摘 要：消費級無人機違法違規(guī)或未經登記的飛行日益常見，本文通過對消費級無人機控制信號的分析，結合軟件無線電技術，提出了結合干擾、阻斷、誘騙的方法，實現(xiàn)對消費級無人機非法飛行的反制。

關鍵詞：無人機;軟件無線電技術;無線技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.070

1 引言

近年來，常見的消費級無人機，通常是多旋翼無人機，因優(yōu)良的操控性能，目前普及率很高，而一些違法違規(guī)或未經登記的飛行，如在民航機場、大型集會現(xiàn)場、限制區(qū)域等場所的飛行，也帶來較大的安全威脅。

本文通過對消費級無人機控制信號的分析，結合軟件無線電技術，提出了結合干擾、阻斷、誘騙的方法，實現(xiàn)對消費級無人機“黑飛”的反制。

2 消費級無人機控制信號分析

通過對目前市場上的各類無人機的分析，可以發(fā)現(xiàn)，無人機在飛行過程中，主要有三種信號：遙控數(shù)傳信號、視頻圖像回傳信號，有些無人機也具有GPS定位功能，使用了衛(wèi)星定位導航信號。

消費級無人機使用的遙控數(shù)傳信號大多使用900MHz、1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz頻段，并以2.4 GHz或者5.8 GHz的DSSS/FHSS混合雙擴頻方式或WiFi信號最為常見;無人機除了遙控飛行，還有一種模式是預設路徑飛行模式，這時其需要利用GPS導航信號來自主控制飛行。

反無人機技術，主要的手段就是干擾或阻斷其通訊鏈路，但由于其采用DSSS/FHSS混合雙擴頻方式，要想精確發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的無人機無線頻譜特征是比困難的，本文采用軟件無線電平臺，通過軟件可以將平臺作為實時頻譜儀來使用，并對被測試無人機和遙控器之間的無線通訊鏈路進行信號掃頻，獲得信號的頻率、帶寬和調制方式等等信息。

在實際測試中，對于采用以FHSS方式通信的鏈路，測試發(fā)現(xiàn)信號在不同的射頻信道間，會以特定的跳變率跳變，并具有特定的突發(fā)脈沖持續(xù)時間和跳頻碼型，因此，通過這些特征數(shù)據(jù)，并以這些數(shù)據(jù)為基礎，嘗試建立其無線通訊指紋庫，并通過最大相似度算法，來匹配相關特征，從而可以推定目標通訊的無線頻段和頻譜特征，并根據(jù)判定結果，采用不同的反制措施。

3 反制措施

大多數(shù)消費者無人機依靠GPS和無線電鏈接進行導航，如果切斷鏈路，無人機將自動啟動著陸程序作為安全措施。因此，當前的反無人機技術，除了直接摧毀的方法，更多地是通過信號干擾來阻斷通信，或通過劫持無線電控制等方式來實現(xiàn)。

3.1 信號干擾

軟件無線電平臺，通過軟件控制，可以產生30Mhz-6GHz的無線電信號，對于偵測到的目標無人機數(shù)傳控制信號，根據(jù)其匹配的目標無線頻譜指紋庫，采用軟件方式產生針對性的干擾信號，用定向天線向目標發(fā)射特定干擾信號或者大功率的全頻段干擾信號，使無人機脫離操作者的控制，接收不到控制信號。

無人機在無法接收到控制信號的時候，它會根據(jù)預設的邏輯，要么返回到操作者身邊，要么直接緩慢下落到地面，因此通過信號干擾的方式可以達到禁飛的目的。

但是大功率的干擾信號也常常會對周邊形成強烈的電磁干擾，進而影響合法正常使用的設備運行，因此在采用這種方式時，應該盡量不封堵整個信道，而是根據(jù)目標信號的特征加入一些多余數(shù)據(jù)，從而使無人機無法接收到操作手的控制指令，達到阻斷通信的目的。以FHSS為例，我們可以根據(jù)其跳變率，周期性地發(fā)射同信道的脈沖干擾，從而形成精確的定向阻斷，并將對周邊的電磁環(huán)境影響降至最低。

3.2 信號欺騙

對于具有GPS定位功能的無人機，在遙控起飛時，它會將起飛點的位置設定為遙控失聯(lián)時的返航點，如果無人機是預設路徑飛行模式，會全程根據(jù)GPS導航位置信息來飛行。

信號欺騙的原理，就是利用偽裝的GPS信號來誘騙無人機，如果用GPS模擬器把自己偽裝成衛(wèi)星，發(fā)送一個虛假的信號給無人機GPS接收器，由于GPS模擬器所發(fā)送的信號遠比太空中的衛(wèi)星信號強，那么無人機的導航模塊會接受到GPS 模擬器的信號而不是衛(wèi)星的信號，從而構成一個GPS欺騙。

利用軟件無線電平臺，可以迅速掃描現(xiàn)場的所有GPS衛(wèi)星信號，配合軟件解算衛(wèi)星信號，得到衛(wèi)星導航電文文件和觀測值文件并生成采樣數(shù)據(jù)，這個采樣數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要修改并轉換為信號發(fā)射出去來模擬出虛假的GPS信號，軟件無線電平臺在模擬GPS信號時，可以采用僅僅1575420000Hz信號， 這是默認的GPS L1信號頻段;無人機GPS欺騙最高效的辦法是高度欺騙和方向欺騙，例如模擬一個更高的海拔高度會使無人機快速下降，而模擬一個虛假的北極信號將使無人機向相反的方向飛行，從而達到控制其飛行線路的目的。

3.3 信號劫持

對于無人機控制信號，軟件無線電平臺在掃頻時，如果控制信號是未加密的，可以很容易逆向分析無線遙控信號，提取其通訊代碼特征;也可以根據(jù)掃頻時得到的采樣數(shù)據(jù)來和數(shù)據(jù)庫中已知無人機的遙控型號匹配，并將軟件無線電平臺作為虛擬遙控器使用，向無人機發(fā)送控制信號來獲得無人機的控制權。

4 結語

當前國內的反無人機技術還處在摸索階段，本文嘗試分析了目前消費級無人機的數(shù)傳控制信號特征，并結合軟件無線電技術，提出了結合干擾阻斷、信號欺騙和劫持的方法來實現(xiàn)對消費級無人機非法飛行的反制。

參考文獻：

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[2] 景曉年，梁曉龍，張佳強，朱磊.無人機感知避讓技術分析[J].火力與指揮控制，2017（04）.

作者簡介：陳吉輝（1966-），女，四川自貢人，本科，副教授，教師，主要從事計算機應用及航空電子方面的研究、教學工作。