Biała księga na temat technologii interferencji bezzałogowych statków powietrznych opartej na technologii VCO, DDS i SDR (2)

1. Wprowadzenie do technologii zakłóceń elektromagnetycznych

Celem wszelkich zakłóceń jest uniemożliwienie wrogowi efektywnego wykorzystania widma elektromagnetycznego. W walce elektronicznej zakłócenia elektromagnetyczne są również znane jako elektroniczne środki zaradcze. Podstawową metodą zakłóceń elektromagnetycznych jest wysłanie sygnału zakłócającego wraz z sygnałem, który wróg ma odebrać, do odbiornika, uniemożliwiając wrogiemu odbiornikowi uzyskanie prawidłowych informacji.

Rysunek 9 Łącze komunikacyjne i łącze zakłócające

Do powszechnych metod zakłóceń elektromagnetycznych zalicza się tłumienie zakłóceń,

ingerencja wprowadzająca w błąd i inteligentna ingerencja.

Tłumiące zakłócenia elektroniczne

Tłumiące zakłócenia elektroniczne odnoszą się do zakłóceń, które powodują przeciążenie, nasycenie lub utrudniają odbiór użytecznych sygnałów w systemie odbiorczym wrogiego sprzętu komunikacyjnego poprzez transmisję sygnałów zakłócających. Tłumiące zakłócenia elektroniczne można podzielić na następujące kategorie:

1.Blokowanie zakłóceń: Blokowanie zakłóceń, znane również jako blokowanie zakłóceń, charakteryzuje się szerokim spektrum promieniowania interferencyjnego i zazwyczaj obejmuje całe pasmo częstotliwości roboczych lokalnych stacji komunikacyjnych. Jego zaletą jest to, że nie wymaga stosowania urządzeń do koincydencji częstotliwości ani urządzeń rozpoznawczych do eliminacji zakłóceń. Sprzęt jest stosunkowo prosty i może jednocześnie tłumić wiele stacji komunikacyjnych w danym paśmie częstotliwości. Wadą jest jednak rozproszenie mocy interferencyjnej i niska wydajność. Po drugie, podczas stosowania blokowania zakłóceń, zakłócany jest również sygnał własny, który mieści się w jego paśmie częstotliwości.

2.Zakłócenia celowe: Zakłócenia celowe odnoszą się do sumy częstotliwości nośnej zakłóceń i częstotliwości sygnału lub sygnału zakłócającego i sygnału komunikacyjnego mających tę samą szerokość widma częstotliwości. Zwykle każda częstotliwość zakłóceń jest dopasowywana do odpowiadającej jej częstotliwości sygnału komunikacyjnego w celu wdrożenia zakłóceń, ale zdarzają się również przypadki zastosowań, w których jedno urządzenie zakłóca wiele celów.

3.Zakłócenia częstotliwości przemiatania: Zakłócenia częstotliwości przemiatania odnoszą się do zakłóceń powstających w wyniku ciągłej zmiany częstotliwości nośnej nadajnika zakłócającego od niskiej do wysokiej lub od wysokiej do niskiej w szerokim paśmie częstotliwości w określony sposób.

Dzakłócanie odbioru

Zakłócenia wprowadzające w błąd odnoszą się do rodzaju zakłóceń, w których wykorzystuje się sprzęt symulujący komunikację lub sprzęt zagłuszający do przesyłania sygnałów, które odpowiadają charakterystyce i czasowi sygnałów komunikacyjnych, oszukują łącza komunikacyjne, aby wywoływać nieoczekiwane odpowiedzi, oraz osiągają cele ataków systemowych, które ograniczają, izolują i zajmują zasoby widma lub powodują, że użytkownicy komunikacji podejmują błędne zachowania, aby osiągnąć cele taktyczne.

