2023年复杂电磁环境下无人机通信干扰问题的探索范文.docx

天道酬勤 复杂电磁环境下无人机通信干扰问题的探索 摘  要：运用文献资料法与逻辑分析相结合的方法，对复杂电磁环境与无人机通信干扰的问题进行剖析，以期为无人机抗干扰性能的提高提出一系列的借鉴与参考。研究发现，复杂电磁环境对无人机的影响与通信手段、电磁通路以及无人机导航均有着直接的关系。基于此，研究进一步提出扩频抗干扰的技术、自适应干扰技术以及信息源编码技术等三个方面的应用。 关键词：复杂;电磁环境;无人机;通信;干扰问题 中图分类号：V279         文献标志码：A         文章編号：2095-2945〔2023〕25-0075-02 Abstract： Using the method of literature and logical analysis， this paper analyzes the problem of complex electromagnetic environment and communication interference of UAV， in order to provide a series of reference for the improvement of anti-jamming performance of UAV. It is found that the influence of complex electromagnetic environment on UAV is directly related to the means of communication， electromagnetic path and UAV navigation. Based on this， this paper further puts forward the application of spread spectrum anti-jamming technology， adaptive jamming technology and information source coding technology. Keywords： complexity; electromagnetic environment; UAV; communication; interference problem 无人机以其体积小、起降便捷、机动性能高、隐蔽性较优，可屡次重复使用，而为现代人所喜爱，尤其是对于在超人体生理极限的工作环境中，无人机以独特的性能优势为各个领域所青睐，被广泛应用于通信中继、环境评估、情报收集等多种场合。近年来，随着国际时局的不稳定因素增多，无人机也被运用于武装攻击、战场干扰等一系列场合。然而，这一切都离不开一个关键性的因素，即电磁环境。从技术的角度来看，无人机是离不开电磁环境而存在的。当然，也正是由于无人机对电磁环境的高度依赖，而导致了无人机有了这个致命的弱点。在现代信息化的场域下，面对日趋复杂的电磁环境，如何来降低各种对电磁干扰对无人机造成的影响，已成为当下无人机研究的一个重要课题。基于此，本文意在从电磁环境对无人机的影响因素入手，对降低电磁环境对无人机的干扰进行一系列的探讨，以期为工业生产、军事准备提供一定借鉴与参考。 1 复杂电磁环境对无人机的影响 现代信息化的环境，造成电磁环境异常的因素较多，其中有人为的因素，也有诸多不可控的自然因素。人为的因素包括有军用的因素，也有人为的因素。人为的因素那么分为敌我双方的电子对抗，也有敌方的成心干扰。总体上来讲，复杂的电磁环境对无人机的影响表达在以下几个方面。 1.1 通信手段因电磁环境受干扰而失效 通常情况下，无人机是受到定向的电磁信号而支控的。而假设在其他信号背景的噪声提高时，无人机本身的定位信号受到严重的干扰，尤其是无人机本身的定向信号相对较弱时，传输信道数据失误码频率会增高。在这种情况下，轻的话会影响的测控的距离，从而影响了无人机可支持与操控的半径，严重的信号干扰，还会使得无人机与控制站失联，控制站对无人机失去控制，无人机变成了断线的风筝，不受控制站的操作而坠落。 1.2 无人机因电磁链路受损而出现情报失真 复杂的电磁环境下，背景噪声严重或有特异性干扰信号的话，支配与管控无人机的通信链路的建构会出现断开的现象，这样一来，会造成无人机检测不到相应的指令而不做动作，或者接受到不对称的错误代码而执行错误的动作。也可能会出现动作间断，行进方向或对目标的锁定出现严重的失误，进而会导致无人机收集到的信息失真，甚至收集到的数据也无法传回控制站，最终导致无法完成提前给无人机设定的任务，无人机也便成了无的之矢。 1.3 导航失误致使无人机参照坐标失准 众所周知，对于无人机来说，导航是无人机操作的命门。无论是起降、航行还是翻转，无人机的任何动作都需要导航为其提供精准的坐标，才能到达既定的效果。复杂的电磁环境下，尤其是战时，空中的信号中继站可能无法依赖，由于卫星、陆基导航等系统均可能会受到干扰，依赖陀螺仪的惯性自主导航方式，无法提供精准的定位，那么将会致使无人机在放出后，无法精准地定位自身的目标，从而无法修正其行进路线，无人机便成了“无头苍蝇〞。 2 电磁对无人机干扰的剖析 根据电磁波产生的机理，可以将电磁干扰因素分为两大类，一类是自然电磁环境，另一类是人工电磁环境。自然电磁环境那么涉及到自然辐射与雷电干扰。而人工电磁干扰那么如辐射干扰与传导干扰。具体剖析如下： 2.1 自然电磁干扰 在自然电磁干扰环境中，静电、自然辐射与雷电等3种因素是对无人机影响最主要的影响因素。