消費級無人機控制信號分析及反制

摘 要：消費級無人機違法違規或未經登記的飛行日益常見，本文通過對消費級無人機控制信號的分析，結合軟件無線電技術，提出了結合干擾、阻斷、誘騙的方法，實現對消費級無人機非法飛行的反制。

關鍵詞：無人機;軟件無線電技術;無線技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.070

1 引言

近年來，常見的消費級無人機，通常是多旋翼無人機，因優良的操控性能，目前普及率很高，而一些違法違規或未經登記的飛行，如在民航機場、大型集會現場、限制區域等場所的飛行，也帶來較大的安全威脅。

本文通過對消費級無人機控制信號的分析，結合軟件無線電技術，提出了結合干擾、阻斷、誘騙的方法，實現對消費級無人機“黑飛”的反制。

2 消費級無人機控制信號分析

通過對目前市場上的各類無人機的分析，可以發現，無人機在飛行過程中，主要有三種信號：遙控數傳信號、視頻圖像回傳信號，有些無人機也具有GPS定位功能，使用了衛星定位導航信號。

消費級無人機使用的遙控數傳信號大多使用900MHz、1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz頻段，并以2.4 GHz或者5.8 GHz的DSSS/FHSS混合雙擴頻方式或WiFi信號最為常見;無人機除了遙控飛行，還有一種模式是預設路徑飛行模式，這時其需要利用GPS導航信號來自主控制飛行。

反無人機技術，主要的手段就是干擾或阻斷其通訊鏈路，但由于其采用DSSS/FHSS混合雙擴頻方式，要想精確發現現場的無人機無線頻譜特征是比困難的，本文采用軟件無線電平臺，通過軟件可以將平臺作為實時頻譜儀來使用，并對被測試無人機和遙控器之間的無線通訊鏈路進行信號掃頻，獲得信號的頻率、帶寬和調制方式等等信息。

在實際測試中，對于采用以FHSS方式通信的鏈路，測試發現信號在不同的射頻信道間，會以特定的跳變率跳變，并具有特定的突發脈沖持續時間和跳頻碼型，因此，通過這些特征數據，并以這些數據為基礎，嘗試建立其無線通訊指紋庫，并通過最大相似度算法，來匹配相關特征，從而可以推定目標通訊的無線頻段和頻譜特征，并根據判定結果，采用不同的反制措施。

3 反制措施

大多數消費者無人機依靠GPS和無線電鏈接進行導航，如果切斷鏈路，無人機將自動啟動著陸程序作為安全措施。因此，當前的反無人機技術，除了直接摧毀的方法，更多地是通過信號干擾來阻斷通信，或通過劫持無線電控制等方式來實現。

3.1 信號干擾

軟件無線電平臺，通過軟件控制，可以產生30Mhz-6GHz的無線電信號，對于偵測到的目標無人機數傳控制信號，根據其匹配的目標無線頻譜指紋庫，采用軟件方式產生針對性的干擾信號，用定向天線向目標發射特定干擾信號或者大功率的全頻段干擾信號，使無人機脫離操作者的控制，接收不到控制信號。

無人機在無法接收到控制信號的時候，它會根據預設的邏輯，要么返回到操作者身邊，要么直接緩慢下落到地面，因此通過信號干擾的方式可以達到禁飛的目的。

但是大功率的干擾信號也常常會對周邊形成強烈的電磁干擾，進而影響合法正常使用的設備運行，因此在采用這種方式時，應該盡量不封堵整個信道，而是根據目標信號的特征加入一些多余數據，從而使無人機無法接收到操作手的控制指令，達到阻斷通信的目的。以FHSS為例，我們可以根據其跳變率，周期性地發射同信道的脈沖干擾，從而形成精確的定向阻斷，并將對周邊的電磁環境影響降至最低。

3.2 信號欺騙

對于具有GPS定位功能的無人機，在遙控起飛時，它會將起飛點的位置設定為遙控失聯時的返航點，如果無人機是預設路徑飛行模式，會全程根據GPS導航位置信息來飛行。

信號欺騙的原理，就是利用偽裝的GPS信號來誘騙無人機，如果用GPS模擬器把自己偽裝成衛星，發送一個虛假的信號給無人機GPS接收器，由于GPS模擬器所發送的信號遠比太空中的衛星信號強，那么無人機的導航模塊會接受到GPS 模擬器的信號而不是衛星的信號，從而構成一個GPS欺騙。

利用軟件無線電平臺，可以迅速掃描現場的所有GPS衛星信號，配合軟件解算衛星信號，得到衛星導航電文文件和觀測值文件并生成采樣數據，這個采樣數據可以根據需要修改并轉換為信號發射出去來模擬出虛假的GPS信號，軟件無線電平臺在模擬GPS信號時，可以采用僅僅1575420000Hz信號， 這是默認的GPS L1信號頻段;無人機GPS欺騙最高效的辦法是高度欺騙和方向欺騙，例如模擬一個更高的海拔高度會使無人機快速下降，而模擬一個虛假的北極信號將使無人機向相反的方向飛行，從而達到控制其飛行線路的目的。

3.3 信號劫持

對于無人機控制信號，軟件無線電平臺在掃頻時，如果控制信號是未加密的，可以很容易逆向分析無線遙控信號，提取其通訊代碼特征;也可以根據掃頻時得到的采樣數據來和數據庫中已知無人機的遙控型號匹配，并將軟件無線電平臺作為虛擬遙控器使用，向無人機發送控制信號來獲得無人機的控制權。

4 結語

當前國內的反無人機技術還處在摸索階段，本文嘗試分析了目前消費級無人機的數傳控制信號特征，并結合軟件無線電技術，提出了結合干擾阻斷、信號欺騙和劫持的方法來實現對消費級無人機非法飛行的反制。

參考文獻：

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[2] 景曉年，梁曉龍，張佳強，朱磊.無人機感知避讓技術分析[J].火力與指揮控制，2017（04）.

作者簡介：陳吉輝（1966-），女，四川自貢人，本科，副教授，教師，主要從事計算機應用及航空電子方面的研究、教學工作。