輕型多旋翼無人機的監(jiān)測和壓制分析

武迎兵，范振雄，紐莉榮

（國家無線電監(jiān)測中心北京監(jiān)測站，北京 100037）

輕型多旋翼無人機的監(jiān)測和壓制分析

武迎兵，范振雄，紐莉榮

（國家無線電監(jiān)測中心北京監(jiān)測站，北京 100037）

Analysis of Monitoring and Controlling Light Multi-Rotor Unmanned Aerial Vehicle

Wu Yingbing, Fan Zhenxiong, Niu Lirong

(The Beijing Monitoring Station of State Radio Monitoring Center, Beijing, 100037)

1 引言

無人機是利用無線電遙控設備或自備的程序控制裝置進行飛行的不載人飛機，按飛行方式可分為固定翼、旋翼、傘翼和撲翼等多種形式；按體積重量可分為微型、輕型、小型和大型等。無人機早期多用于軍用，隨著信息技術的進步與發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的企業(yè)開始涉足民用無人機領域，無人機也被廣泛應用到運動、攝影、工業(yè)、監(jiān)控安防、農(nóng)業(yè)、物流和測繪勘察等領域[1]。目前，無人機消費類市場發(fā)展迅速，很多廠家都推出了自己的無人機產(chǎn)品，主要代表廠家有大疆、億航和3D Robotics。

由于輕型多旋翼無人機具有小場地、操作相對簡單、價格低廉、機動靈活、雷達難以發(fā)現(xiàn)等特點，是各類安保工作中一直被重點關注的不可控危險因素。因此，本文主要針對輕型多旋翼無人機的飛控鏈路、圖傳鏈路和數(shù)傳鏈路進行了研究分析，并就現(xiàn)在市面上的一些對無人機的壓制方法進行了概述。

2 輕型多旋翼無人機飛行模式

目前，輕型無人機飛行方式可分為三種：根據(jù)預設路徑自動飛行、近距離無線電遙控飛行和遠距離無線電遙控飛行。下面就飛控鏈路、圖傳鏈路和數(shù)傳鏈路進行分析。

3 輕型多旋翼無人機的監(jiān)測

3.1 飛控鏈路

輕型多旋翼無人機的遙控器一般使用2.4GHz和5.8GHz的ISM頻段。由于目前國內(nèi)沒有關于輕型無人機系統(tǒng)的電磁兼容性要求和測試方法，無人機系統(tǒng)設備的電磁發(fā)射也沒有規(guī)定。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分輕型無人機飛控鏈路用到的是2.4GHz的FHSS系統(tǒng)，EIRP（有效全向輻射功率）為100mW。

3.2 圖傳鏈路

輕型多旋翼無人機圖傳系統(tǒng)是無線圖像傳輸，指視頻傳輸裝置，作用是將無人機在空中拍攝到的畫面實時傳輸至操作者手中的顯示裝備，使操作者即使在遠距離飛行時也能判斷無人機的狀態(tài)并獲得相機的拍攝畫面方便取景等目的。目前的圖傳主要有模擬和數(shù)字兩種，其組成部分由發(fā)射端、接收端和顯示端三部分組成。無人機下行圖傳鏈路可工作在328-334MHz，1200MHz，2.4GHz，5.8GHz頻段。

早期的圖傳系統(tǒng)均采用的是模擬制式，它的特點是只要圖傳發(fā)射端和接收端工作在一個頻段上，就可以接收到畫面。模擬圖傳的優(yōu)點是，價格低廉、可同時接收、搭配不同的天線實現(xiàn)不同的接收效果；缺點是，易受到同頻干擾、視頻帶寬小畫質較差。

現(xiàn)在大部分無人機搭載的為數(shù)字圖傳，它是采用2.4GHz和5.8GHz的數(shù)字信號傳輸視頻。優(yōu)點是，傳輸距離遠、圖像傳輸質量高、實時回看拍攝的照片和視頻較為方便；缺點是，中高端產(chǎn)品價格較貴、低端產(chǎn)品圖傳延遲較為嚴重。

3.3 數(shù)傳鏈路

無人機上的遠距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能實時回傳無人機自身狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)。常見的數(shù)傳模式可分為雙向模式和廣播模式兩種。雙向模式下可進行點對點雙向通信，數(shù)據(jù)可雙向傳輸；廣播模式下一臺基站可同時向多臺移動數(shù)據(jù)端發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)只能從基站到移動端。

