Sách trắng về Công nghệ can thiệp UAV dựa trên công nghệ VCO DDS và SDR (2)
- Giới thiệu về Công nghệ giao thoa điện từ
Mục đích của mọi can thiệp là ngăn chặn kẻ thù sử dụng hiệu quả phổ điện từ. Trong chiến tranh điện tử, can thiệp điện từ còn được gọi là biện pháp đối phó điện tử. Phương pháp cơ bản của can thiệp điện từ là gửi tín hiệu can thiệp cùng với tín hiệu dự kiến mà kẻ thù sẽ nhận được đến máy thu, khiến máy thu của đối phương không thể thu được thông tin chính xác.
Hình 9 Đường truyền thông và đường truyền nhiễu
Các phương pháp can thiệp điện từ phổ biến bao gồm can thiệp triệt tiêu,
sự can thiệp lừa dối và sự can thiệp thông minh.
Sự can thiệp điện tử triệt tiêu
Nhiễu điện tử triệt tiêu là hiện tượng nhiễu gây quá tải, bão hòa hoặc khó khăn trong việc thu tín hiệu hữu ích trong hệ thống thu của thiết bị liên lạc đối phương bằng cách phát tín hiệu nhiễu. Nhiễu điện tử triệt tiêu có thể được chia thành các loại sau:
1.Nhiễu chặn: Nhiễu chặn, còn được gọi là nhiễu chặn, có phổ bức xạ nhiễu rộng và thường có thể bao phủ toàn bộ băng tần hoạt động của các trạm thông tin địa phương. Ưu điểm của nhiễu chặn là không cần thiết bị trùng tần số hoặc thiết bị trinh sát để dẫn nhiễu. Thiết bị tương đối đơn giản và có thể đồng thời triệt nhiễu nhiều trạm thông tin trong cùng băng tần. Tuy nhiên, nhược điểm của nhiễu chặn là công suất nhiễu phân tán và hiệu suất không cao; Thứ hai, khi áp dụng nhiễu chặn, tín hiệu riêng nằm trong băng tần của nó cũng bị nhiễu.
2.Nhiễu có mục tiêu: Nhiễu có mục tiêu đề cập đến tổng tần số sóng mang của nhiễu và tần số của tín hiệu, hoặc tín hiệu nhiễu và tín hiệu truyền thông có cùng độ rộng phổ tần số. Thông thường, mỗi tần số nhiễu được căn chỉnh với tần số tín hiệu truyền thông tương ứng để thực hiện nhiễu, nhưng cũng có những trường hợp ứng dụng mà một máy gây nhiễu cho nhiều mục tiêu.
3.Nhiễu tần số quét: Nhiễu tần số quét là nhiễu hình thành do sự thay đổi liên tục tần số sóng mang của máy phát gây nhiễu từ thấp đến cao hoặc từ cao xuống thấp trong một băng tần rộng theo một cách nhất định.
Dnhiễu nhận dạng
Nhiễu lừa đảo là loại nhiễu sử dụng thiết bị mô phỏng truyền thông hoặc thiết bị gây nhiễu để truyền tín hiệu phù hợp với đặc điểm và thời gian của tín hiệu truyền thông, đánh lừa các liên kết truyền thông để tạo ra phản hồi bất ngờ và đạt được mục tiêu tấn công hệ thống nhằm hạn chế, cô lập và chiếm dụng tài nguyên phổ tần hoặc khiến người dùng truyền thông có hành vi sai trái để đạt được mục tiêu chiến thuật.
Sự can thiệp thông minh
Máy gây nhiễu thông minh có khả năng nhận biết tình huống theo thời gian thực, học hỏi, ra quyết định và các khả năng khác cho hệ thống liên lạc mục tiêu, đồng thời có thể thích ứng với các môi trường điện từ khác nhau và phản ứng với các đối tượng gây nhiễu khác nhau. Bắt đầu từ các mục tiêu chiến thuật, thông qua nhận thức đa chiều và học hỏi về công suất không khí theo thời gian-tần số, dạng sóng, mạng lưới và hệ thống, các quyết định tối ưu khác nhau được xây dựng và thực hiện để đạt được khả năng can thiệp hiệu quả, tiết kiệm chi phí và năng động nhất.
