,11 г	Wi-Fi3	2003 година	2,4 GHz	OFDM	1	20MHz	54Mbps
802.11n	Wi-Fi4	2009 година	2,4 GHz, 5 GHz	MIMO-OFDM	До 4	20/40MHz	До 600 Mbps
802.11ac	Wi-Fi5	2013 година	5GHz	MIMO-OFDM	До 8	20/40/80/160MHz	До 3,47 Gbps
802.11ax	Wi-Fi6	2019 година	2,4 GHz, 5 GHz	OFDMA, MU-MIMO	До 8	20/40/80/160MHz	До 9,6 Gbps
802.11be	Wi-Fi 7	2024	2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz	OFDMA, MU-MIMO	8	20/40/80/160/320MHz	До 23Gbps

Wi-Fi што се користи во областа на дроновите е обично 802.11n или 802.11ac, бидејќи Wi-Fi чиповите за овие два стандарди се многу зрели. Земајќи го 802.11n како пример, обично постојат два режима на пропусен опсег за

Стандардите се многу зрели. Земајќи го 802.11n како пример, обично постојат два режима на пропусен опсег за избор, 20M и 40M, со растојание помеѓу подносачите од 312,5KHz. Во режимот 20M, има 56 подносачи, а вистинскиот зафатен пропусен опсег е околу 17,8MHz. Во режимот 40M, има 114 подносачи, а вистинскиот зафатен пропусен опсег е околу 35,9MHz.

Слика 7 Дијаграм на временска фреквенција на Wi-Биди протокол

 FPV ПротоколЕЛРС/ТБС

Протоколот за далечинско управување и протоколот за пренос на слика на FPV се одвоени. Протоколот за далечинско управување обично користи ELRS или TBS Crossfire, додека протоколот за пренос на слика обично се симулира за да се постигне помала латентност.

ELRS, познат и како ExpressLRS, е протокол за далечинско управување со отворен код кој обезбедува ултра ниска латентност и подолги растојанија за далечинско управување. Физичкиот слој на ELRS го прифаќа протоколот LoRA и е имплементиран врз основа на чиповите SX127x/SX1280 на SEMTECH. ELRS прифаќа технологија на скокање на фреквенција и проширен спектар, што може да постигне силна способност против пречки. Ширењето на спектарот на ELRS се базира на технологија на проширен спектар на chirp (линеарна фреквентна модулација). Колку е поголем факторот на ширење, толку е поголемо засилувањето на ширењето, чувствителноста и брзината на пренос. Пропусниот опсег на ширење на ELRS е 500 KHz, а факторот на ширење генерално е избран од SF6 до SF9. Кодирањето на физичкиот слој на TBS Crossfire е слично на ELRS, и двата користат технологија на проширен спектар на chirp (линеарна фреквентна модулација), но пропусниот опсег на проширен спектар е само 250 KHz.

фактор на ширење	Должина на кодот со проширен спектар	Сдобивка при предигравање（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

Слика 8 Дијаграм на временска фреквенција на протоколот ELRS