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详解无人机的无线电干扰原理

机器人网  · 公众号  · 机器人  · 2017-02-23 18:38

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上述计算的意思是:如果干扰带宽适中,则只需要2W的发射功率,就能干掉100米范围内的无人机GPS。假如干扰天线有6dB增益,那么只需要0.5W功率。

实测发现,0.01W功率的噪声调幅配合增益为5dB的R100天线,已经能在100米范围内许多品牌无人机的GPS。这可能是以下几个原因导致的:
(1)品牌无人机大量采用轻质塑料,导致GPS天线的对地隔离度远远不足40dB。
(2)总接收电平达不到-120dBm(该值接近理论最佳值,工程中通常按-130dBm考虑)。
(3)廉价接收器解扩方案过于简化,没有充分利用43dB的扩频增益。

最简单的宽带信号是噪音调频。当然还可以采用相关性更强的干扰直至欺骗,比如用GPS模拟器产生一些假信号。但考虑到干扰功率本来就不大,似乎没有必要费这个事。
无人机丢失GPS信号以后的行为取决于飞控的功能及设置。对于技术娴熟的操作者而言,GPS不是必要的,在没有GPS的年代里,航空模型的飞手们依然可以靠目视或图传完成自己设想的飞行路线。但是对于技术不娴熟的操纵者,干掉GPS信号的后果已经相当严重,因为此时无人机的自动返航功能已经失效,必须完全依赖人工操作。根据已经掌握的防御经验,这基本等于飞不回去。
如果想避免GPS受干扰的后果,可以在下面几点上做文章:
(1)操纵者必须经过无GPS飞行方面的训练。
(2)严格考核GPS天线的对地隔离度,使之提升到比如50dB;选用性能足够好的GPS接收机。
(3)采用更高精度的惯性平台,确保在GPS丢失后能支撑足够返航的时间。
(4)利用机载摄像机的图像进行定位和返航。

2、对遥控信号的干扰

商品遥控发射机的功率通常为100mW,特殊用途或自行改装的遥控发射机可能具有更大的功率。如果按100mW考虑,遥控发射天线配置普通鞭状天线,增益约3dB,无人机上的接收天线增益也为3dB的情况下,设操纵者距离飞机100米,采用2450MHz频率,则接收机收到的功率电平最大为:
20+6-32.45+20-68=-54.45dBm

可见遥控信号的强度远大于GPS信号。

不过,遥控接收天线的主瓣方向必须朝向地面,所以不能像GPS天线那样对地面干扰提供隔离。

目前,遥控发射机已经普遍采用跳频、扩频技术,而且跳频参数还可以自适应,具有一定的抗干扰能力。在计算需要的干扰大小时,必须已知跳频、扩频的参数才能得到准确的结果。不过我们依然可以知道所需干扰的大致范围。遥控发射机仍按上述参数,假设防御者距离无人机为100米,天线增益为3dB,如果采用相关的干扰,需要的干扰功率与遥控发射功率接近,即0.1W以上。如果遥控信号存在跳频措施,而干扰者除了频带范围之外,并不知道这些措施的任何参数,只能用噪声进行全频带暴力覆盖,那么所需功率将有所提高。就经验而论,通常需要提升30dB,具体来说就是100W。

这个干扰功率就比GPS具体多了,而且难以低成本的产生。同时,过大的干扰功率可能会影响其它正常的无线电通信,出现干死一大片,无人机照样飞的窘境。

如下图所示,如果遥控信号的跳频范围是2405~2495MHz,而防御者不知道跳频参数,那么就只好用噪声进行全频带覆盖,即黄色区域。而遥控信号功率集中,当它的总功率电平比干扰的总功率电平小的时候,依然可能在局部比干扰电平高不少,从而不受干扰影响,如红色区域。目前先进的遥控器已经能够根据干扰的情况自动调整跳频频率,所以对于采用跳频的遥控器,窄带强干扰效果不佳。







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