3. Kiến trúc mạch can thiệp UAV
VCO Máy gây nhiễu tần số quét
VCO Thiết bị gây nhiễu tần số quét là một kiến trúc gây nhiễu đơn giản. Hình sau đây minh họa nguyên lý hoạt động của thiết bị gây nhiễu kênh. Đầu tiên, một bộ tạo sóng tam giác tạo ra sóng tam giác với tần số vài chục KHz, điều khiển đầu cực điều khiển điện áp của VCO. Điều này cho phép VCO phát ra tín hiệu RF tần số quét, sau đó có thể được truyền qua bộ khuếch đại và ăng-ten.
hình ảnh10 VCONguyên lý của máy gây nhiễu tần số quét
Do tính rời rạc của các đặc tính của thiết bị VCO, cần phải điều chỉnh tần số cho từng kênh của từng loại thiết bị gây nhiễu VCO; Đồng thời, vì tần số đầu ra của VCO thay đổi theo nhiệt độ nên cần phải dành riêng một băng thông bảo vệ nhất định để tránh tần số VCO trôi ra khỏi phạm vi nhiễu.
DDS Máy gây nhiễu tần số quét
Nguyên lý hoạt động của bộ gây nhiễu tần số quét DDS được thể hiện trong hình sau. DDS (bộ tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp) trực tiếp tạo ra tín hiệu tần số quét có băng thông nhất định (ví dụ: 200~300MHz), sau đó trộn với tín hiệu dao động cục bộ và được lọc qua bộ lọc thông dải để thu được tín hiệu RF mong muốn (ví dụ: 2400~2500MHz), được khuếch đại và phát ra bởi ăng-ten.
Hình 11 Nguyên lý của máy gây nhiễu tần số quét DDS
Nguồn tần số của bộ gây nhiễu tần số quét DDS đến từ DDS và bộ dao động cục bộ, và độ chính xác tần số của DDS và bộ dao động cục bộ đến từ bộ dao động tinh thể tham chiếu. Do đó, độ chính xác tần số của bộ gây nhiễu tần số quét DDS có thể rất cao (tùy thuộc vào bộ dao động tinh thể tham chiếu). So với bộ gây nhiễu tần số quét VCO, bộ gây nhiễu tần số quét DDS không cần xem xét thêm băng thông bảo vệ và có thể xác định chính xác dải tần số quét.
Mạch gây nhiễu tần số quét DDS phức tạp hơn mạch gây nhiễu tần số quét VCO, và mô hình cũng như kích thước bộ lọc cũng khác nhau khi tần số đầu ra khác nhau, do đó mức độ chuẩn hóa của mạch sẽ thấp hơn một chút.
SDR máy gây nhiễu kỹ thuật
Nguyên lý hoạt động của bộ gây nhiễu dựa trên công nghệ SDR được thể hiện trong hình sau. FPGA nạp tệp dạng sóng được lưu trữ trong Flash vào DDR, sau đó gửi tệp dạng sóng đến giao diện băng tần cơ sở kỹ thuật số. Sau khi đi qua bộ điều chế IQ, tín hiệu này trở thành tín hiệu RF của băng tần mục tiêu, sau đó được khuếch đại bởi bộ khuếch đại và xuất ra ăng-ten. Bộ điều chế IQ tích hợp một nguồn dao động cục bộ và có thể thay đổi tần số dao động cục bộ thông qua mã hóa SPI.
Hình 12: Nguyên lý hoạt động của thiết bị can thiệp dựa trên công nghệ SDR
Dựa trên công nghệ SDR, thiết bị gây nhiễu có thể truyền bất kỳ tín hiệu nào trong một băng thông nhất định, chẳng hạn như tín hiệu sin đơn âm, tín hiệu điều chế đơn giản hoặc tín hiệu OFDM. Loại tín hiệu được xác định hoàn toàn bằng phần mềm, do đó có thể sử dụng tín hiệu nhiễu cụ thể cho các tín hiệu truyền thông cụ thể để đạt được hiệu quả nhiễu tốt nhất.
Chúng tôi gọi tín hiệu nhiễu cụ thể này là mã nhiễu. Tùy thuộc vào phương pháp mã hóa của đường truyền thông, có thể lựa chọn các mã nhiễu khác nhau. Ví dụ, nếu đường truyền thông sử dụng tín hiệu điều chế QPSK đơn sóng mang, chúng ta có thể chọn mã nhiễu QPSK đơn sóng mang tương ứng. Nếu đường truyền thông sử dụng tín hiệu OFDM, chúng ta có thể chọn mã nhiễu OFDM với cùng khoảng cách sóng mang phụ.
