CN108199802A - 一种基于电磁干扰的无人机干扰系统及干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电磁干扰的无人机干扰系统及干扰方法，解决现有电磁干扰采用的压制干扰模式是利用大功率全频段覆盖，过大的干扰功率影响其它正常的无线电通信，出现压制其他相关频率设备的问题。干扰系统包括侦察分系统和干扰分系统；侦察分系统包括L频段全向侦察天线、S频段全向侦察天线、C频段全向侦察天线、下变频处理模块、中频处理模块、跳频信号分析模块、跳频信号解扩解调模块、引导干扰模块和高速采集存储卡；干扰分系统包括中频调制器单元、变频器单元、信号滤波切换合成单元、L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放天线单元和控制单元，本发明还提供了一种基于该干扰系统的干扰方法。

Description

一种基于电磁干扰的无人机干扰系统及干扰方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种基于电磁干扰的无人机干扰系统 及干扰方法。

背景技术

目前针对无人机的低空防卫手段主要有激光损伤打击，捕捉网络捕获， 声波干扰和无线电信号干扰等方法。前三种方法都存在相应不足，如：激光 打击存在较大的安全隐患，尤其在机场等要求较高的环境，会产生残骸；而 捕捉网络捕获存在作用距离较短、作用效果不明显等缺点。相比于传统的军 事领域导弹反无人机等硬摧毁手段，采用电磁干扰的形式，使用过程对周边 环境、设施、人员均不形成影响，具有绿色安全、作用距离较远，且经济有 效、成本较低等特点，由于上述优点，利用电磁干扰的方式能够很好满足城 市重要区域、人口密布区以及机场监狱、电站大坝等一些特殊区域的部署要 求。

对于侦察预警而言，目前对运动目标的搜索与跟踪，通常采用雷达侦察 ，但对于体积小，速度慢，低空飞行的无人机等“低、慢、小”目标，尤其 在城市环境下，雷达发挥的作用有限,往往难以及早发现；光电探测手段更 是难以达到预先发现的目的。其次，对于无人机反制而言，目前能够采用的 激光损伤打击，捕捉网络捕获，声波干扰等手段，都存在一定局限很难在城 市区域安全有效实施。

对无人机的无线电信号干扰通常有干扰GPS导航定位信号、干扰上行遥 控信号和下行遥测信号。相比而言，无人机的遥控信号是无人机操控飞行和 执行命令的基础，直接关系到无人机的操控，如果上行操控信号被干扰，无 人机将失去即时控制，只能按照程序预设的步骤飞行。现有的民用无人机控 制信号一般是2.4G，此信号和WIFI蓝牙一个频段，很多无人机直接利用wifi 方便和手机进行交互，wifi大多无密码或弱口令，一个定向天线就能远距离 介入无人机或遥控器，而且无人机上遥控接收天线的主瓣方向必须朝向地面，民用无人机接收机为了提高灵敏度，通常天线信号经简单的滤波以后就进 入低放和混频器，电磁干扰相对容易实施，因而使用电磁干扰的方式干扰无 人机的遥控信号是反制“黑飞”无人机最为有效的手段。

对于电磁干扰而言，目前无人机遥控信号普遍采用跳频、扩频技术，跳 频参数可以自适应，采取重复编码措施等，信号抗干扰能力逐步增强，通常 采用的压制干扰模式是利用大功率全频段覆盖，而过大的干扰功率不但会影 响其它正常的无线电通信，还可能出现压制一大片相关频率设备，而无人机 却照样飞的窘境。

发明内容

本发明的目的在解决现有电磁干扰采用的压制干扰模式是利用大功率全 频段覆盖，过大的干扰功率影响其它正常的无线电通信，出现压制其他相关 频率设备的问题，提供一种基于电磁干扰的无人机干扰系统及干扰方法。

