Tin tức
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 sự can thiệp là ngăn chặn kẻ thù sử dụng hiệu quả phổ điện từ. Trong chiến tranh điện tử, sự can thiệp điện từ cũng được gọi là biện pháp đối phó điện tử. Phương pháp cơ bản của sự can thiệp điện từ là gửi tín hiệu can thiệp cùng với tín hiệu mà kẻ thù dự kiến sẽ nhận được vào máy thu, khiến máy thu của kẻ thù không thể có được thông tin chính xác.
Hình 9 Đường truyền thông tin và đường truyền nhiễu
Các phương pháp nhiễu điện từ phổ biến bao gồm nhiễu triệt tiêu,
sự can thiệp lừa dối và sự can thiệp thông minh.
Sự can thiệp điện tử ức chế
Nhiễu điện tử ức chế là nhiễu gây ra tình trạng quá tải, bão hòa hoặc khó khăn trong việc thu được tín hiệu hữu ích trong hệ thống thu của thiết bị liên lạc của đối phương bằng cách truyền tín hiệu nhiễu. Nhiễu điện tử ức chế có thể được chia thành các loại sau:
1.Chặn nhiễu: Chặn nhiễu, 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 nó là không yêu cầu 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 tiêu nhiều trạm thông tin trong băng tần. Nhưng nhược điểm của nó là công suất nhiễu bị phân tán và hiệu quả 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 là tổng tần số sóng mang của nhiễu và tần số 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 eception
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 thức tình huống theo thời gian thực, học tập, ra quyết định và các khả năng khác cho hệ thống liên lạc mục tiêu, và 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 tần số thời gian, dạng sóng, mạng và hệ thống, các quyết định tối ưu khác nhau được xây dựng và thực hiện để đạt được sự 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
VCOMáy gây nhiễu tần số quét là một kiến trúc máy gây nhiễu đơn giản. Hình sau đây cho thấy nguyên lý của máy gây nhiễu kênh. Đầu tiên, một máy phát sóng tam giác tạo ra một sóng tam giác có tần số vài chục KHz, điều khiển đầu cuối điều khiển điện áp của VCO. Điều này cho phép VCO đưa ra tín hiệu RF tần số quét, sau đó có thể 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 máy 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 của máy 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 ra bằng 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 máy 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 máy gây nhiễu tần số quét DDS có thể rất cao (tùy thuộc vào bộ dao động tinh thể tham chiếu). So với máy gây nhiễu tần số quét VCO, máy gây nhiễu tần số quét DDS không cần phải xem xét thêm băng thông bảo vệ và có thể xác định chính xác phạm vi tần số quét.
Mạch gây nhiễu tần số quét DDS phức tạp hơn mạch gây nhiễu tần số quét VCO, khi tần số đầu ra khác nhau thì mô hình và kích thước bộ lọc cũng khác nhau, do đó độ chuẩn hóa của mạch sẽ thấp hơn một chút.
SDR máy gây nhiễu kỹ thuật
Nguyên lý của máy gây nhiễu dựa trên công nghệ SDR được thể hiện trong hình sau. FPGA tải 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, nó trở thành tín hiệu RF của băng tần mục tiêu, sau đó được khuếch đại bởi bộ khuếch đại và đưa ra ăng-ten. Bộ điều chế IQ tích hợp 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 của thiết bị can thiệp dựa trên công nghệ SDR
Dựa trên công nghệ SDR, máy 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 các tín hiệu nhiễu cụ thể cho các tín hiệu truyền thông cụ thể để đạt được hiệu ứng nhiễu tốt nhất.
Chúng tôi gọi tín hiệu nhiễu cụ thể này là mã nhiễu. Tùy thuộc vào phương pháp mã hóa của liên kết truyền thông, có thể chọn các mã nhiễu khác nhau. Ví dụ, nếu liên kết truyền thông sử dụng tín hiệu điều chế QPSK sóng mang đơn, chúng ta có thể chọn mã nhiễu QPSK sóng mang đơn tương ứng. Nếu liên kết truyền thông sử dụng tín hiệu OFDM, chúng ta có thể chọn mã nhiễu OFDM có cùng khoảng cách sóng mang phụ.
1.Đánh giá hiệu ứng nhiễu của máy bay không người lái
máy gây nhiễu tần số quét
Cả máy gây nhiễu dựa trên VCO và DDS đều dựa trên công nghệ quét tần số. Khi sử dụng máy gây nhiễu dựa trên quét tần số để can thiệp vào các giao thức truyền thông 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 truyền thông bị gián đoạn hoàn toàn. Do đó, máy gây nhiễu quét tần số thường yêu cầu công suất truyền lớn để can thiệp vào các liên kết truyền thông 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, máy 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 một cách có chọn lọc để đạt được nhiễu mục tiêu, cho phép năng lượng tập trung hơn và khoảng cách nhiễu xa hơn. Bất kể phương pháp 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 hiệu chỉnh lỗi mạnh, cũng khó khôi phục dữ liệu ở tỷ lệ lỗi cao như vậy. Do đó, máy gây nhiễu kiểu SDR có thể can thiệp hiệu quả vào các liên kết dữ liệu máy bay không người lái.
Hình 14 Sự can thiệp của loại máy gây nhiễu SDR vào liên kết truyền thông UAV
Máy gây nhiễu loại SDR cũng có thể phát tín hiệu quét trong một băng thông nhất định và tốc độ quét sẽ nhanh hơn máy gây nhiễu loại VCO và loại 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 nhiễu chặn.
Bản tóm tắt
| VCO DDS SDR TRONGphân tích so sánh |
| |||
| Dự án | Phương pháp can thiệp | ngon quálà hiệu quả | Trị giá | Lớp học |
| VCO | máy gây nhiễu tần số quét | Cần phải nhắm vào tần số và có tác động tác động đáng kể. Đây hiện là phương pháp can thiệp máy bay không người lái được sử dụng phổ biến nhất; Nó đã được sử dụng rộng rãi trong chiến đấu thực tế. | Việc triển khai VCO dễ dàng và chi phí sản phẩm thấp, nhưng cần phải tùy thuộc vào tần số; | quân sự/dân sự |
| DDS | máy gây nhiễu tần số quét | Cần tập trung vào tần suất, với 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 tần số đầu ra rộng và có thể di động. Đồng thời, có thể phối hợp liền mạch với các đơn vị phát hiện tần số, đây là hướng phát triển chính trong giai đoạn sau; | quân sự/dân sự |
| SDR | Chặn nhiễu | Cần có các thiết bị phát hiện có độ chính xác cao, cùng với cơ sở dữ liệu truyền dẫn không dây ứng dụng hoàn chỉnh và mã đặc tính vô tuyến tương ứng để thực hiện nhiễu hiệu quả; Hiệu ứng nhiễu tốt. | Chế độ chính của chiến tranh điện tử rất khó phát triển và có chi phí sử dụng cực kỳ cao | quân đội |
Tóm lại, xét cả về chi phí và kênh đầu ra, giải pháp chống máy bay không người lái VCO sẽ vẫn là phương thức chính thống của nhiễu máy bay không người lái trong một khoảng thời gian nhất định trong tương lai. Nếu đạt được phạm vi phủ sóng tần số đầy đủ trên nguồn tín hiệu VCO, nó có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu thực tế tại chỗ.