轻型多旋翼无人机的监测和压制分析

武迎兵，范振雄，纽莉荣

（国家无线电监测中心北京监测站，北京 100037）

轻型多旋翼无人机的监测和压制分析

武迎兵，范振雄，纽莉荣

（国家无线电监测中心北京监测站，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

无人机是利用无线电遥控设备或自备的程序控制装置进行飞行的不载人飞机，按飞行方式可分为固定翼、旋翼、伞翼和扑翼等多种形式；按体积重量可分为微型、轻型、小型和大型等。无人机早期多用于军用，随着信息技术的进步与发展，现在越来越多的企业开始涉足民用无人机领域，无人机也被广泛应用到运动、摄影、工业、监控安防、农业、物流和测绘勘察等领域[1]。目前，无人机消费类市场发展迅速，很多厂家都推出了自己的无人机产品，主要代表厂家有大疆、亿航和3D Robotics。

由于轻型多旋翼无人机具有小场地、操作相对简单、价格低廉、机动灵活、雷达难以发现等特点，是各类安保工作中一直被重点关注的不可控危险因素。因此，本文主要针对轻型多旋翼无人机的飞控链路、图传链路和数传链路进行了研究分析，并就现在市面上的一些对无人机的压制方法进行了概述。

2 轻型多旋翼无人机飞行模式

目前，轻型无人机飞行方式可分为三种：根据预设路径自动飞行、近距离无线电遥控飞行和远距离无线电遥控飞行。下面就飞控链路、图传链路和数传链路进行分析。

3 轻型多旋翼无人机的监测

3.1 飞控链路

轻型多旋翼无人机的遥控器一般使用2.4GHz和5.8GHz的ISM频段。由于目前国内没有关于轻型无人机系统的电磁兼容性要求和测试方法，无人机系统设备的电磁发射也没有规定。调研发现，大部分轻型无人机飞控链路用到的是2.4GHz的FHSS系统，EIRP（有效全向辐射功率）为100mW。

3.2 图传链路

轻型多旋翼无人机图传系统是无线图像传输，指视频传输装置，作用是将无人机在空中拍摄到的画面实时传输至操作者手中的显示装备，使操作者即使在远距离飞行时也能判断无人机的状态并获得相机的拍摄画面方便取景等目的。目前的图传主要有模拟和数字两种，其组成部分由发射端、接收端和显示端三部分组成。无人机下行图传链路可工作在328-334MHz，1200MHz，2.4GHz，5.8GHz频段。

早期的图传系统均采用的是模拟制式，它的特点是只要图传发射端和接收端工作在一个频段上，就可以接收到画面。模拟图传的优点是，价格低廉、可同时接收、搭配不同的天线实现不同的接收效果；缺点是，易受到同频干扰、视频带宽小画质较差。

现在大部分无人机搭载的为数字图传，它是采用2.4GHz和5.8GHz的数字信号传输视频。优点是，传输距离远、图像传输质量高、实时回看拍摄的照片和视频较为方便；缺点是，中高端产品价格较贵、低端产品图传延迟较为严重。

3.3 数传链路

无人机上的远距离数据传输系统能实时回传无人机自身状态的各种数据。常见的数传模式可分为双向模式和广播模式两种。双向模式下可进行点对点双向通信，数据可双向传输；广播模式下一台基站可同时向多台移动数据端发送数据，数据只能从基站到移动端。

无人机数传电台可工作在400MHz频段、900MHz频段、2.4GHz频段和5.8GHz频段等。其中，大疆的无人机使用ISM开放的2.4GHz频段，而常见的改装版开源无人机使用的是400MHz频段和900MHz频段。

4 轻型多旋翼无人机的压制方法研究分析

4.1 数传链路控制信号的压制

轻型无人机通过地面操作者遥控其飞行时，地面控制端主要通过数传链路向无人机发送遥控指令，从而控制无人机的飞行。在这种飞行模式下，可通过对其数据链路信号进行大功率阻塞干扰压制，使无人机失去与地面控制端的联系，从而影响无人机的正常飞行。

目前，无人机遥控信号普遍采用了扩频或跳频技术，对于采用了跳频技术的轻型无人机控制模块，需要专用设备对其进行压制。一方面，根据对现有数传模块的实验，无人机接收到的压制信号需要高于遥控信号10dB以上方能对遥控信号实施有效阻断。但对跳频或扩频信号压制需要发射宽带信号，单位带宽内的发射功率与发射窄带信号相比大幅度下降，严重影响压制覆盖范围。另一方面，容易对相邻频段正常开展的业务造成有害干扰。

4.2 卫星导航信号的压制

无人机在飞行时，会利用卫星导航信号确定自身位置，从而实现自身状态的稳定并调整飞行方向等。目前，较为新型的无人机导航模式已经可以实现GPS导航系统、GLONASS导航系统和北斗导航系统的兼容，同时利用三种导航系统进行定位；一些老式的无人机也至少会采用GPS导航系统进行定位[2]。

轻型多旋翼无人机使用自动预设路线模式飞行时，如能阻断其接收卫星导航信号，则无人机将无法按预设路线飞行；采用遥控模式飞行时，根据实验结果，阻断其卫星导航信号可以使其丧失维持自身稳定飞行的能力，无人机一旦遇到气流影响则很难进行稳定飞行。因此，对卫星导航信号实施压制的适应性和可实现性较强，考虑到较为新型的无人机导航模式已实现GPS、GLONASS和北斗系统的兼容，同时利用三种导航系统进行定位，因此对卫星导航信号的压制也应同时考虑到这三种模式。

但是这种压制手段的缺点是，一些重大活动中，现场有大量正常无线电业务和系统需要或可能会使用到GPS或北斗导航系统的信号，因而需谨慎使用卫星导航信号压制系统，以防对区域内正常开展的无线电通信业务或系统造成干扰，对活动正常开展造成不利影响等。

5 总结和展望

文中提出了轻型多旋翼无人机电磁辐射的来源以及对无人机管制的手段，并就两种管制方法的利弊做了分析。考虑到目前无人机市场越来越大，一套严格的管理与规范显得越来越重要。尤其是针对无人机电磁辐射信号的特点，有必要去研究并得出可快速识别扩频和跳频信号的算法，从而可以第一时间监测到“非法”无人机，并对其进行管制。

[1] 何煦．对低空小型无人机的对抗方法研究[J]．中国新通信，2016(15):147-149

[2] 石红梅，谭晃．国外无人机监管及反制技术最新发展概况[J]．中国安防，2016(4):100-105

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.06.019

V297+2文献标示码：A

1672-7274（2017）06-0058-02

武迎兵，1988年生，山西吕梁人，2014年毕业于北京交通大学，获通信与信息工程工学硕士学位，现主要从事无线电监测工作。

范振雄，1993年生，江西抚州人，2015年毕业于北京邮电大学，获电子与通信工程工程硕士学位，现主要从事无线电监测工作。

纽莉荣，1989年生，山西运城人，2014年毕业于西安交通大学，获电磁场与微波技术工学硕士学位，现主要从事无线电监测技术研究工作。