本发明的技术方案是：

一种基于电磁干扰的无人机干扰系统，包括侦察分系统和干扰分系统； 所述侦察分系统包括L频段全向侦察天线、S频段全向侦察天线、C频段全向 侦察天线、下变频处理模块、中频处理模块、跳频信号分析模块、跳频信号 解扩解调模块、引导干扰模块和高速采集存储卡；所述高速采集存储卡与中 频处理模块连接；所述下变频处理模块分别将L频段全向侦察天线、S频段全 向侦察天线和C频段全向侦察天线侦察截获的遥控遥测信号传输给中频处理 模块，中频处理模块对信号进行滤波放大、A/D转化传输给跳频信号分析模 块，跳频信号分析模块完成信号跳频频率测量和跳频间隔的求取后传输给跳 频信号解扩解调模块，跳频信号解扩解调模块计算频点值，并变频降采样处 理，获得跳频信号频率传输给引导干扰模块，引导干扰模块将信号提供给干 扰分系统实施跳频跟踪干扰；所述干扰分系统包括中频调制器单元、变频器 单元、信号滤波切换合成单元、L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天 线单元、C波段干扰功放天线单元和控制单元，所述控制单元与引导干扰模 块连接，接收侦察分系统的信号实施干扰；所述中频调制器单元与变频器单 元连接，所述变频器单元与信号滤波切换合成单元连接，所述信号滤波切换 合成单元分别与L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段 干扰功放天线单元连接，所述控制单元与中频调制器单元、变频器单元、信 号滤波切换合成单元、L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元、 C波段干扰功放天线单元连接，实现对各单元的实时控制，准确输出各种干 扰波形和干扰频率；中频调制器单元产生干扰信号，变频器单元将干扰信号 变频至干扰频段传输给信号滤波切换合成单元，信号滤波切换合成单元将三 个频段的干扰信号传输给L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元 和C波段干扰功放天线单元。

进一步地，所述信号滤波切换合成单元包括滤波器、电子开关和步进衰 减器。

进一步地，所述中频调制器单元采用DDS。

进一步地，所述变频器单元包括两个变频器，其中一个变频器包括一个 定频本振和三个变频本振，定频本振给DDS提供时钟信号，DDS输出与变频 本振输出混频至相应的工作频段。

进一步地，所述L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元和C 波段干扰功放天线单元由CW功放和发射天线组成，L波段干扰功放天线单元 处于长发干扰状态，S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放天线单元根据 被干扰遥控目标频段处于频率跟踪或频段跟踪状态。

同时，本发明还提供一种基于上述干扰系统的干扰方法，包括以下步骤 ：

1)侦察截获无人机上行遥控信号，对侦察截获的信号进行初步滤波放 大；

2)对初步滤波放大后的信号下变频；

3)将变频后的信号再次滤波放大、进行A/D转化；

4)对步骤3)处理后的信号计算信号跳频频率和跳频间隔：

5)计算频点值，并变频降采样处理，获得跳频信号频率；

6)在每个跳频信号驻留时间内，1/3时间完成信号分析、引导，2/3时间 实施跟踪干扰；

7)干扰分系统产生信号，将信号上变频到相关干扰频段，混频滤波放 大后发射实施干扰。

进一步地，步骤6)中2/3时间实施跟踪干扰的具体方法为：有信号即干 扰，无信号待机。

进一步地，步骤2)中对初步滤波放大后的信号下变频到70MHz。

本发明的优点为：

1.本发明采用跳频跟踪干扰模式，可以集中干扰功率于较窄的频点附 近，略大于遥控信号功率即能达到切断无人机控制链路的效果，避免了利用 大功率全频段覆盖，过大的干扰功率影响其它正常的无线电通信，出现压制 其他相关频率设备的问题。

2.本发明侦察与干扰同时进行，利用瞄准干扰模式针对侦测的遥控链路频 率进行有信号即干扰，无信号待机，采用此种方式干扰电平较小，环境干扰 程度也小。

3.相比于常用的雷达、光电、声波探测手段，本发明对上行遥控信号的 测向可以更早的发现无人机，提供更长的预警时间，所采取的对上行遥控链 路的探测可以达到无人机未升空就能定位的能力，通过对无人机上行操控信 号和GPS导航定位信号实施电磁干扰来反制无人机具有极大的优势，不会对 无人机造成暴力摧毁，但又能有效对付黑飞无人机，还能通过信号定位捕获 操控者。

