1、引言

　　近年來無人機(jī)（本文指民用多軸飛行器）正以空前的速度普及，由此引發(fā)的關(guān)于安全的憂慮日益增多。許多有關(guān)部門甚至個(gè)人都希望采取一些措施，阻止無人機(jī)飛臨敏感區(qū)域。為了達(dá)到這個(gè)目的可以采用很多方法，比如訓(xùn)練老鷹飛去抓捕。

　　除了這類眼球效應(yīng)大于實(shí)用的方法，最實(shí)用、性價(jià)比最高的方法莫過于無線電干擾。目前所有的民用無人機(jī)都需要用到無線電技術(shù)來實(shí)現(xiàn)定位、遙控、圖像傳輸?shù)裙δ?。?dāng)然某些特殊用途的無人機(jī)可以采用諸如地形匹配、圖像識別以及高精度慣性導(dǎo)航的辦法來確定自己的位置，并且自主的完成任務(wù)，但在民用領(lǐng)域尚未普及。既然無人機(jī)必須使用無線電技術(shù)，就可以對無線電進(jìn)行干擾，從而達(dá)到使無人機(jī)失控或折返的目地。目前商品無人機(jī)必備的主要是GPS定位和遙控這兩個(gè)部分。如果用于拍攝圖像或其它測試用途，還必須有下行的圖傳和遙測通信。無線電測高和防撞設(shè)備也偶有使用。在攻防態(tài)勢上，通常無人機(jī)的操縱者和需要設(shè)防的敏感區(qū)域之間有一定距離。無人機(jī)從操縱者附近起飛，然后逐漸飛臨設(shè)防區(qū)域。當(dāng)無人機(jī)到達(dá)設(shè)防區(qū)域附近，能夠開展有效的偵查或破壞活動(dòng)時(shí)，無人機(jī)到設(shè)防區(qū)域的距離，通常比它到操縱者的距離要近得多。在上述態(tài)勢中，操縱者發(fā)送的一切上行信號（從地面向無人機(jī)發(fā)送）都會(huì)因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)而比較微弱。采用同樣的功率，防御者由于距離無人機(jī)更近，信號將比操縱者強(qiáng)。防御者收到的下行信號也會(huì)比操縱者強(qiáng)。但是對下行信號的防御目標(biāo)是讓操縱者收不到，而此時(shí)無人機(jī)到操縱者的距離，和防御者到操縱者的距離是差不多的。所以對下行信號的阻斷不占地形優(yōu)勢。從上面分析可以看出干擾上行信號更為有利。恰巧上行信號通常是遙控信號，直接關(guān)系到對無人機(jī)的操控，如果上行信號被干擾，無人機(jī)將失去即時(shí)控制，只能按照程序預(yù)設(shè)的步驟運(yùn)行（通常是降落或者懸停）。而下行信號主要是遙測和圖像等，雖然也可能存在敏感信息，但相比控制信號而言就不那么重要了，再加上防御者在態(tài)勢上不占優(yōu)勢，通常對下行信號采取放任態(tài)度。 GPS依靠中軌道衛(wèi)星。通俗而言就是信號經(jīng)過上萬公里到達(dá)地球表面，已經(jīng)非常微弱。所以要在無人機(jī)離防御者很近的情況下干擾GPS信號是比較容易的。如果想欺騙它就需要用比較復(fù)雜的手段來模擬GPS衛(wèi)星，會(huì)困難得多。

　　2、對GPS的干擾

　　GPS信號十分微弱，在地面附近已低于自然本底噪聲。采用常用的3-6dB增益的無源天線在開闊地接收，其總接收電平最高可達(dá)約-120dBm。民用GPS信號是頻率1575MHz，2.046MHz帶寬的擴(kuò)頻信號，擴(kuò)頻增益43dB，Cb/N0按6dB考慮。固然任何方式的干擾只要足夠大都能產(chǎn)生效果，但由于擴(kuò)頻增益太高，部分頻帶干擾的效益很差。在容易實(shí)現(xiàn)的方式中，全頻帶噪音干擾較有優(yōu)勢，滿足如下條件時(shí)誤碼率高于10%：

