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反无人机系统

    针对日趋严峻的无人机威胁,重点研究反无人机电子对抗侦察、导航对抗、压制干扰。 构建一整套实验平台,包括反无人机电子对抗实验分系统、反无人机 GPS 干扰实验分系统、 可用于开展无人机侦查定向、无人机 GPS 干扰压制、无人机控制信号干扰压制的功能,该方案基于软件无线电平台,具备良好的开源特性,可作为教学演示以及产品原型开发的基础。

侦察分系统


    反无人机电子侦察分系统主要用于开展无人机数传或图传等遥测链路信号侦察实验, 实现遥测信号侦察、分析,并采用双通道相位干涉仪体制对目标实施测向,从而为后续有 效开展反无人机作战提供目标指示。分系统主要包括电子对抗侦察设备、无人机遥测信号 侦察控制软件等组成。其中,电子对抗侦察设备主要通过自行组装的方式进行配备,包括侦察测向天线、USRP 软件无线电平台及工控机等模块组成,主要负责对无人机遥测信号的侦察、截获并对无人机遥测信号的分析,实现测向。

    根据建设目标不需要测俯仰角的要求,且无人机飞行高度低(几百米),探测距离相 对较远(几公里),方案中定向干扰天线波束一般能覆盖无人机,因此可以不测俯仰角就 可以干扰无人机。反无人机电子对抗侦察实验分系统如图,分系统由两测向天线、USRPX310 及工控机构成。工控机控制 USRP X310 在民用无人机遥控或图传信号 2.4GHz5.8GHz 频段范围内通过扫频或者实时监测感知信号;若 2.4GHz5.8GHz 频段有信号, 则根据遥控信号及图传信号特点识别遥控与图传信号。当出现目标信号时,工控机再控制 USRP X310 两通道接收图传信号,将接收的数据经过信号处理并测向。


反无人机电子侦察实验分系统


    无人机遥控信号常出现的 2 个中心频率(2.44GHz、5.775GHz),带宽约为 100MHz。USRP X310 实时带宽大于 100MHz,USRP B210 实时带宽为 56MHz,可控制 USRP X310 在 2.44GHz 或者 5.775GHz 实时监测感知信号(USRP B210 可扫频)。 如有信号出现,触发 USRP 接收信号并进行后续识别。基于时频分析的分选方法可以区 分以上信号,时频分析方法是通过分析时间、频率的二维函数来分析非平稳信号,是一种 行之有效的方法。由于不同的信号有着自己独特的特征,我们可以根据这些特征来区分不同信号。定频信号在一个频率点附近连续出现,信号频率不随时间的推移而变化,在时频分析图上是一条直线的形式;跳频信号是指信号频率随时间进行周期性变化,每个频点上的持续时间是相同的,在时频分析图上表现为一系列相同长度的短直线,且时间上相互连 接;噪声信号是指不同的信道噪声和空间干扰噪声,在时域、频域范围覆盖十分广泛,且幅度一般小于目标信号,在时频分析图上表现为杂

乱的点。根据不同信号的时频域特征,通过设置阈值分选信号。

遥控信号分选示意


    主流无人机的图传信号都是采用 OFDM 调制,中心频率大约为 2476.5MHz 或者 5722MHZ,带宽为 9.5MHz,本方案主要针对 OFDM 调制的图传信号进行识别。 根据中心频率与带宽几乎可以识别图传信号。

    当识别到无人机图传信号,便可进行测向。由于主流无人机图传信号是定频信号,且 不测俯仰角,只需测方位角,因此可采用两通道相位干涉仪体制测向。系统结构如图 6两测向天线连接到 USRP X310 两通道,工控机控制 USRP X310 接收信号并信号处理。 7 是双通道相位干涉仪测向图,d 表示两天线之间距离,根据不同频率信号选择合适的 距离,若两天线与两通道幅相特性完全一致,由两天线接收信号相位差 便可以测量天线 方位角。实际实验测量表明,USRP X310 作为接收机的两通道相位干涉仪可以达到本方 案要求的测向精度。

