一种基于数字储频技术的无人机干扰系统及方法与流程

本发明属于无线电电子对抗领域，具体涉及一种基于数字储频技术的无人机干扰系统及方法。

背景技术：

无人机的特点为：飞行高度较低，体积较小，飞行速度较慢，使用场景比较广泛，因此对无人机的探测比较困难。近年来，国家不断地加强对无人机这类的民用飞行器的监管，出台了相应的《通用航空飞行管制条例》。因此，无人机的飞行必须满足航空器的飞行安全要求，无人机操作员资质要求等。

目前国内外无人机发展和普及的力度越来越迅猛，出现了很多已经拥有无人机的爱好者。但是我国的很多无人机还达不到民航部门的适航要求，处于“黑飞”状态，违规使用的无人机会对公共安全造成的巨大威胁。近两年，我国已经发生过多起无人机逼停航班的事件，造成了巨大的经济损失。

通常针对上述问题一般采取的处置方法是：

1.物理拦截方式：

常用的拦截方式有：战机将无人机击落或迫降，地面持枪人员击落无人机，使用激光武器击落无人机及使用拦截网的方式拦截无人机；

2.电磁波干扰方式：

主要干扰方法有：噪声压制干扰或者欺骗干扰，噪声压制干扰又有多种方式，比如大功率全频段覆盖干扰，跟踪干扰，梳状干扰等方式；欺骗干扰主要是模拟产生与无人机控制及导航信号相同或相似的通信信号。

大功率全频段覆盖干扰的方式是通过产生功率远大于无人机的控制及导航信号所在频段的噪声信号对无人机进行干扰，该干扰方式的优点是噪声信号产生简单，易于实现；缺点是干扰功率过大，影响其他正常无线电通信。为解决该问题，专利号为：cn108199802a，专利名称为：《一种基于电磁干扰的无人机干扰系统及干扰方法》中提供的方法可以集中干扰功率于较窄的频点附近，采用略大于遥控信号功率即能达到切断无人机控制链路的效果。但该种方式仍采用的是噪声压制的方法，要达到干扰效果，到达无人机接收天线前端的干扰信号的功率要比无人机通信信号大3～6db，系统的体积和功耗较大。

相对于噪声压制干扰系统，已有人提出一种无人机欺骗性干扰系统，该系统通过干扰信号发生器产生与无人机相匹配的干扰信号，再经过数模转换，上变频，功率放大，最终通过天线辐射至无人机。但现有无人机种类越来越多，不同厂家在无人机通信中，通信信号采用不同的编码方式，因此自主模拟产生无人机的通信信号时，不仅需要知道无人机通信编码方式，还需知道其工作频点，对无人机进行干扰的难度较大。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的干扰系统体积和功耗较大并且很难获取不同无人机的通信编码方式的问题，本发明提出了一种基于数字储频技术的无人机干扰系统，采用如下技术方案实现：

一种基于数字储频技术的无人机干扰系统，包括接收单元、存储单元、干扰信号产生单元、主控单元和发射单元，其特征在于，

所述接收单元用于接收无人机的通信信号及导航信号，判断无人机通信信号是否存在，并对接收无人机的通信信号及导航信号进行预处理，所述预处理包括功率放大、下变频和滤波处理；

所述存储单元用于将接收单元接收到的预处理后的通信信号及导航信号转换为数字信号后进行存储，并在接受到主控单元的干扰命令后向干扰信号产生单元传输数字信号；

所述主控单元用于向存储单元和干扰信号产生单元下发干扰命令；

所述干扰信号产生单元用于在接收到主控单元的干扰命令后，接收存储单元传输的数字信号，并将数字信号转换为模拟信号并进行上变频得到干扰信号；

所述发射单元用于将干扰信号产生单元产生的干扰信号根据对应的工作波段进行滤波及功率放大，并将滤波及功率放大后干扰信号利用定向天线辐射至无人机进行干扰。

进一步的，所述接收单元包括依次连接的接收天线，低噪放大器、下变频模块、功分器和带通滤波器，还包括连接在功分器与存储单元之间的dlva，所述带通滤波器连接存储单元；

所述存储单元包括依次连接的adc模块、fpga和存储芯片，所述adc模块连接fpga，所述fpga连接存储芯片、主控单元和干扰信号产生单元；

所述干扰信号产生单元包括dac模块、上变频模块、本振模块和时钟管理模块，所述dac模块连接上变频模块，所述本振模块连接下变频模块、上变频模块和时钟管理模块，所述时钟管理模块连接adc模块和dac模块，所述上变频模块连接发射单元；

所述发射单元包括依次连接的开关、滤波器模块、功率放大器模块和定向天线模块，所述滤波器模块包括l波段滤波器、s波段滤波器和c波段滤波器，所述功率放大器模块包括l波段功率放大器、s波段功率放大器和c波段功率放大器，所述定向天线模块包括l波段定向天线、s波段定向天线和c波段定向天线。