1.Đánh giá tác động can thiệp của máy bay không người lái
máy gây nhiễu tần số quét
Cả thiết bị gây nhiễu dựa trên VCO và DDS đều dựa trên công nghệ quét tần số. Khi sử dụng thiết bị gây nhiễu dựa trên quét tần số để can thiệp vào các giao thức liên lạc của máy bay không người lái (lấy ví dụ về giao thức truyền thông ghép kênh điều chế OFDM), các khối dữ liệu lớp vật lý tương ứng sẽ bị can thiệp, khiến liên kết liên lạc bị gián đoạn hoàn toàn. Do đó, thiết bị gây nhiễu quét tần số thường yêu cầu công suất truyền dẫn lớn để can thiệp vào các liên kết liên lạc của máy bay không người lái.
Hình 13 Sự can thiệp của máy gây nhiễu tần số quét vào liên kết truyền thông UAV
SDR Nỗi tủi nhục
Dựa trên công nghệ SDR, thiết bị gây nhiễu có thể bao phủ toàn bộ băng tần và đạt được nhiễu chặn; nó cũng có thể chỉ bao phủ một phần nhỏ băng tần để đạt được nhiễu mục tiêu, cho phép năng lượng tập trung hơn và khoảng cách nhiễu xa hơn. Bất kể phương pháp gây nhiễu nào, tất cả các sóng mang phụ của tín hiệu OFDM bị nhiễu đều có thể bị nhiễu, với tỷ lệ lỗi gần 100%. Ngay cả với các cơ chế mã hóa sửa lỗi mạnh, việc khôi phục dữ liệu ở tỷ lệ lỗi cao như vậy cũng rất khó khăn. Do đó, thiết bị gây nhiễu kiểu SDR có thể gây nhiễu hiệu quả vào các liên kết dữ liệu của máy bay không người lái.
Hình 14 Sự can thiệp của loại máy gây nhiễu SDR vào liên kết truyền thông UAV
Thiết bị gây nhiễu loại SDR cũng có thể phát tín hiệu quét trong một băng thông nhất định, và tốc độ quét sẽ nhanh hơn so với thiết bị gây nhiễu loại VCO và DDS. Đối với các giao thức điều khiển từ xa như ELRS có chức năng nhảy tần, toàn bộ băng tần có thể được phủ sóng hoàn toàn để đạt được khả năng chặn nhiễu.
Bản tóm tắt
| VCO DDS SDR TRONGphân tích so sánh se |
| |||
| Dự án | Phương pháp can thiệp | ngon quálà hiệu quả | Trị giá | Lớp học |
| VCO | máy gây nhiễu tần số quét | Cần phải nhắm đúng tần số và có tác động đáng kể. Đây là phương pháp gây nhiễu máy bay không người lái phổ biến nhất hiện nay; nó đã được sử dụng rộng rãi trong thực chiến. | Việc triển khai VCO dễ dàng và chi phí sản phẩm thấp, nhưng cần phải phù hợp với tần số cụ thể; | quân sự/dân sự |
| DDS | máy gây nhiễu tần số quét | Cần tập trung vào tần suất, ít kinh nghiệm thực tế hơn. Hiệu ứng nổi bật là rõ ràng. | Đầu ra băng thông rộng khó triển khai và chi phí sử dụng rất cao, nhưng nó có tần số đầu ra rộng và có thể di động. Đồng thời, nó có thể phối hợp liền mạch với các thiết bị phát hiện tần số, đây là hướng phát triển chính trong giai đoạn sau; | quân sự/dân sự |
| SDR | Chặn nhiễu | Cần có các đơn vị phát hiện có độ chính xác cao, cùng với cơ sở dữ liệu truyền dẫn không dây ứng dụng hoàn chỉnh và các mã đặc tính vô tuyến tương ứng để thực hiện can thiệp hiệu quả; Hiệu quả can thiệp tốt. | Chế độ tác chiến điện tử chính rất khó phát triển và có chi phí sử dụng cực kỳ cao | quân đội |
Tóm lại, xét cả kênh chi phí và kênh đầu ra, VCO Chống máy bay không người lái Giải pháp này sẽ vẫn là phương thức chính để chống nhiễu máy bay không người lái trong một khoảng thời gian nhất định trong tương lai. Nếu đạt được độ phủ sóng toàn tần số trên nguồn tín hiệu VCO, nó có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu thực tế tại hiện trường.