Inteligentna interferencja

Inteligentne urządzenia zagłuszające posiadają świadomość sytuacyjną w czasie rzeczywistym, funkcje uczenia się, podejmowania decyzji i inne funkcje dla docelowych systemów komunikacyjnych. Potrafią dostosowywać się do różnych środowisk elektromagnetycznych i reagować na różne obiekty zagłuszające. Począwszy od celów taktycznych, poprzez wielowymiarowe poznanie i uczenie się częstotliwości i czasu, mocy powietrznej, kształtu fali, sieci i systemu, formułowane i wdrażane są różne, optymalne decyzje, aby osiągnąć najbardziej efektywną, ekonomiczną i dynamiczną interferencję.

3.Architektura obwodów interferencyjnych UAV

 VCO Zagłuszacz częstotliwości przemiatania

VCO Zagłuszacz częstotliwości przemiatającej to prosta architektura zagłuszacza. Poniższy rysunek przedstawia zasadę działania zagłuszacza kanałowego. Najpierw generator fali trójkątnej generuje falę trójkątną o częstotliwości kilkudziesięciu kHz, która steruje zaciskiem sterującym napięciem generatora VCO. Pozwala to generatorowi VCO na wyprowadzenie sygnału RF o przemiatanej częstotliwości, który następnie może być przesłany przez wzmacniacz i antenę.

zdjęcie10 VCOZasada działania zagłuszacza częstotliwości przemiatania

Ze względu na dyskretny charakter charakterystyk urządzeń VCO, regulacja częstotliwości jest wymagana dla każdego kanału każdego zagłuszacza typu VCO. Jednocześnie, ponieważ częstotliwość wyjściowa VCO zmienia się w zależności od temperatury, konieczne jest zarezerwowanie pewnej szerokości pasma ochronnego, aby zapobiec przesunięciu częstotliwości VCO poza zakres zakłóceń.

 DDS Zagłuszacz częstotliwości przemiatania

Zasada działania zagłuszacza częstotliwości DDS jest przedstawiona na poniższym rysunku. DDS (bezpośredni syntezator cyfrowy) generuje bezpośrednio sygnał częstotliwości przemiatania o określonej szerokości pasma (na przykład: 200–300 MHz), a następnie miesza go z sygnałem lokalnego oscylatora i filtruje za pomocą filtru pasmowo-przepustowego, aby uzyskać pożądany sygnał RF (np.: 2400–2500 MHz), wzmacniany i emitowany przez antenę.

Rysunek 11 Zasada działania zagłuszacza częstotliwości DDS

Źródłem częstotliwości zagłuszacza częstotliwości DDS jest DDS i lokalny oscylator, a dokładność częstotliwości DDS i lokalnego oscylatora pochodzi z referencyjnego oscylatora kwarcowego. Dlatego dokładność częstotliwości zagłuszacza częstotliwości DDS może być bardzo wysoka (w zależności od referencyjnego oscylatora kwarcowego). W porównaniu z zagłuszaczem częstotliwości VCO, zagłuszacz częstotliwości DDS nie wymaga dodatkowej szerokości pasma ochronnego i może precyzyjnie określić zakres częstotliwości przemiatania.

Układ zagłuszacza częstotliwości przemiatającej DDS jest bardziej złożony niż układ zagłuszacza częstotliwości przemiatającej VCO. Model i rozmiar filtra również różnią się w przypadku różnych częstotliwości wyjściowych, więc stopień normalizacji układu będzie nieco niższy.

 SDR zagłuszacz techniczny

Zasada działania zagłuszacza opartego na technologii SDR jest przedstawiona na poniższym rysunku. Układ FPGA ładuje plik przebiegu z pamięci Flash do pamięci DDR, a następnie przesyła go do cyfrowego interfejsu pasma podstawowego. Po przejściu przez modulator IQ, sygnał staje się sygnałem RF w docelowym paśmie częstotliwości, który jest następnie wzmacniany przez wzmacniacz i przesyłany do anteny. Modulator IQ integruje źródło lokalnego oscylatora i może zmieniać jego częstotliwość poprzez kodowanie SPI.