双通道相位干涉测向示意图


    反无人机电子对抗侦察实验分系统主要用于开展无人机数传或图传等遥测链路信号侦 察实验,实现遥测信号侦察、分析,并采用双通道相位干涉仪体制对目标实施测向,从而 为后续有效开展反无人机作战提供目标指示。分系统主要包括电子对抗侦察设备、无人机 遥测信号侦察控制软件等组成。其中,电子对抗侦察设备主要通过自行组装的方式进行配 备,包括侦察测向天线、USRP-LW X310USRP-LW B210)及工控机等模块组成,主 要负责对无人机遥测信号的侦察、截获;无人机遥测信号侦察控制软件主要通过外协或采 购方式进行配备,包括遥测信号分析模块、测向控制模块等模块组成,主要负责对无人机 遥测信号的分析,并实现测向,软件主要基于 LabView Matlab 开发,具备二次开发功能。


相关参数


探测频段 10MHz-6GHz
探测距离 不小于 1km
对信号的适应能力 直扩信号、及常规脉冲信号等
测向精度 水平方位角 20°~25°


压制干扰分系统


       GPS 压制干扰实验设备。主要采取预先定向或全向压制的方式,向周围辐射相应频 段的噪声信号,使无人机卫星导航设备无法有效接收卫星导航信号,从而造成位置信息解 算误差增大或位置信息丢失。工作过程具体如下图所示。

无人机导航压制干扰示意


    GPS 压制信号可使用 USRP 软件无线电平台,在 GPS 信号接收频段发射噪声信号, 噪声信号通过功放放大,配合定向天线发射至无人机 GPS 接收机,造成 GPS 接收机无法 定位,也可以使用 USRP 生成虚假的 GPS 卫星定位信号,如其他地点的录制 GPS 导航 电文,造成 GPS 接收到虚假的 GPS 导航电文,从而实现欺骗干扰,USRP 发射的导航电 文为 GPS 导航信号的模拟,基于 USRP 的宽带特性,也可以实现不同频段的压制或欺骗 干扰信号发射。由于无人机 GPS 天线通常安装位置在顶端,且天线方向图通常指向天空, 对于地面发射的压制或者干扰信号通常具备一定的隔离度,压制信号和欺骗干扰信号的作 用距离取决于天线的方向隔离度或者姿态,所以通常作用距离会受到影响。未来可通过提 高功放输出的方式实现作用距离增加。

    通过 USRP 生成 GNSS 诱骗干扰信号时,也可以通过基带数据加载官方的 GPS 数据 文件,产生不少于 4 颗卫星信号,需要考虑 4 颗卫星均为当前天空视图下可见卫星信号,卫星号为可见卫星号。在使用 USRP 直接形成 GNSS 诱骗干扰信号时,USRP 可以预先 放置如 GNSS 星历与历书文件,该历书文件需要考虑干扰信号的时间或周数,且该两个 文件未来可以替换,同时可以设置任意的 GNSS 接收机地理位置,可以手动输入需要诱 骗至某个地理位置,USRP 根据诱骗位置自动计算该位置下可视卫星(大于地平面 5 度), 以及卫星电平,同时可以选择诱骗开始的 UTC 时间,最大卫星数为 8 颗,可以满足 GPS 接收机的定位需求。USRP 也可使用外部时钟的方式提升干扰信号的频率准确度。

    遥控链路压制干扰实现方式同 GPS 的压制相同,需要考虑 USRP 和功放和定向 天线的配合。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。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。压制实现过程使用 USRP-LW X310 产生宽带干扰信号,该 信号为高斯白噪声或扩频干扰信号和模拟 WLAN 802.11 标准格式信号,实现对飞控信道的 全覆盖,同时配合 2.4GHz 100W 大功率功放和 2.4GHz 对数周期或八木天线,实现定向干扰压制。


相关参数


工作模式支持 GPS 任意频点信号
干扰策略全频阻塞压制
作用距离 定向不小于 1Km
信号功率不小于 20W
天线方向定向:28゜~50゜
整机功耗<300W
二次开发支持 LabView 或 Matlab 对控制软件进行二次开发


珞光电子反无人机实验系统基于 USRP 通用软件无线电平台,具备灵活配置的功能, 还可以在此基础上进一步拓展其功能,具备良好的适用性和升级能力。

反无人机系统
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