Page 32 - MWJC_JulAug2017_eMag

TechnicalFeature 技术特写
情境感知
侦测、分类、地理定位
生成证据
数据记录
后期处理 反制
信号中断
图1：无人机定位和侦测系统的框架。
图2：用于2.4GHz无人机的FHSS技术示例。
保护系统的一个关键缺点是侦测系统之间的工作流程整合，
以及侦测与反制系统之间为获得成功保护所进行的即时互动。
图1给出了在侦测无人机可能带来的威胁时，可供考虑的
工作流程以及设计挑战。在本文中，我们将重点关注侦测和定
位射频链路控制的无人机，以及随着技术进步而产生的互操作
性和定制需求。
情境感知：侦测、分类和地理定位
虽然无人机的远程控制并没有通用标准，但大多数无人机技
术都采用无线电控制，并将上行链路（设备控制器）和下行链路
遥测信号或视频信号发送回用户。射频侦测系统在用于侦测无线
电控制的无人机时具有明显的优势，这个优势就是时间！
控制器和无人机之间建立的射频链路使得射频侦测系统在
评估威胁状况方面具有显著的优势。
虽然大多数用户是在2.4GHz或5.8GHz的免许可ISM频段
内操作，但他们也使用其它频段，包括433MHz和4.3GHz。
无线电控制设备使用的一些较旧的频率包括27、35、40.68和
72MHz，能将控制范围扩展到几千米。跟踪和侦测可能有威胁
的设备，需要宽带天线和接收机系统能够监视所有感兴趣的关
键频段，寻找可能存在的威胁。此外，由于这些ISM频段和器
件的运行功率非常低（~100mW），并且有其它合法的射频使
用（如WLAN等类似技术），因此，想要高度灵敏地发现远程
范围内的信号并且辨别合法目标与未授权的威胁目标，需要操
作人员具备专业的信号分析和自动侦测知识。
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图2显示了在2.4GHz ISM频段使用FHSS技术的无人机示
早期预警 例。在显示屏幕上部，射频频谱显示出信号在温度标度上具有
持续性，这表明有一段时间的信号被信道化为四个频率信道。
显示屏幕下部显示同一信号在不同时间的频谱图或瀑布图，其
中颜色标度表示振幅。该信号的详细分析会显示该信号不同的
互操作 射频频谱信道之间以特定的跳变率（~100跳/秒）跳变，这些
频谱信道具有特定的突发脉冲持续时间、信道序列或跳频码
开放式接口， 型。从这个显示中可以看出，干净的频谱和没有其它信号的干 推动无线技术革命
可扩展威胁 扰，使得识别这种FHSS无人机的码型非常容易，类似于人们
数据库
在实验室或受控环境中可能发现的码型。
考虑一下图3所示的环境。在ISM频段技术非常拥挤的
可定制 典型环境中，它对于系统操作员来说变得不那么明显。多个
WLAN接入点和用户终端、蓝牙技术和物联网设备都可以存
在于同一频谱中，并且FHSS无人机可能会在视图中丢失。另
外，请记住，一些无人机使用WLAN信号进行控制或传输下行 任务
视频，因此对WLAN信号的深入检查和解码有助于对无人机动
关键型
作的侦测。
为了对无人机信号进行可靠的侦测，自动分类十分重要。
我们不能期望操作员能及时了解和评测出现在各种频段上的各
种信号。许多基础频谱监测系统提供一种基于阈值的简单射频
报警信号，会在侦测到信号阈值时造成误报警。自动分类系统
必须识别预期的环境，并且能够寻找发射系统，以便对来自已
知无人机信号库的预期威胁进行特征分类。时间是链路建立过 智慧城市 • 工业物联网 自主驾驶 • 车联一切
程中射频侦测系统的最大优势，必须利用这一优势来改进情境
感知。
多无人机的环境也必须加以考虑。可能会出现“友方”无
人机（白名单）执行边界监视、警务调查或人群观察等任务的
增强
海量 移动
M2M
宽带
图3：存在无线局域网正常流量时的无人机信号。
智能传感器 • 增强现实
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的多威胁环境（左下）。
Microwave Journal China 微波杂志 Jul/Aug 2017