4.本发明系统可针对无人机无线遥控信号特点实施跳频跟踪干扰，达到 最有效最安全的反制效果，体现出低能耗、高效率的特点，电子干扰方式多 样化，针对信号类别灵巧干扰针对性强。

5.本发明设备集成多项技术，使用操作简单易行，整个系统部署安装方 便，并可提供自动或手动两种模式进行，通过敌我识别实施精确干扰，对入 侵警戒区域的黑飞无人机实施干扰反制，不会影响区域范围内其他电磁设备 的正常使用。

6.本发明干扰样式多变，针对性较强，能够干扰多种目标；技术体制多 样，采用灵巧干扰梳状谱干扰，低耗高效；本发明系统方式简单可控，且能 够有效定位操控者，系统效费比高。

附图说明

图1为本发明系统组成框图；

图2为本发明干扰分系统组成框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明提供一种基于电磁干扰的无人机干扰系统，干扰系 统包括侦察分系统和干扰分系统。侦察分系统包括L频段全向侦察天线、S频 段全向侦察天线、C频段全向侦察天线、下变频处理模块、中频处理模块、 跳频信号分析模块、跳频信号解扩解调模块、引导干扰模块和高速采集存储 卡；高速采集存储卡与中频处理模块连接；

下变频处理模块分别将L频段全向侦察天线、S频段全向侦察天线和C频 段全向侦察天线侦察截获的遥控遥测信号传输给中频处理模块，中频处理模 块对信号进行滤波放大、A/D转化传输给跳频信号分析模块，跳频信号分析 模块完成信号跳频频率测量和跳频间隔的求取后传输给跳频信号解扩解调模 块，跳频信号解扩解调模块计算频点值，并变频降采样处理，获得跳频信号 频率传输给引导干扰模块，引导干扰模块将信号提供给干扰分系统实施跳频 跟踪干扰；该系统可以对侦察截获的调制信号进行载波特征参数提取，确定载波的调制方式、中心频率、带宽、信噪比等调制参数，对跳频信号进行跳 频速率、跳频间隔、跳频频集、单跳调制方式、调制速率的分析和求解，进 行解跳解调处理。

L频段全向侦察天线、S频段全向侦察天线、C频段全向侦察天线分别接 收1574-1576MHz(1575.42±1MHz)、2400-2485MHz(2442±42MHz)和5725- 5850MHz(5787±65MHz)三个频段的无人机遥控遥测信号，后对侦察截获的 信号进行初步滤波放大。

下变频处理模块将初步滤波放大的遥控遥测信号下变频到70MHz。

中频处理模块由信号预处理单元、高速A/D数模转化、采集存储控制单 元等组成，信号预处理单元主要由放大器、滤波器组成，该模块对输入的中 频信号有选择的进行滤波放大，满足A/D转化模块抗频谱的需要，并在MGC (手动增益控制)控制下完成增益控制，使得其输出的信号满足A/D转化模 块的电平要求，完成对中频宽带信号进行模数转换，利用FPGA芯片加载不 同的算法完成数字下变频，通过PCI总线将基带信号传输到计算机的内存或 硬盘，进行存盘。

跳频信号分析模块完成信号跳频频率测量和跳频间隔的求取。利用跳频 速率和选用合适的FFT(快速傅里叶变化)，就可求得跳频频点，对于每一 时隙的跳频信号，实际上是个窄带调制信号，利用粗估的跳频频点，把这一 窄带调制信号变频降采样到亚中频后，可用载波测量技术精确测定调制信号 的中心频率，再结合粗估的跳频频点，推算出精确的跳频频点，在精确测定 跳频频率的基础上，一般采用频差分统计技术来精确测定跳频信号的跳频间 隔，根据跳频间隔和跳频带宽，就可求得跳频频率集；根据时隙频点是否为 跳频频点，把频点值计算出来。