其中，雷电和自然辐射对无人机的影响更多。雷电是云层携带静电而产生的放电现象，呈现为直击雷或感应雷两种形式。直击雷是带电云层与大地上某一点发生的放电的现象，而感应雷那么是直击雷发生后产生的，地面产生较大的局部电压，或者出现强电电流脉冲现象，产生高压电流。无人机机体本身是由大量的微电子元件所构成的，这类微电子材料的绝缘性是相对较低的。在一定程度上，过电承受能力差，尤其是其天线系统更为脆弱，遇到雷电击打便非常容易击中，雷电的电流从天线上传到其机身内部，超过微电子负荷能力时，电子元件那么会出现破坏。 除了雷电的影响外，自然辐射包括电子噪音、空间辐射、大气电流场等因素，都会对无人机系统造成影响。其中，电子噪音主要是源自机体内部，取决于机体本身对噪音的处理能力。无人机有大量的电子元件，有电源线、壳体、信号线与控制线等元件，这些设备之间形成了一个复杂的电磁系统。在某种程度上来讲，无人机本身的电磁场的有序工作能力也是影响其免除干扰的一个重要方面。 2.2 人工电磁干扰 在无人机干扰上，人工电磁干扰那么主要有干扰源与传导干扰源两个方面受影响。其中，具体表现为核爆脉冲干扰、电磁脉冲弹干扰、高功率微波干扰。核爆脉冲主是由内核爆炸的R射线而形成的，形成的电离场。电磁脉冲弹干扰是以炸弹为载体，在既定干扰区进行的散射强的电磁脉冲。与雷电干扰相比，电磁脉冲弹的作用范围更为广泛、频率相对较宽、作用时间较短等特点。电磁弹所产生的脉冲能够通过设备天线与接触点进入电子设备，使得电子设备适时间内失效或者完全被破坏。对于无人机而言，电磁弹可以使其存储电子元件失去记忆，导致无人机处于失灵状态。 高功率微波的干扰是人为干扰最为强力的干扰手段。从微波的破坏效应来看，高功率微波的破坏效应要比其他方式的更为严重。从机理上来看，高功率微波是将高能源产生的微波经过一个高增益的天线定向辐射，而后再通过将微波能量聚集在窄化的波束内，使其以极高地强度照射目标，而实現其干扰。通常由主功率源、射频产生器、天线波束定向器来组成。而其强大的脉冲功率，那么对无人机的电子元件系统以及操作人员的目标定位都可能会造成较大的损伤，其机理那么是使无人机或操作系统电路呈现出功能混乱、记忆信息断裂、电子元件损伤等等问题，甚至会出现在短时间内有一系列元件内聚烧坏的现象产生。 3 复杂电磁环境下无人机抗干扰措施 面对复杂的电磁环境，无人机可以采用诸多强化性措施，来有效降低或防止电磁环境对无人机的干扰。主要包括扩频抗干扰的技术、自适应干扰技术以及信息源编码技术等三个方面。 3.1 采用混和方式，强化扩频抗干扰技术 当下，扩频抗干扰已在各类电磁环境中广泛应用，尤其是在军事通信中运用的更加广泛。无人机系统中多采用直接序列的扩频〔DS-SS〕技术。从技术层面上来说，直接序列扩频的主要机理是将传输信息的频谱用伪随机二进制扩频码扩展后成为宽带信号再进行传输，通过相应的设置，在接收器对扩频信号进行复原出信息码，增强其抗干扰的能力，使得大局部的干扰能量得到抑制。在扩频方式上也可以有一系列的调整，可以采用直扩信号，也可以采用跳频技术。从技术比照上来看，直扩信号那么由于其功率谱度低，这种方式抗侦察效果比拟好。但其缺点在于这种技术受限于远近效应。跳频技术那么具有保密性强的优势，但其缺点是信号隐蔽性相对较差。因此，显然二者均有优势，也有缺点。因此，在无人机通信链路中，通常为了发挥其抗干扰的优势，采用直扩与跳频相融合的方式是极为妥当的，在一定时空范围内，可以有效地提高无人机的总体抗干扰的能力。 3.2 综合多种导航方式，增强精确导航能力 只有保证无人机导航系统的实时定位精度，才能保证全系统的探测精度。单独使用任何一种导航系统，都不能确保万无一失。从技术防御准备角度，应综合考虑多种导航技术结合，增强精确导航能力。导航系统可采取的抗干扰技术有：无源定位技术、无线频率干扰〔RFL〕源控制技术、导航卫星信息冗余技术、GPS/惯导综合导航系统、惯性/天文/GPS综合导航、惯导/GNSS/罗兰-C/航姿系统组合导航等，无人机的导航系统抗干扰体制，应综合考虑作战需求、自身体积以及经济本钱等因素，可以采取自主导航方式和被动导航方式结合，以某一种卫星或无线导航为主导，以联合惯导技术、地理信息自主导航技术等自主导航方式为辅。尤其值得关注的是，为克服GPS等国外定位技术存在的受制于人、易受干扰等问题，特别要积极开发利用中国自主研发的北斗卫星导航定位系统。二代北斗卫星的性能接近GPS，一旦部署完成，将大幅提高精准打击能力，这样战时无人机导航系统的稳定和平安才能有所保障。国外成熟的无人机都采用多种导航技术，美“全球鹰〞无人机飞行控制系统采用GPS全球定位系统和惯性导航系统，可自动完成从起飞到着陆的整个飞行过程。 参考文献： [1]杨建永，邸成良，庞骥庭.无人机电磁域平安策略研究[J].无线电工程，2023，50〔05〕：390-394. [2]李海，谢文强，周林.无人机技术在通航事故应急救援中的应用研究[J].轻工科技，2023，35〔12〕：68-69+84. [3]李艳.无人机探测技术研究[J].电子世界，2023〔21〕：10-12+18. [4]张冬晓，陈亚洲，程二威，等.无人机信息链路电磁干扰效应规律研究[J].北京理工大学学报，2023，39〔07〕：756-762. [5]张海燕，唐学明.电磁环境下无人机干扰雷达通信效用实验研究[J].科学技术与工程，2023，19〔19〕：164-168. [6]朱煜良，赵智全，姚长虹，等.无人机通信干扰电磁环境半实物仿真系统[J].电讯技术，2023，59〔04〕：476-481.