进一步的，在存储单元中，所述adc模块用于利用采样时钟将下变频后的信号进行模数转换，再将转换后的数字信号送至fpga；所述fpga用于实现本振的选择控制、读取以及与主控单元进行通信的功能；所述存储芯片用于将模数转换后的数字信号进行存储；

在干扰信号产生单元中，所述dac模块用于采用与采样时钟一样的恢复时钟将存储芯片中读取的数字信号转换为模拟信号；所述本振模块用于为下变频模块和上变频模块提供变频所需的本振源，同时为adc模块和dac模块提供采样时钟；所述时钟管理模块用于将本振提供的采样时钟进行分频后，分别送至adc模块和dac模块作为采样时钟和恢复时钟；所述上变频模块用于将基带信号恢复至无人机所需的干扰信号。

进一步的，所述接收天线为频率在1～6ghz的全向天线。

进一步的，所述储存芯片采用ddr芯片。

一种基于数字储频技术的无人机干扰方法，包括如下步骤：

步骤1：利用接收天线获得无人机的通信信号及导航信号，对无人机的通信信号及导航信号进行功率放大得到s1；

步骤2：对s1进行下变频，再经过滤波得到s2，将s2利用功分器分为两路相同的信号，一路传输至dlva，用于判断无人机通信信号是否存在，另一路传输至ad模块进行实时模数转换得到数字信号s3；

步骤3：若步骤2中dlva检测到无人机通信信号存在，则fpga读取s3并将s3存入存储芯片，同时fpga传输报警信号至主控单元，主控单元下发开始干扰命令，fpga读取存储芯片中的s3并进行数模转换得到模拟信号s4，进入步骤4；若步骤2中dlva未检测到无人机通信信号时，s3不存入存储芯片，主控单元不下发干扰命令；

步骤4：对s4进行上变频，还原出干扰信号s5，根据s5所属的工作波段打开开关并选择相应滤波器对s5进行滤波，然后将滤波后的s5送至相应工作波段的功率放大器中进行功率放大，最后通过相应工作波段的定向天线模块将经过滤波和功率放大后的干扰信号辐射至无人机处进行干扰。

进一步的，步骤4中所述的工作频段包括l波段、s波段和c波段。

本发明还有如下有益效果：

(1)本发明采用基于数字储频技术的干扰方式，能够产生与无人机通信信号完全一致的干扰信号，这样到达无人机接收天线前端的干扰信号与无人机通信信号的功率相等即可对无人机正常通信造成干扰,大大降低了系统的体积和功耗。

(2)本发明能够还原出不同种类的无人机信号，不管是哪种类型的无人机，通信信号采用哪种编码方式，工作频点是多少，只要在工作频段内，我们都可以进行用无人机本身的通信信号对其进行干扰。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

具体实施方式

fpga：现场可编程门阵列，是一种运算处理数据速度很高的芯片，常用于数字信号处理。

dlva：检波对数视频放大器，用于判断外部通信信号是否存在。

主控单元包括如下功能：软件、硬件的初始化功能、系统自检和故障显示功能、系统工作参数和工作模式设置功能、系统运行控制及状态的显示功能和接口通信功能。

低噪放大器：指噪声系数很低的放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。

以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

一种基于数字储频技术的无人机干扰方法，包括如下步骤：

步骤1：利用接收天线获得无人机的通信信号及导航信号，对无人机的通信信号及导航信号进行功率放大得到s1；

步骤2：对s1进行下变频，再经过滤波得到s2，将s2利用功分器分为两路相同的信号，一路传输至dlva，用于判断无人机通信信号是否存在，另一路传输至ad模块进行实时模数转换得到数字信号s3；

步骤3：若步骤2中dlva检测到无人机通信信号存在，则fpga读取s3并将s3存入存储芯片，同时fpga传输报警信号至主控单元，主控单元下发开始干扰命令，fpga读取存储芯片中的s3并进行数模转换得到模拟信号s4，进入步骤4；若步骤2中dlva未检测到无人机通信信号时，s3不存入存储芯片，主控单元不下发干扰命令；

步骤4：对s4进行上变频，还原出干扰信号s5，根据s5所属的工作波段打开开关并选择相应滤波器对s5进行滤波，然后将滤波后的s5送至相应工作波段的功率放大器中进行功率放大，最后通过相应工作波段的定向天线模块将经过滤波和功率放大后的干扰信号辐射至无人机处进行干扰。具体的，步骤4中所述的工作频段包括l波段、s波段和c波段。

本发明采用基于数字储频技术的干扰方式，能够产生与通信信号及导航信号s1频率完全一致的干扰信号，这样到达无人机接收天线前端的干扰信号与无人机通信信号的功率相等即可对无人机正常通信造成干扰,大大降低了系统的体积和功耗。同时，不管是哪种类型的无人机，通信信号采用哪种编码方式，工作频点是多少，只要在工作波段内，我们都可以进行用无人机本身的通信信号对其进行干扰。