跳频信号的非相关解跳实际上就是判明各个时隙频点是否为跳频频点， 并把频点值计算出来，并变频降采样处理，供后续解调和解码用，非相关解 跳具体思路为：同一频率某一时隙频点的能量明显高于邻近时隙频点的能量 ，就可判这个时隙的频点为跳频信号频率；同样，同一时隙的某一频点的能 量明显高于邻近频点的能量，就可判这一频点为跳频信号频率。在完成解跳 的基础上，在每个跳频信号驻留时间内，1/3时间完成信号分析、引导，2/3 时间实施跟踪干扰。

如图2所示，干扰分系统包括中频调制器单元、变频器单元、信号滤波 切换合成单元、L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段 干扰功放天线单元和控制单元，控制单元与引导干扰模块连接，接收侦察分 系统的信号实施干扰；中频调制器单元与变频器单元连接，变频器单元与信 号滤波切换合成单元连接，信号滤波切换合成单元分别与L波段干扰功放天 线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放天线单元连接，控制单元 与中频调制器单元、变频器单元、信号滤波切换合成单元、L波段干扰功放 天线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放天线单元连接，实现对 各单元的实时控制，准确输出各种干扰波形和干扰频率。

中频调制器单元负责产生各种灵巧干扰信号，变频器单元负责将干扰信 号变频至相应的干扰频段传输给信号滤波切换合成单元，信号滤波切换合成 单元负责将三个频段的干扰信号正确输出至相应的干扰功放和天线，其中L 波段干扰功放和天线处于长发干扰状态，S波段干扰功放和天线与C波段干 扰功放和天线根据被干扰遥控目标频段处于频率跟踪或频段跟踪状态，控制 单元实现对各单元的实时控制，准确输出各种干扰波形和干扰频率。

中频调制器单元由DDS(数字式频率合成器)来实现，完成多种干扰波 形的产生，并接受侦察引导设备的控制和干扰方式引导，根据使用场合，也 可独立使用，产生各种干扰波形。

变频器单元根据输出频段需要两个变频器组成，其中一个变频器需要一 个定频本振、三个变频本振，定频本振给DDS提供时钟信号，DDS输出与变 频本振输出混频至相应的工作频段，并滤除不必要的杂散分量。

滤波切换合成单元主要由滤波器、电子开关、步进衰减器等组成，完成 干扰激励信号的滤波、切换和合成。

L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放 天线单元主要由CW功放和各自发射天线组成，对应干扰频段为：1574- 1576MHz(1575.42±1MHz)；2400-2485MHz(2442±42MHz)；5725- 5850MHz(5787±65MHz)。

控制单元：接收控制面板的输入参数，通过计算得到系统中高速跳频频 率合成器中DDS(直接数字频率合成器)的频率控制码、电子开关选择码， 实现对DDS模块及电子开关的控制，控制单元实现如下功能：接收键盘显示 板的初始化参数，实时计算中频载波频率和干扰波形，完成DDS模块的输出 频率控制、电子开关的选择等功能。

同时，本发明还提供了一种基于上述干扰系统的干扰方法，包括以下步 骤：

1)侦察截获无人机上行遥控信号，对侦察截获的信号进行初步滤波放 大；

2)对初步滤波放大后的信号下变频；

3)将变频后的信号再次滤波放大、进行A/D转化；

4)对步骤3)处理后的信号计算信号跳频频率和跳频间隔等参数：

5)计算频点值，并变频降采样处理，获得跳频信号频率；

6)在每个跳频信号驻留时间内，1/3时间完成信号分析、引导，2/3时间 实施跟踪干扰；在2/3时间实施跟踪干扰的具体方法为：有信号即干扰，无信 号待机；

7)干扰分系统产生信号，将信号上变频到相关干扰频段，混频滤波放 大后发射实施干扰。

本发明进一步完善测向定位设备的精度和灵敏度，获取无人机上行遥控 信号的技术参数，对上行遥测信号的干扰功率必须与操控者大致相当，太小 不足以干扰，太大影响又正常无线电通信，尤其对于采用跳频的遥控器，窄 带压制干扰效果不会很好，采取梳状谱分波段阻塞干扰可有效对付采取快速 跳频的上行遥控信号。

