黃志忠，梁桂全

（桂林航天工業(yè)學院，廣西 桂林 541004）

0 引言

無人機融合了傳統(tǒng)飛行器和移動互聯(lián)網(wǎng)的諸多特點［1］，然而無人機的泛濫帶來了許多安全隱患。在監(jiān)管部門對無人機進行政策限制的情況下，為了盡可能減少無人機非法入侵造成的安全隱患，反無人機成為迫在眉睫的任務。在無人機容易闖入且會引發(fā)信息泄露的地區(qū)，或者容易造成安全隱患的敏感地區(qū)（如政治中心、首腦機關、軍事要地、邊境、港口、監(jiān)獄、化工廠、機場、體育館、核電站、別墅區(qū)及靶場等），必須配備反無人機設備［2］，以及時攔截和打擊非法入侵的無人機，保證地區(qū)安全。

反無人機的方法主要包括物理攔截、射頻干擾及復合探測3 種［3］。

（1）物理攔截。小型無人機飛行高度較低、速度較慢，當靠近敏感地區(qū)時，安全巡邏人員在視線識別距離內(nèi)通過操作更大的無人機或采用其他發(fā)射設備對威脅無人機進行撒網(wǎng)抓捕。

（2）射頻干擾。無人機飛行需依靠操作者的遙控信號和GPS 導航定位信號［4］，因此如果對該頻段的信號實施壓制性或欺騙性干擾，將會導致無人機失控而無法自動返航。

（3）復合探測。系統(tǒng)主要由對空雷達、光電跟蹤識別器以及定向射頻抑制/干擾器組成［5］。對空雷達對幾千米范圍內(nèi)的空中目標進行探測和跟蹤，在發(fā)現(xiàn)可疑目標時，通過光電跟蹤系統(tǒng)進行目標確認和精確跟蹤，之后啟動定向干擾器干擾或攻擊無人機。

本干擾器設計采用射頻干擾的方式，控制壓控振蕩器產(chǎn)生覆蓋無人機遙控信號帶寬的掃頻信號，然后經(jīng)過功率放大器模塊放大，再通過有向天線輻射實施干擾。

1 無人機遙控信號分析

圖1 為實采某型號無人機遙控信號的片段?？梢姡撔盘柧哂忻黠@的周期性或準周期性。

一個完整的遙控信號持續(xù)時間為3 265 μs，其中前半部分為1 050 μs，后半部分為2 175μs，中間間隔40 μs。

對遙控信號進行頻譜分析可以發(fā)現(xiàn)，前半部分是單載頻信號，不存在任何調(diào)制，而后半部分頻譜分析如圖2 和圖3 所示。信號是QPSK 信號，碼元速率約為24 kb/s。從調(diào)制規(guī)律來看，遙控信號從2.40～2.48 GHz 依次輪詢掃描發(fā)射。

2 干擾器設計

2.1 方案設計

掃頻式干擾可以直接覆蓋遙控信號的整個頻段，使干擾對象無法正確接收遙控信號，而發(fā)射的干擾信號頻率要與無人機工作頻率一致。根據(jù)分析結果和相關資料可知，無人機的工作頻段一般為2.4 GHz 和5.8 GHz，頻段內(nèi)發(fā)射功率均未超過1 W。本干擾器以2.4 GHz 為參考進行設計，主要技術指標如表1 所示。設計方案總體架構如圖4 所示。

表1 干擾器設計主要技術指標

2.2 信號產(chǎn)生模塊

信號產(chǎn)生電路工作于2.4 GHz 頻段，具有掃頻功能。綜合考慮設計成本和電路復雜程度，選用集成壓控振蕩器模塊作為信號發(fā)生器。

KVCO-2400 壓控振蕩器的原理是輸入電壓控制輸出頻率。當輸入端的控制電壓在0.1～4.0 V 時，輸出頻率范圍為2.28～2.68 GHz，滿足產(chǎn)生2.4 GHz 射頻干擾信號的需求。該模塊功耗低、相噪低且輸出穩(wěn)定，主要參數(shù)如表2 所示。

表2 信號產(chǎn)生模塊主要參數(shù)

2.3 功放模塊

功率放大器的性能一般由工作頻段、增益、效率、1 dB功率壓縮點以及幅度失真等技術指標決定，在一定頻帶范圍內(nèi)滿足效率、輸出功率等各項指標。設計的功率放大電路輸出功率達到了+20 dBm@1 dB 壓縮點，放大器增益為40 dB。

2.4 天 線

天線選用八木天線定向天線。該類型天線結構簡單、增益高、駐波小，可以水平或垂直極化，在測向和遠距離通信領域應用廣泛。

2.5 掃頻電壓控制模塊

用單片機控制的pcf8591D/A 模塊輸出一個鋸齒波，控制壓控振蕩器產(chǎn)生2 400～2 500 MHz 的輸出頻率。

3 系統(tǒng)測試

用單片機控制D/A 模塊輸出掃頻調(diào)諧電壓，控制壓控振蕩器輸出掃頻信號，通過頻譜儀觀測輸出信號。頻譜儀實測結果如圖5 所示，輸出信號掃頻范圍為2 400～2 490 MHz，帶內(nèi)平坦度小于1 dB，滿足設計要求。

將壓控振蕩器輸出信號連接至功率放大器，通過饋線連接發(fā)射天線。外場試驗過程中，放飛一架小型無人機，現(xiàn)場如圖6 所示。此外，干擾器距離無人機20～200 m。干擾器發(fā)射干擾信號時，飛手的遙控器無法對無人機實施控制，即無人機處于失控狀態(tài)。

4 結語

介紹目前無人機的遙控信號參數(shù)，確定干擾系統(tǒng)的設計方案，結果顯示設計的干擾方案簡單，容易實現(xiàn)，能夠達到預期的效果。為了達到更好的干擾效果，還可以在干擾系統(tǒng)中加入與無人機導航系統(tǒng)參數(shù)相關的干擾頻率，從而降低無人機的導航性能。此外，可以改進該干擾系統(tǒng)的供電模塊，使系統(tǒng)供電更加穩(wěn)定、安全與可靠。