Rysunek 12: Zasada działania urządzenia zakłócającego opartego na technologii SDR

Opierając się na technologii SDR, zagłuszacze mogą transmitować dowolny sygnał w określonym paśmie, taki jak sygnały sinusoidalne, sygnały modulacji prostej czy sygnały OFDM. Rodzaj sygnału jest w pełni definiowany przez oprogramowanie, dzięki czemu możliwe jest wykorzystanie konkretnych sygnałów interferencyjnych do określonych sygnałów komunikacyjnych w celu uzyskania optymalnego efektu interferencji.

Ten specyficzny sygnał interferencyjny nazywamy kodem interferencyjnym. W zależności od metody kodowania łącza komunikacyjnego, można wybrać różne kody interferencyjne. Na przykład, jeśli łącze komunikacyjne wykorzystuje sygnał modulacji QPSK z jedną nośną, możemy wybrać odpowiadający mu kod interferencyjny QPSK z jedną nośną. Jeśli łącze komunikacyjne wykorzystuje sygnały OFDM, możemy wybrać kody interferencyjne OFDM z tym samym odstępem między podnośnymi.

1.Ocena wpływu zakłóceń ze strony dronów

zagłuszacz częstotliwości przemiatającej

Zarówno zagłuszacze oparte na VCO, jak i DDS wykorzystują technologię przemiatania częstotliwości. W przypadku użycia zagłuszaczy opartych na przemiataniu częstotliwości do zakłócania protokołów komunikacyjnych bezzałogowych statków powietrznych (na przykład protokołów komunikacyjnych z multipleksowaniem modulacyjnym OFDM), odpowiednie bloki danych warstwy fizycznej zostaną zakłócone, co doprowadzi do całkowitego przerwania łącza komunikacyjnego. Dlatego zagłuszacze oparte na przemiataniu częstotliwości często wymagają dużej mocy nadawania, aby zakłócać łącza komunikacyjne bezzałogowych statków powietrznych.

Rysunek 13 Zakłócenia zakłócacza częstotliwości przemiatania na łączu komunikacyjnym bezzałogowego statku powietrznego

 SDR Wstyd

Oparty na technologii SDR, zagłuszacz może pokryć całe pasmo częstotliwości i blokować zakłócenia. Możliwe jest również selektywne pokrycie tylko niewielkiej części pasma częstotliwości, aby uzyskać ukierunkowane zakłócenia, co pozwala na większą koncentrację energii i zwiększenie odległości interferencji. Niezależnie od metody interferencji, wszystkie podnośne zakłóconego sygnału OFDM mogą zostać zakłócone, ze stopą błędów bliską 100%. Nawet przy zastosowaniu silnych mechanizmów kodowania z korekcją błędów, odzyskanie danych przy tak wysokiej stopie błędów jest trudne. Dlatego zagłuszacze typu SDR mogą skutecznie zakłócać łącza danych dronów.

Rysunek 14 Zakłócenia zakłócacza typu SDR na łączu komunikacyjnym bezzałogowego statku powietrznego

Zagłuszacze typu SDR mogą również emitować sygnały przemiatające w określonym paśmie, a prędkość przemiatania będzie większa niż w przypadku zagłuszaczy typu VCO i DDS. W przypadku protokołów zdalnego sterowania, takich jak ELRS z funkcją przeskoku częstotliwości, możliwe jest pełne pokrycie całego pasma częstotliwości w celu blokowania zakłóceń.

Streszczenie

Podsumowując, biorąc pod uwagę zarówno koszty, jak i kanały wyjściowe, VCO Antydronowy Rozwiązanie to pozostanie głównym sposobem interferencji dronów przez pewien czas w przyszłości. Jeśli pełne pokrycie częstotliwościowe źródła sygnału VCO zostanie osiągnięte, będzie ono mogło lepiej sprostać rzeczywistym potrzebom na miejscu.