無人機數(shù)傳電臺可工作在400MHz頻段、900MHz頻段、2.4GHz頻段和5.8GHz頻段等。其中，大疆的無人機使用ISM開放的2.4GHz頻段，而常見的改裝版開源無人機使用的是400MHz頻段和900MHz頻段。

4 輕型多旋翼無人機的壓制方法研究分析

4.1 數(shù)傳鏈路控制信號的壓制

輕型無人機通過地面操作者遙控其飛行時，地面控制端主要通過數(shù)傳鏈路向無人機發(fā)送遙控指令，從而控制無人機的飛行。在這種飛行模式下，可通過對其數(shù)據(jù)鏈路信號進行大功率阻塞干擾壓制，使無人機失去與地面控制端的聯(lián)系，從而影響無人機的正常飛行。

目前，無人機遙控信號普遍采用了擴頻或跳頻技術，對于采用了跳頻技術的輕型無人機控制模塊，需要專用設備對其進行壓制。一方面，根據(jù)對現(xiàn)有數(shù)傳模塊的實驗，無人機接收到的壓制信號需要高于遙控信號10dB以上方能對遙控信號實施有效阻斷。但對跳頻或擴頻信號壓制需要發(fā)射寬帶信號，單位帶寬內(nèi)的發(fā)射功率與發(fā)射窄帶信號相比大幅度下降，嚴重影響壓制覆蓋范圍。另一方面，容易對相鄰頻段正常開展的業(yè)務造成有害干擾。

4.2 衛(wèi)星導航信號的壓制

無人機在飛行時，會利用衛(wèi)星導航信號確定自身位置，從而實現(xiàn)自身狀態(tài)的穩(wěn)定并調(diào)整飛行方向等。目前，較為新型的無人機導航模式已經(jīng)可以實現(xiàn)GPS導航系統(tǒng)、GLONASS導航系統(tǒng)和北斗導航系統(tǒng)的兼容，同時利用三種導航系統(tǒng)進行定位；一些老式的無人機也至少會采用GPS導航系統(tǒng)進行定位[2]。

輕型多旋翼無人機使用自動預設路線模式飛行時，如能阻斷其接收衛(wèi)星導航信號，則無人機將無法按預設路線飛行；采用遙控模式飛行時，根據(jù)實驗結果，阻斷其衛(wèi)星導航信號可以使其喪失維持自身穩(wěn)定飛行的能力，無人機一旦遇到氣流影響則很難進行穩(wěn)定飛行。因此，對衛(wèi)星導航信號實施壓制的適應性和可實現(xiàn)性較強，考慮到較為新型的無人機導航模式已實現(xiàn)GPS、GLONASS和北斗系統(tǒng)的兼容，同時利用三種導航系統(tǒng)進行定位，因此對衛(wèi)星導航信號的壓制也應同時考慮到這三種模式。

但是這種壓制手段的缺點是，一些重大活動中，現(xiàn)場有大量正常無線電業(yè)務和系統(tǒng)需要或可能會使用到GPS或北斗導航系統(tǒng)的信號，因而需謹慎使用衛(wèi)星導航信號壓制系統(tǒng)，以防對區(qū)域內(nèi)正常開展的無線電通信業(yè)務或系統(tǒng)造成干擾，對活動正常開展造成不利影響等。

5 總結和展望

文中提出了輕型多旋翼無人機電磁輻射的來源以及對無人機管制的手段，并就兩種管制方法的利弊做了分析。考慮到目前無人機市場越來越大，一套嚴格的管理與規(guī)范顯得越來越重要。尤其是針對無人機電磁輻射信號的特點，有必要去研究并得出可快速識別擴頻和跳頻信號的算法，從而可以第一時間監(jiān)測到“非法”無人機，并對其進行管制。

[1] 何煦．對低空小型無人機的對抗方法研究[J]．中國新通信，2016(15):147-149

[2] 石紅梅，譚晃．國外無人機監(jiān)管及反制技術最新發(fā)展概況[J]．中國安防，2016(4):100-105

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.06.019

V297+2文獻標示碼：A

1672-7274（2017）06-0058-02

武迎兵，1988年生，山西呂梁人，2014年畢業(yè)于北京交通大學，獲通信與信息工程工學碩士學位，現(xiàn)主要從事無線電監(jiān)測工作。

范振雄，1993年生，江西撫州人，2015年畢業(yè)于北京郵電大學，獲電子與通信工程工程碩士學位，現(xiàn)主要從事無線電監(jiān)測工作。

紐莉榮，1989年生，山西運城人，2014年畢業(yè)于西安交通大學，獲電磁場與微波技術工學碩士學位，現(xiàn)主要從事無線電監(jiān)測技術研究工作。