２０１３年４月 第３６卷第２期 舰船电子对抗 ＳＨＩＰＢＯＡＲＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥ Ａｐｒ．２０１３ Ｖｏ１．３６ ＮＯ．２ 对无人机测控系统干扰方法的研究 陆文博，刘春生，黄中瑞 （电子工程学院，合肥２３００３７） 摘要：介绍了无人机测控系统的发展及组成，描述了测控系统的工作原理，从地面控制站、数据链、中继站三方面阐 述了对无人机测控系统的干扰方法，探讨了对数据链的干扰途径。 关键词：无人机；测控系统；地面控制站；数据链；中继站 中图分类号：ＴＮ９７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：ＣＮ３２—１４１３（２０１３）０２—００２４—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｔｏ Ｔｈｅ Ｊａｍｍｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ＵＡＶ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ＬＵ Ｗｅｎ－ｂｏ，ＬＩＵ Ｃｈｕｎ—ｓｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ—ｒｕｉ （Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｎｇ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ（ＵＡＶ），ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｅｘｐａｔｉａｔｅｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｊ ａｍ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＵＡＶ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓ— ｐｅｃｔｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｔｉｏｎ，ｄａｔａ ｌｉｎｋ ａｎｄ ｒｅｌａｙ ｓｔａｔｉｏｎ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｊａｍｍｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｄａｔａ Ｉｉｎｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｔｉｏｎ；ｄａｔａ ｌｉｎｋ：ｒｅｌａｙ ｓｔａｔｉｏｎ ０ 引 言 ２０１１年１２月４日，伊朗媒体公布伊朗军方于 该国东部击落１架美军无人驾驶侦察机，型号为 ＲＱ一１７０。探其原因，双方说法各不相同。美军的解 释是无人机与地面指挥站失去信息联系，无人机进 １ 无人机测控系统的概念及发展现状 １．１ 无人机测控系统的概念 无人机测控技术是指对无人机进行遥控、遥测、 跟踪定位和载荷信息传输的技术，又称无人机测控 与信息传输技术。无人机测控系统是无人机系统的 重要组成部分，由数据链和地面控制站组成，用于完 入自主飞行状态，但出现机械故障，坠落在伊朗境 内。而伊朗方面则声称是他们运用了电子干扰战 法，截获并控制了无人机，让无人机按照自己的指令 降落在伊朗境内。 从上述２种解释来看，ＲＱ＿１７０的坠毁与其测 成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和视频信息传 输，实现对无人机的远距离操纵和侦察信息的实时 获取。其性能和规模在很大程度上决定了整个无人 机系统的性能和规模。 １．２发展现状 控系统的失灵有着密切联系。而无人机测控与信息 传输系统是无人机电子信息系统的核心，是无人机 系统赖以生存的生命线。