采取接收机与发射机分开部署的方式，侦察与干扰同时进行，利用瞄准 干扰模式针对侦测的遥控链路频率进行有信号即干扰，无信号待机，采用此 种方式干扰电平较小，环境干扰程度也小，分开部署是一种战术运用手段， 有一定干扰优势，根据具体防卫目标进行位置调整；但分点部署系统设备部 件集成度会下降，通常采用接收与发射一体。

系统主要性能指标，干扰频段：1574-1576MHz(1575.42±1MHz)；2400- 2485MHz(2442±42MHz)；5725-5850MHz(5787±65MHz)；干扰样式：跳频 跟踪干扰，相关干扰，宽带拦阻干扰等灵巧干扰样式；干扰功放功率：不小 于10W；同时干扰目标数量：1-2架；干扰效果：当操作手与飞机300米时， 干扰距离1.2公里(目标遥控功率100mW)，当自主飞行时，对导航干扰距离 不小于5公里，采用梳状谱可节约3～6dB的干扰功率。

表对S频段遥控信号压制干扰功率(干扰距离2km，遥控信号100mW)

注：(1)信道带宽为2MHz；(2)干扰天线增益5dB；(3)干信比为1.5；

(4)遥控设备到飞行器的距离为200m～2000m。

本发明系统具备的三大功能：

目标信号识别功能：一是可以识别无人机的无线电控制(RC)系统的类 型，区分跳频扩频(FHSS)系统还是无线局域网，能在复杂噪声环境下有效 识别出跳频信号；二是可以对侦察截获的调制信号进行载波特征参数提取， 确对跳频信号进行跳频速率、跳频间隔、跳频频集、单跳调制方式、调制速 率的分析和求解，进行解跳解调处理；三是可以进行单跳调制方式识别与调 制参数估计，单跳调制信号软件解调。

定位功能：为了应对无线电控制无人机，了解无人机的到来方向和驶去 方向，了解远程控制的操作人员的位置非常有必要，无线电控制无人机的测 向或定位由高性能移动或固定测向机实现，信号可被非常灵敏和精确的测向 天线捕获，具有高抗反射能力，宽带测向机用于获取无人机2.4GHz等频段遥 控跳频信号的方位角，采用移动和便携操作的紧凑型测向天线，借助快速测 向扫描，能够以准同步方式，对几个频率范围内的多个目标进行测向。通过 系统无线电测向，可以提前实现对警卫区域周围环境的感知，在监测设备覆 盖的区域内可获得活动的无线控制或WiFi控制的无人机的概览，并在设定的 区域内进行自动报警或提示危险的出现。同时，系统可以通过上行链路--远 端操者的链路信号分析定位远端的无人机操作者，宽带测向设备获取无人机 2.4GHz等频段遥控跳频信号的方位角，借助快速测向扫描，能够以准同步方 式，对几个频率范围内的多个目标进行测向，针对无人机的遥控、遥测信号 采用被动探测方式，通过测向定位可以在最短时间内检测、识别、定位和反 向控制目标信号，进而实施有效的电子干扰，依据需要，对目标无人机的遥 控遥测信号进行压制干扰或相关干扰(跟随干扰)，针对无人机遥控、遥测 信号特点，以及无人机监测与干扰的要求，压制干扰采用宽带压制干扰和分 段宽带压制干扰两种方式，跟随干扰针对遥控信号的跳频频率实施频率对准 干扰，针对地面操作员实时控制的无人机，在上级指令或操作员决策下，启 动跳频跟踪干扰模式，切断无人机控制链路，迫使无人机转入安全飞行模式 ，回到起降地点。