一种基于数字储频技术的无人机干扰系统，包括依次连接的接收单元、存储单元、干扰信号产生单元和发射单元，还包括连接存储单元的主控单元，

所述接收单元包括依次连接的接收天线，低噪放大器、下变频模块、功分器和带通滤波器，还包括连接在功分器与存储单元之间的dlva，所述带通滤波器连接存储单元；

所述存储单元包括依次连接的adc模块、fpga和存储芯片，所述adc模块连接fpga，所述fpga连接存储芯片、主控单元和干扰信号产生单元；

所述干扰信号产生单元包括dac模块、上变频模块、本振模块和时钟管理模块，所述dac模块连接上变频模块，所述本振模块连接下变频模块、上变频模块和时钟管理模块，所述时钟管理模块连接adc模块和dac模块，所述上变频模块连接发射单元；

所述发射单元包括依次连接的开关、滤波器模块、功率放大器模块和定向天线模块，所述滤波器模块包括l波段滤波器、s波段滤波器和c波段滤波器，所述功率放大器模块包括l波段功率放大器、s波段功率放大器和c波段功率放大器，所述定向天线模块包括l波段定向天线、s波段定向天线和c波段定向天线。

所述的接收天线为频率在1～6ghz的全向天线，用于接收无人机的通信信号及导航信号；全向天线在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。

由于接收到的信号功率很低，但后端采样需要信号的功率较高，因此，所述低噪放大器用于对接收天线收到的信号进行功率放大；由于系统工作的频率较高，若直接将外部信号进行采样，根据采样定理需要2倍以上的采样时钟才能对信号进行不失真的采样，这样对adc芯片的要求很高，增加系统的设计成本，所述的下变频模块用以将输入的信号转变为频率较低的基带信号，进而降低系统的采样时钟从而减少系统设计成本。

所述的低噪放大器，在放大微弱信号的场合，放大器本身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，用以提高输出的信噪比。

所述功分器用于将基带信号分成2路功率相等的信号，1路送至dlva模块，1路送基带带通滤波器进行信号滤波，dlva模块若判断无人机通信信号存在则使滤波后的信号传输至fpga；所述带通滤波器用于滤除经过下变频后产生的其他不需要的信号。

所述存储单元包括依次连接的adc模块、fpga和存储芯片，所述adc模块连接fpga，所述fpga连接存储芯片、主控单元和干扰信号产生单元；所述adc模块用于将下变频后的信号进行模数转换，再将转换后的数字信号送至fpga用于信号的存储。由于本系统的采样的信号为基带信号，因此，本系统中采用的adc芯片为低速的adc芯片，即芯片使用的采样时钟较低。

所述干扰信号产生单元包括dac模块、上变频模块、本振模块和时钟管理模块，所述dac模块连接上变频模块，所述本振模块连接下变频模块、上变频模块和时钟管理模块，所述时钟管理模块连接adc模块和dac模块，所述上变频模块连接发射单元；

所述dac模块用于采用与采样时钟一样的恢复时钟将存储芯片中读取的数字信号转换为模拟信号，即干扰信号，实现信号无失真还原。

所述fpga用于实现本振的选择控制，数字信号的存储及读取以及与主控单元进行通信的功能；

所述存储芯片用于将模数转换后的数字信号进行存储；

优选的，存储芯片选用ddr芯片，该芯片存储速率不高，但是容量较大符合本系统要求。

所述主控单元是系统的控制核心，其主要功能如下：

(1)软件、硬件的初始化功能：控制fpga中的嵌入式软件初始化，控制adc模块，dac模块，及存储芯片硬件初始化，保证系统可以正常工作。

(2)系统自检和故障显示功能：系统主要模块(fpga，adc模块，dac模块等)设有自检功能，主控下发自检命令；当这些模块出现故障时，故障信息发送至主控单元并显示。

(3)系统工作参数和工作模式设置功能：设置干扰频段，干扰模式，干扰参数并下发至fpga，控制系统工作方式。

(4)系统运行控制及状态的显示功能：下发开始，停止等命令控制系统是否运行；系统当前工作状态显示；

(5)接口通信功能：实现与fpga之间的通信。

存储芯片使用较多的主要有ddr和qdr芯片，相比于前者后者可实现同时读写的功能，本系统中采用的存储芯片存储速率要求不高，只要容量较大即可，因此采用ddr芯片，主要功能是将模数转换后的数字信号进行存储。

所述本振模块用于为下变频模块和上变频模块提供变频所需的本振源，同时为adc模块和dac模块提供采样时钟。

所述时钟管理模块用于将本振提供的采样时钟进行分频后，分别送至adc模块和dac模块作为采样时钟和恢复时钟。

所述滤波器模块用于滤除经过上变频后产生的多余信号；所述功率放大器模块用于对滤波后的不同波段的通信信号和导航信号进行功率放大，得到干扰信号,并将干扰信号送至定向天线模块；所述定向天线模块用于将与接收到的无人机通信信号和导航信号频段相同的干扰信号辐射至无人机，进行精准干扰。

所述定向天线模块用于实现微波信号在设备与自由空间进行转换，所述定向天线的特点是在一个或者某几个方向上的辐射特别强，而在其他方向上辐射特别弱或为零的天线。