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

1. Wprowadzenie do technologii zakłóceń elektromagnetycznych

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

Rysunek 9 Łącze komunikacyjne i łącze zakłócające

Do powszechnych metod zakłóceń elektromagnetycznych zalicza się tłumienie zakłóceń,

oszukańcza ingerencja i inteligentna ingerencja.

Tłumienie zakłóceń elektronicznych

Tłumiąca interferencja elektroniczna odnosi się do interferencji, która powoduje przeciążenie, nasycenie lub trudności w uzyskaniu użytecznych sygnałów w systemie odbiorczym wrogiego sprzętu komunikacyjnego poprzez przesyłanie sygnałów zakłócających. Tłumiąca interferencja elektroniczna może być po prostu podzielona na następujące kategorie:

1.Blokowanie zakłóceń: Blokowanie zakłóceń, znane również jako blokowanie zakłóceń, ma szerokie spektrum promieniowania zakłóceń i zwykle może obejmować całe pasmo częstotliwości roboczych lokalnych stacji komunikacyjnych. Jego zaletą jest to, że nie wymaga sprzętu do koincydencji częstotliwości ani sprzętu rozpoznawczego do kierowania zakłóceniami. Sprzęt jest stosunkowo prosty i może jednocześnie tłumić wiele stacji komunikacyjnych w paśmie częstotliwości. Ale jego wadą jest to, że moc zakłóceń jest rozproszona, a wydajność nie jest wysoka; Po drugie, podczas stosowania blokowania zakłóceń, własny sygnał, który mieści się w jego paśmie częstotliwości, jest również zakłócany.

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. Zazwyczaj 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

Zakłócanie wprowadzające w błąd odnosi się do rodzaju zakłóceń, w którym wykorzystuje się sprzęt symulujący komunikację lub sprzęt zakłócający 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 ingerencja

Inteligentne urządzenia zakłócające mają świadomość sytuacyjną w czasie rzeczywistym, uczenie się, podejmowanie decyzji i inne możliwości dla docelowych systemów komunikacyjnych i mogą dostosowywać się do różnych środowisk elektromagnetycznych i reagować na różne obiekty zakłócające. Począwszy od celów taktycznych, poprzez wielowymiarowe poznanie i uczenie się mocy powietrznej o częstotliwości czasowej, kształtu fali, sieci i systemu, formułowane i wykonywane są różne optymalne decyzje w celu osiągnięcia najbardziej wydajnej, opłacalnej i dynamicznej interferencji.

3.Architektura obwodu interferencyjnego UAV

 VCO Zagłuszacz częstotliwości zamiatającej

VCOZagłuszacz częstotliwości sweep to prosta architektura zagłuszacza. Poniższy rysunek przedstawia zasadę działania zagłuszacza kanału. Po pierwsze, generator fali trójkątnej generuje falę trójkątną o częstotliwości kilkudziesięciu kHz, która steruje zaciskiem sterowania napięciem VCO. Pozwala to VCO na wyprowadzenie sygnału RF o częstotliwości sweep, który następnie może być przesyłany przez wzmacniacz i antenę.

zdjęcie10 VCOZasada działania zagłuszacza częstotliwości Sweep

Ze względu na dyskretny charakter charakterystyk urządzeń VCO, wymagana jest regulacja częstotliwości 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 zamiatającej

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

Rysunek 11 Zasada działania zagłuszacza częstotliwości DDS

Źródło częstotliwości zagłuszacza częstotliwości DDS sweep pochodzi z DDS i lokalnego oscylatora, a dokładność częstotliwości DDS i lokalnego oscylatora pochodzi z referencyjnego oscylatora kwarcowego. Dlatego dokładność częstotliwości zagłuszacza częstotliwości DDS sweep może być bardzo wysoka (w zależności od referencyjnego oscylatora kwarcowego). W porównaniu z zagłuszaczem częstotliwości VCO sweep, zagłuszacz częstotliwości DDS sweep nie musi brać pod uwagę dodatkowej szerokości pasma ochrony i może dokładnie określić zakres częstotliwości sweep.