灵巧干扰功能：可对无人机导航信号、无线遥控信号和遥测信号实施灵 巧式干扰，针对无人机无线频率的微波干扰机，可干扰、压制无人机工作频 率，迫使无人机降落或飞离目标区域。

Claims (8)

1.一种基于电磁干扰的无人机干扰系统，其特征在于：包括侦察分系统和干扰分系统；

所述侦察分系统包括L频段全向侦察天线、S频段全向侦察天线、C频段全向侦察天线、下变频处理模块、中频处理模块、跳频信号分析模块、跳频信号解扩解调模块、引导干扰模块和高速采集存储卡；所述高速采集存储卡与中频处理模块连接；

所述下变频处理模块分别将L频段全向侦察天线、S频段全向侦察天线和C频段全向侦察天线侦察截获的遥控遥测信号下变频后传输给中频处理模块，中频处理模块对信号进行滤波放大、A/D转化传输给跳频信号分析模块，跳频信号分析模块完成信号跳频频率测量和跳频间隔的求取后传输给跳频信号解扩解调模块，跳频信号解扩解调模块计算频点值，并变频降采样处理，获得跳频信号频率传输给引导干扰模块，引导干扰模块将信号提供给干扰分系统实施跳频跟踪干扰；

所述干扰分系统包括中频调制器单元、变频器单元、信号滤波切换合成单元、L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放天线单元和控制单元，所述控制单元与引导干扰模块连接，接收侦察分系统的信号实施干扰；

所述中频调制器单元与变频器单元连接，所述变频器单元与信号滤波切换合成单元连接，所述信号滤波切换合成单元分别与L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放天线单元连接，所述控制单元与中频调制器单元、变频器单元、信号滤波切换合成单元、L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放天线单元连接，实现对各单元的实时控制，准确输出各种干扰波形和干扰频率；中频调制器单元产生干扰信号，变频器单元将干扰信号变频至干扰频段传输给信号滤波切换合成单元，信号滤波切换合成单元将三个频段的干扰信号传输给L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元和C波段干扰功放天线单元。

2.根据权利要求1所述的基于电磁干扰的无人机干扰系统，其特征在于：所述信号滤波切换合成单元包括滤波器、电子开关和步进衰减器。

3.根据权利要求1或2所述的基于电磁干扰的无人机干扰系统，其特征在于：所述中频调制器单元采用DDS。

4.根据权利要求3所述的基于电磁干扰的无人机干扰系统，其特征在于：所述变频器单元包括两个变频器，其中一个变频器包括一个定频本振和三个变频本振，定频本振给DDS提供时钟信号，DDS输出与变频本振输出混频至相应的工作频段。

5.根据权利要求4所述的基于电磁干扰的无人机干扰系统，其特征在于：所述L波段干扰功放天线单元、S波段干扰功放天线单元和C波段干扰功放天线单元由CW功放和发射天线组成，L波段干扰功放天线单元处于长发干扰状态，S波段干扰功放天线单元、C波段干扰功放天线单元根据被干扰遥控目标频段处于频率跟踪或频段跟踪状态。

6.基于权利要求1至5任一所述干扰系统的干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)侦察截获无人机的上行遥控信号，对侦察截获的信号进行初步滤波放大；

2)对初步滤波放大后的信号下变频；

3)将变频后的信号再次滤波放大、进行A/D转化；

4)对步骤3)处理后的信号计算信号跳频频率和跳频间隔：

5)计算频点值，并变频降采样处理，获得跳频信号频率；

6)在每个跳频信号驻留时间内，1/3时间完成信号分析、引导，2/3时间实施跟踪干扰；

7)干扰分系统产生干扰信号，将干扰信号上变频到相关干扰频段，混频滤波放大后发射实施干扰。

7.根据权利要求6所述的干扰方法，其特征在于：步骤6)中，2/3时间实施跟踪干扰的具体方法为：有信号即干扰，无信号待机。

8.根据权利要求6或7所述的干扰方法，其特征在于：步骤2)中，对初步滤波放大后的信号下变频到70MHz。