　?。?）干擾信號的帶寬等于或大于2.046MHz，覆蓋GPS信號的整個(gè)頻帶。

　?。?）干擾信號經(jīng)GPS天線接收后，其總功率電平要高于-83dBm。

　　無人機(jī)上的GPS天線主瓣方向朝向天空，對于地面來的干擾能提供一定的隔離。隔離的大小取決于天線的品質(zhì)、安裝方式和無人機(jī)本身的結(jié)構(gòu)與材料。如果天線安裝在無人機(jī)正中心位置，無人機(jī)上又有整塊的碳纖維網(wǎng)板遮擋地面方向，那么通常能提供30-40dB的隔離。如果天線方向性不佳，安裝不夠垂直，則隔離度會(huì)有所降低。設(shè)無人機(jī)GPS天線對地面防御者（干擾源）的增益為-40dB，對天空的增益滿足正常接收GPS天線的要求，也就是總接收電平能達(dá)到-120dBm，無人機(jī)距離地面100米，干擾發(fā)射機(jī)的天線增益為0，根據(jù)自由空間損耗公式，則需要的發(fā)射功率是： Pt=Pr+32.45+20logd+20logf-G=-83+32.45-20+64+40=33.45dBm 上述計(jì)算的意思是：如果干擾帶寬適中，則只需要2W的發(fā)射功率，就能干掉100米范圍內(nèi)的無人機(jī)GPS。假如干擾天線有 6dB增益，那么只需要0.5W功率。實(shí)測發(fā)現(xiàn)，0.01W功率的噪聲調(diào)幅配合增益為5dB的R100天線，已經(jīng)能在100米范圍內(nèi)許多品牌無人機(jī)的GPS。這可能是以下幾個(gè)原因?qū)е碌模?/p>

　　（1）品牌無人機(jī)大量采用輕質(zhì)塑料，導(dǎo)致GPS天線的對地隔離度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足40dB。

　　（2）總接收電平達(dá)不到-120dBm（該值接近理論最佳值，工程中通常按-130dBm考慮）。

　?。?）廉價(jià)接收器解擴(kuò)方案過于簡化，沒有充分利用43dB的擴(kuò)頻增益。

　　最簡單的寬帶信號是噪音調(diào)頻。當(dāng)然還可以采用相關(guān)性更強(qiáng)的干擾直至欺騙，比如用GPS模擬器產(chǎn)生一些假信號。但考慮到干擾功率本來就不大，似乎沒有必要費(fèi)這個(gè)事。無人機(jī)丟失GPS信號以后的行為取決于飛控的功能及設(shè)置。對于技術(shù)嫻熟的操作者而言，GPS不是必要的，在沒有GPS的年代里，航空模型的飛手們依然可以靠目視或圖傳完成自己設(shè)想的飛行路線。但是對于技術(shù)不嫻熟的操縱者，干掉GPS信號的后果已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，因?yàn)榇藭r(shí)無人機(jī)的自動(dòng)返航功能已經(jīng)失效，必須完全依賴人工操作。根據(jù)已經(jīng)掌握的防御經(jīng)驗(yàn)，這基本等于飛不回去。如果想避免GPS受干擾的后果，可以在下面幾點(diǎn)上做文章：

　?。?）操縱者必須經(jīng)過無GPS飛行方面的訓(xùn)練。

　?。?）嚴(yán)格考核GPS天線的對地隔離度，使之提升到比如50dB；選用性能足夠好的GPS接收機(jī)。

　　（3）采用更高精度的慣性平臺，確保在GPS丟失后能支撐足夠返航的時(shí)間。

　?。?）利用機(jī)載攝像機(jī)的圖像進(jìn)行定位和返航。