在无人机系统执行任务过 程中，测控与信息传输系统是地面站与无人机之间 联系的唯一通道，因此对无人机测控系统的有效干 扰成为战场上抑制无人机行动的一大法宝。 美国是目前世界上公认的无人机系统发展速度 最快、技术水平最高的国家。现阶段，美国将无人机 测控系统分为测控数据链和指挥控制站两部分，如 图１所示。 在数据链方面，美军无人机系统的典型数据链 收稿日期：２ｏ１２—１１—０８ 第２期 陆文博等：对无人机测控系统干扰方法的研究 ２５ 图１无人机测控系统组成不意图 产品为通用数据链（ＣＤＬ）、战术通信数据链（ＴＣ— ＤＬ）、多用途通用数据链（ＭＰ—ＣＤＬ），工作频段有 ＵＨＦ、Ｘ、Ｋｕ等。下行链路传输速度有 １０．７１ Ｍｂｉｔ／Ｓ、４５ Ｍｂｉｔ／ｓ、１３７ Ｍｂｉｔ／ｓ、２７４ Ｍｂｉｔ／ｓ 等多档，调制样式采用频移键控（ＦＳＫ）、二进制相移 键控（ＢＰＳＫ）、正交相移键控（ＱＰＳＫ）、偏移正交相 移键控（ＯＱＰＳＫ），可实现高速率的点对点数据传输 和１Ｏ．７１ Ｍｂｉｔ／ｓ以下低速率组网分发传输功能。 上行链路中采用了直接序列扩频和扩跳结合的混合 扩频传输体制，具有很强的抗干扰能力口］。 在指挥控制方面，美国主要采用成熟的通用地 面控制站（ＧＣＳ）体系结构，正在研发面向平台指挥 控制结构的战术控制系统（ＴＣＳ）。 ２ 无人机测控系统工作原理 ２．１地面控制站工作原理 ２．１．１基本组成 现阶段，典型地面控制站由１个或多个操作控 制分站组成，其相互间的关系如图２所示。 图２地面控制站配置图 （１）系统控制站在线监视系统的具体参数，包 括飞行期间飞行器的健康状况、飞行数据和告警 信息。 （２）飞行器操作控制站能提供良好的人机界面 来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、飞行参 数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷视频 显示。 （３）任务载荷控制站用于控制无人机所携带的 传感器，它由视频监视仪和视频记录仪组成。 （４）数据分发系统用于分析和解释从无人机获 得的图像。 （５）数据链路地面终端包括发送上行链路信号 的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和接 收机。 （６）中央处理单元包括１台或多台计算机。 ２．１．２工作原理 地面站接收到任务命令后对任务进行分析，制 定详细的任务计划，确定观测区域和目标点；然后拟 定详细的飞行路线，确保完成任务后，无人机能安全 返航；制定好任务计划和飞行航迹后，将任务相关信 息、参数及约束条件输入系统，发射无人机升空。执 行任务过程中，无人机把遥测到的目标信息经下行 链路实时传到控制站，地面站对获取的目标信息、电 磁及环境信息进行实时处理，生成战场态势图；通过 全球定位系统（ＧＰＳ）、ＧＰＳ／全球导航卫星系统 （ＧＬＯＮＡＳＳ）、Ｒ／Ａ与ＧＰＳ组合等方式测定无人机 当前位置，并将无人机的当前位置、飞行航迹和战场 态势图全部显示在显示屏上，并在系统中记录备案； 指挥员由此作为决策依据对无人机发出新的控制命 令，通过上行链路发送给无人机，从而控制无人机的 工作状态。 ２．２数据链工作原理 ２．２．１基本组成 无人机数据链路一般由机载部分和地面部分组 成。数据链路的机载部分包括机载数据终端 （ＡＤＴ）和天线。机载数据终端包括射频（ＲＦ）接收 机、发射机以及用于连接接收机和发射机到系统其 余部分的调制解调器，有些机载数据终端还提供压 缩数据处理。地面部分包括地面数据终端（ＧＤＴ） 和天线。ＧＤＴ包含ＲＦ接收机和发射机以及调制 解调器。 ２．２．２工作原理 地面站发送的控制指令在新源编码器中进行指 令编码，然后将编码后的数据进行加密运算，加密完 的数据同伪码产生器产生的伪码相加从而完成扩 频，用此扩频信号对载波信号进行调制，生成载波调 制信号，然后将此信号送至功率放大器进行功率放 大，经过功率放大的射频信号通过馈线送到天线上， ２６ 舰船电子对抗 第３６卷 由天线发射出去。地面站在发射控制信息的同时， 还进行遥测接收。