Obwód zagłuszacza częstotliwości DDS jest bardziej złożony niż obwód zagłuszacza częstotliwości VCO, a model i rozmiar filtra są również inne w przypadku innej częstotliwości wyjściowej, więc stopień normalizacji obwodu będzie nieco niższy.

 SDR zagłuszacz techniczny

Zasada działania zagłuszacza opartego na technologii SDR jest pokazana na poniższym rysunku. FPGA ładuje plik przebiegu zapisany w pamięci Flash do DDR, a następnie wysyła plik przebiegu do cyfrowego interfejsu pasma podstawowego. Po przejściu przez modulator IQ staje się sygnałem RF docelowego pasma częstotliwości, który jest następnie wzmacniany przez wzmacniacz i wyprowadzany do anteny. Modulator IQ integruje lokalne źródło oscylatora i może zmieniać częstotliwość lokalnego oscylatora poprzez kodowanie SPI.

Rysunek 12: Zasada działania urządzenia zakłócającego opartego na technologii SDR

Opierając się na technologii SDR, zagłuszacze mogą przesyłać dowolny sygnał w określonym paśmie, taki jak sygnały sinusoidalne pojedynczego tonu, sygnały prostej modulacji lub sygnały OFDM. Typ sygnału jest całkowicie zdefiniowany przez oprogramowanie, więc określone sygnały interferencyjne mogą być używane do określonych sygnałów komunikacyjnych w celu uzyskania najlepszego efektu interferencyjnego.

Ten konkretny sygnał interferencyjny nazywamy kodem interferencyjnym. W zależności od metody kodowania łącza komunikacyjnego, można wybrać różne kody interferencyjne. Na przykład, jeśli łącze komunikacyjne używa pojedynczego sygnału modulacji nośnej QPSK, możemy wybrać odpowiadający mu pojedynczy kod interferencyjny QPSK. Jeśli łącze komunikacyjne używa sygnałów OFDM, możemy wybrać kody interferencyjne OFDM z tym samym odstępem podnośnych.

1.Ocena wpływu zakłóceń ze strony dronów

zagłuszacz częstotliwości

Zarówno zagłuszacze oparte na VCO, jak i DDS bazują na technologii przemiatania częstotliwości. Podczas używania zagłuszaczy opartych na przemiataniu częstotliwości w celu zakłócania protokołów komunikacji bezzałogowych statków powietrznych (biorąc jako przykład protokoły komunikacji z multipleksowaniem modulacji OFDM), odpowiednie bloki danych warstwy fizycznej zostaną zakłócone, co spowoduje całkowite przerwanie łącza komunikacyjnego. Dlatego zagłuszacze oparte na przemiataniu częstotliwości często wymagają dużej mocy transmisji, aby zakłócać łącza komunikacyjne bezzałogowych statków powietrznych.

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

 SDR Wstyd

Opierając się na technologii SDR, zagłuszacz może pokryć całe pasmo częstotliwości i osiągnąć blokowanie zakłóceń; Możliwe jest również selektywne pokrycie tylko niewielkiej części pasma częstotliwości w celu uzyskania ukierunkowanych zakłóceń, co pozwala na większą koncentrację energii i większą odległość zakłóceń. Niezależnie od metody interferencji, wszystkie podnośne zakłóconego sygnału OFDM mogą zostać zakłócone, ze współczynnikiem błędów bliskim 100%. Nawet przy silnych mechanizmach kodowania korekcji błędów trudno jest odzyskać dane przy tak wysokim współczynniku błędów. Dlatego zagłuszacze w stylu 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 przemiatania w określonym paśmie, a prędkość przemiatania będzie szybsza niż w przypadku zagłuszaczy typu VCO i DDS. W przypadku protokołów zdalnego sterowania, takich jak ELRS z funkcją przeskoku częstotliwości, całe pasmo częstotliwości może być w pełni pokryte, aby uzyskać blokowanie zakłóceń.

Streszczenie

Podsumowując, biorąc pod uwagę zarówno koszty, jak i kanały wyjściowe, rozwiązanie VCO antydronowy pozostanie głównym trybem zakłóceń dronów przez pewien okres czasu w przyszłości. Jeśli pełne pokrycie częstotliwości zostanie osiągnięte na źródle sygnału VCO, może ono lepiej sprostać rzeczywistym potrzebom na miejscu.