一种小型无人机干扰器设计

黄志忠，梁桂全

（桂林航天工业学院，广西 桂林 541004）

0 引言

无人机融合了传统飞行器和移动互联网的诸多特点［1］，然而无人机的泛滥带来了许多安全隐患。在监管部门对无人机进行政策限制的情况下，为了尽可能减少无人机非法入侵造成的安全隐患，反无人机成为迫在眉睫的任务。在无人机容易闯入且会引发信息泄露的地区，或者容易造成安全隐患的敏感地区（如政治中心、首脑机关、军事要地、边境、港口、监狱、化工厂、机场、体育馆、核电站、别墅区及靶场等），必须配备反无人机设备［2］，以及时拦截和打击非法入侵的无人机，保证地区安全。

反无人机的方法主要包括物理拦截、射频干扰及复合探测3 种［3］。

（1）物理拦截。小型无人机飞行高度较低、速度较慢，当靠近敏感地区时，安全巡逻人员在视线识别距离内通过操作更大的无人机或采用其他发射设备对威胁无人机进行撒网抓捕。

（2）射频干扰。无人机飞行需依靠操作者的遥控信号和GPS 导航定位信号［4］，因此如果对该频段的信号实施压制性或欺骗性干扰，将会导致无人机失控而无法自动返航。

（3）复合探测。系统主要由对空雷达、光电跟踪识别器以及定向射频抑制/干扰器组成［5］。对空雷达对几千米范围内的空中目标进行探测和跟踪，在发现可疑目标时，通过光电跟踪系统进行目标确认和精确跟踪，之后启动定向干扰器干扰或攻击无人机。

本干扰器设计采用射频干扰的方式，控制压控振荡器产生覆盖无人机遥控信号带宽的扫频信号，然后经过功率放大器模块放大，再通过有向天线辐射实施干扰。

1 无人机遥控信号分析

图1 为实采某型号无人机遥控信号的片段。可见，该信号具有明显的周期性或准周期性。

一个完整的遥控信号持续时间为3 265 μs，其中前半部分为1 050 μs，后半部分为2 175μs，中间间隔40 μs。

对遥控信号进行频谱分析可以发现，前半部分是单载频信号，不存在任何调制，而后半部分频谱分析如图2 和图3 所示。信号是QPSK 信号，码元速率约为24 kb/s。从调制规律来看，遥控信号从2.40～2.48 GHz 依次轮询扫描发射。

2 干扰器设计

2.1 方案设计

扫频式干扰可以直接覆盖遥控信号的整个频段，使干扰对象无法正确接收遥控信号，而发射的干扰信号频率要与无人机工作频率一致。根据分析结果和相关资料可知，无人机的工作频段一般为2.4 GHz 和5.8 GHz，频段内发射功率均未超过1 W。本干扰器以2.4 GHz 为参考进行设计，主要技术指标如表1 所示。设计方案总体架构如图4 所示。

表1 干扰器设计主要技术指标

2.2 信号产生模块

信号产生电路工作于2.4 GHz 频段，具有扫频功能。综合考虑设计成本和电路复杂程度，选用集成压控振荡器模块作为信号发生器。

KVCO-2400 压控振荡器的原理是输入电压控制输出频率。当输入端的控制电压在0.1～4.0 V 时，输出频率范围为2.28～2.68 GHz，满足产生2.4 GHz 射频干扰信号的需求。该模块功耗低、相噪低且输出稳定，主要参数如表2 所示。

表2 信号产生模块主要参数

2.3 功放模块

功率放大器的性能一般由工作频段、增益、效率、1 dB功率压缩点以及幅度失真等技术指标决定，在一定频带范围内满足效率、输出功率等各项指标。设计的功率放大电路输出功率达到了+20 dBm@1 dB 压缩点，放大器增益为40 dB。

2.4 天 线

天线选用八木天线定向天线。该类型天线结构简单、增益高、驻波小，可以水平或垂直极化，在测向和远距离通信领域应用广泛。

2.5 扫频电压控制模块

用单片机控制的pcf8591D/A 模块输出一个锯齿波，控制压控振荡器产生2 400～2 500 MHz 的输出频率。

3 系统测试

用单片机控制D/A 模块输出扫频调谐电压，控制压控振荡器输出扫频信号，通过频谱仪观测输出信号。频谱仪实测结果如图5 所示，输出信号扫频范围为2 400～2 490 MHz，带内平坦度小于1 dB，满足设计要求。

将压控振荡器输出信号连接至功率放大器，通过馈线连接发射天线。外场试验过程中，放飞一架小型无人机，现场如图6 所示。此外，干扰器距离无人机20～200 m。干扰器发射干扰信号时，飞手的遥控器无法对无人机实施控制，即无人机处于失控状态。

4 结语

介绍目前无人机的遥控信号参数，确定干扰系统的设计方案，结果显示设计的干扰方案简单，容易实现，能够达到预期的效果。为了达到更好的干扰效果，还可以在干扰系统中加入与无人机导航系统参数相关的干扰频率，从而降低无人机的导航性能。此外，可以改进该干扰系统的供电模块，使系统供电更加稳定、安全与可靠。