机载下行信号通过天线和馈线送 至高频放大器，经过放大后的信号同本地振荡器进 行混频，分为２路：一路送给测向误差产生与处理电 路，出来的结果送至天线伺服系统进行天线跟踪控 制；另一路送至第二混频器同本地振荡器产生的信 号进行混频，然后再通过带通滤波器进行滤波，将此 中频信号经鉴频器后一路通过低通滤波器产生视频 信号，另一路经分离电路回复遥测亟待信号与伪码 数据流信号，遥测信号通过位环和帧环提取电路送 至测控终端进行遥测数据处理。 机载飞行控制系统通过串行数据口发出遥测信 号数据流，同时接收遥控指令数据流。从天线接收 到的遥测信号经过接收机的放大、混频、滤波、整形、 解扩解调后，得到遥控亟待信号数据流。对来自飞 行控制计算机或直接来自机上设备的遥测数据，首 先经过遥测编码，再经过载波调制得到下行的射频 信号，该射频信号经过功率放大器送至天线，最后由 天线发射出去Ｅｚ－３］。 ３ 无人机测控系统的干扰方法 ３．１ 无人机及其地面控制站的侦察方法 无人机由于隐蔽性和随机性强，周密组织空情 预警，能尽早发现空中目标，是抗击无人机的前提。 其主要措施有以下几点： （１）建立适应抗击无人机的综合预警手段和机 制，运用航天、航空、海上、地面等各种侦察方式和手 段，建立多层次、多手段、全方位的侦察网络，对空袭 之敌实施不问断的监视和跟踪；充分利用照相侦察 卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星以及侦察机、海 上侦察舰船、侦察气球等，搞清空袭一方无人机发射 控制平台和基地的位置，为我远程火力打击提供准 确的情报保障。 （２）发挥空中预警机的作用，加强对敌无人机 的侦测；运用预警机上装备的下视下射雷达、红外搜 索与跟踪器进行预警；在敌机出没的航线上或重要 目标附近建立高中低空、远中近程结合的对空观察 哨，最大限度地弥补其它探测手段探测能力的不足。 （３）统一配置各型侦察雷达，并将不同性能的 雷达优化组合、混合配置，将光学、红外等侦测手段 的情报作为补充，最大限度地降低无人机的隐身效 果，增大无人机的发现概率。 （４）构建信息共享、快速高效的指挥信息系统， 提高情报处理和传递速度，为火力攻击平台提供充 足的准备时间。 对于地面控制站的侦察除了在战时利用上述各 种方式进行侦察外，在平时则要加强情报侦察。根 据谍报人员搜集的资料，经综合分析可以掌握敌方 地面站的操作地点及其与无人机通信的通信样式、 通信频率和通信时间等。这将在战时为我方干扰敌 地面工作站的决策提供可靠的依据。 ３．２测控系统干扰方法 根据无人机测控系统的工作流程和特点，对无 人机测控系统的干扰主要从地面控制站、数据链和 空中或卫星中继站３个方面寻求突破。 ３．２．１地面控制站的干扰方法 在无人机执行任务时，地面控制站的主要功能 包括控制无人机的飞行姿态、显示有效载荷的数据、 控制有效载荷、规划任务和显示飞行器的航线地图、 导航、目标定位、与其他子系统的通信等。 在战斗中若已侦察到敌方无人机地面控制站的 具体位置，我方应首先用电子干扰机或地面干扰设 备对其实施拦阻式干扰，使控制站不能与无人机取 得联系，无法对无人机进行实时监控，迫使飞行器因 无法接收到下一个指令而不能继续执行任务；与此 同时，利用侦察设备探测敌方地面站的通信联络方 式及工作波段，冒充敌无人机向地面站发送虚假信 息。这样不仅有效抑制了敌方控制站进一步监控无 人机，还因控制站接收了各种欺骗性信息造成其行 动和判断的错误。如果敌方继续向无人机发射指 令，我方还可骗取敌方的作战命令、指示或情况报告 等重要信息，使其行动企图暴露。 ３．２．２数据链的干扰方法 上文中已明确指出无人机数据链工作原理中主 要的抗干扰措施是采用扩频通信，因此本文着重阐 释对于数据链中扩频通信的干扰问题。扩频通信应 用最广的是跳频扩频通信和直接序列扩频通信，下 文就对这２种扩频方式的干扰做一简单介绍。 （１）对跳频扩频通信的干扰 跳频通信的干扰可分为瞄准式干扰和拦阻式干 扰，瞄准式干扰又分为波形瞄准式干扰和跟踪瞄准 式干扰，拦阻式干扰分为跟踪拦阻式干扰和全面拦 阻式干扰。 在波形瞄准式干扰过程中，干扰频率和通信频 率完全同步变化。若掌握敌方跳频图案用此法干 扰，不仅可进行实时侦收，获取信息，还能迅速、有效 第２期 陆文博等：对无人机测控系统干扰方法的研究 ２７ 地干扰。一般无需对某一跳频通信实施全过程干 但欲达到绝对最佳干扰就需采用均匀频谱宽带 扰，例如仅需干扰其同步信号即可有效干扰其调频 干扰。均匀频谱宽带干扰是在实施干扰过程中，对 通信。这样１部波形瞄准式干扰机可同时干扰多个 某频段内所含的全部直扩通信、定频通信、跳频通信 特定信道的调频通信网。 和组合扩频通信等的通信信道都实施有效干扰。这 若不能掌握敌方跳频通信的跳频图案，可采用 种方法对各信道的直扩通信（不论其载频是否相同， 跟踪瞄准式干扰。也就是通过对欲干扰的跳频信号 不论其伪码速率和伪码序列长度是否相同）实施同 侦收、分选，确定出特定信道的跳频通信信号，并对 等强度的有效干扰。此时直扩通信的抗干扰能力并 其实施瞄准干扰。就当前的干扰技术而言，只有当 不优于常规通信的抗干扰能力。 跳频速率很低和跳频频道较少时可以有效实施跟踪 ３．２．３空中或卫星中继站的干扰方法 瞄准式干扰。 对于无人机空中中继站的干扰方法是先通过侦 对高速跳频通信无法实施有效跟踪干扰，也不 察对中继站定位且探测其与无人机的通信样式，然 知道敌方跳频图案时，可采用拦阻式干扰。跳频通 后对其进行干扰，干扰方法与无人机数据链干扰方 信跟踪拦阻式干扰是扰乱某频段内出现的所有信道 法基本相同，这里就不再赘述。 的跳频通信。实施此类干扰无需进行各跳频通信间 对卫星中继站的干扰可按如下２种方法进行： 的信号分选，无需判明各个跳频通信网的属性，而仅 第１种方法是侦收卫星通信信号，并进行分析， 需区分定频通信和跳频通信。干扰方的侦察系统对 然后针对信号的特性选择最佳干扰样式，以最小代 该频段内的信号全景侦察，可掌握该频段内定频通 价或最小功率有效地干扰卫星通信。这种干扰方法 信和跳频通信情况。引导干扰机不对定频信道进行 干扰代价小，但侦收工作量大，数据处理复杂ｌ４］。 干扰而只对跳频信号所在的信道实施跟踪干扰。 第２种方法是截获卫星通信信号，不加详细分 （２）对直接序列扩频通信（简称直扩）的干扰 析就按其截获信号的特征实施干扰。这种方法不需 对直扩通信的干扰可分为瞄准式干扰和拦阻式 完备的分析和数据处理设备，但须干扰功率足够大 干扰，其中拦阻式干扰又分为相关（伪码调制）干扰 才能导致卫星转发器产生失真和互调，造成信干比 （部分拦阻式干扰）、单频（窄带）干扰（直扩拦阻式干 下降。 扰）和均匀频谱宽带干扰（全面拦阻式干扰）。 卫星通信的最大特点是信号必须经过星上转发 在对敌方进行干扰之前已经掌握了敌方直扩通 器，这也是干扰的关键所在。因此，将对卫星通信的 信的特定伪码图案（序列）时，可采用瞄准式干扰。 干扰重点放在干扰星载转发器上是最佳选择。 其在频域上，干扰载频和信号载频重合，干扰频宽和 信号频宽吻合；在时域上，干扰的伪码速率和伪码序 ４ 结束语 列与信号的伪码序列相同。采用此种干扰措施干扰 无人机测控系统是无人机系统的核心组成部 能量可以和信号能量一样无抑制地通过接收机的窄 分，是无人机与地面联系的重要渠道，是无人机遂行 带滤波器，接收机输入端干扰功率仅需等于信号功 作战任务时不可替代的组成部分。因此，如何有效 率就可达到有效干扰。 地对其实施干扰对战争中抑制敌方无人机有重大的 若不知道敌方直扩通信的伪码序列，而只知道 意义，也为打赢未来信息化战争夯实了基础。 直扩通信电台所采用的伪码序列类型，则可采用相 参考文献 关干扰。相关干扰采用该种序列类型的伪码调制干 扰信号，其干扰频率接近信号中心频率，干扰的伪码 Ｅｉ］ 王丽娜．卫星通信系统［Ｍ］．北京：国防工业出版 速率和信号伪码速率相近，且干扰的伪码序列和信 社，２００６． 号的伪码序列间互相关程度要强。如果不知道敌方 ［２］李德治，窦朝辉．卫星点波束覆盖区域算法研究Ｅｌｉ．载 通信的伪码序列或伪码序列的类型，又要保证己方 人航天，２００９（４）：５３—５５． 通信的正常时，可采用单频干扰。单频干扰通过信 Ｅ３］魏承，田浩，赵阳，等．卫星点波束可移动天线地面应用 软件设计［Ｊ］．系统仿真学报，２００７，１９（１１）： 号检测掌握敌方直扩通信的中心频率，在干扰时将 ２４４０—２４４３． 干扰载频瞄准信号的中心频率或与中心频率相近， ［４］吴波洋，卫星转发器的主要参数计算［Ｊ］．中国无线电， 利用较小的干扰功率即可干扰敌方通信。 ２００５（５）：５２—５５．