摘 ?要：運(yùn)用文獻(xiàn)資料法與邏輯分析相結(jié)合的方法，對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境與無人機(jī)通信干擾的問題進(jìn)行剖析，以期為無人機(jī)抗干擾性能的提高提出一系列的借鑒與參考。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)無人機(jī)的影響與通信手段、電磁通路以及無人機(jī)導(dǎo)航均有著直接的關(guān)系?；诖?，研究進(jìn)一步提出擴(kuò)頻抗干擾的技術(shù)、自適應(yīng)干擾技術(shù)以及信息源編碼技術(shù)等三個(gè)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜;電磁環(huán)境;無人機(jī);通信;干擾問題

中圖分類號(hào)：V279 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）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

無人機(jī)以其體積小、起降便捷、機(jī)動(dòng)性能高、隱蔽性較優(yōu)，可多次重復(fù)使用，而為現(xiàn)代人所喜愛，尤其是對(duì)于在超人體生理極限的工作環(huán)境中，無人機(jī)以獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)為各個(gè)領(lǐng)域所青睞，被廣泛應(yīng)用于通信中繼、環(huán)境評(píng)估、情報(bào)收集等多種場(chǎng)合。近年來，隨著國(guó)際時(shí)局的不穩(wěn)定因素增多，無人機(jī)也被運(yùn)用于武裝攻擊、戰(zhàn)場(chǎng)干擾等一系列場(chǎng)合。然而，這一切都離不開一個(gè)關(guān)鍵性的因素，即電磁環(huán)境。從技術(shù)的角度來看，無人機(jī)是離不開電磁環(huán)境而存在的。當(dāng)然，也正是由于無人機(jī)對(duì)電磁環(huán)境的高度依賴，而導(dǎo)致了無人機(jī)有了這個(gè)致命的弱點(diǎn)。在現(xiàn)代信息化的場(chǎng)域下，面對(duì)日趨復(fù)雜的電磁環(huán)境，如何來降低各種對(duì)電磁干擾對(duì)無人機(jī)造成的影響，已成為當(dāng)下無人機(jī)研究的一個(gè)重要課題。基于此，本文意在從電磁環(huán)境對(duì)無人機(jī)的影響因素入手，對(duì)降低電磁環(huán)境對(duì)無人機(jī)的干擾進(jìn)行一系列的探討，以期為工業(yè)生產(chǎn)、軍事準(zhǔn)備提供一定借鑒與參考。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)無人機(jī)的影響

現(xiàn)代信息化的環(huán)境，造成電磁環(huán)境異常的因素較多，其中有人為的因素，也有諸多不可控的自然因素。人為的因素包括有軍用的因素，也有人為的因素。人為的因素則分為敵我雙方的電子對(duì)抗，也有敵方的故意干擾?？傮w上來講，復(fù)雜的電磁環(huán)境對(duì)無人機(jī)的影響體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 通信手段因電磁環(huán)境受干擾而失效

通常情況下，無人機(jī)是受到定向的電磁信號(hào)而支控的。而若在其他信號(hào)背景的噪聲提高時(shí)，無人機(jī)本身的定位信號(hào)受到嚴(yán)重的干擾，尤其是無人機(jī)本身的定向信號(hào)相對(duì)較弱時(shí)，傳輸信道數(shù)據(jù)失誤碼頻率會(huì)增高。在這種情況下，輕的話會(huì)影響的測(cè)控的距離，從而影響了無人機(jī)可支持與操控的半徑，嚴(yán)重的信號(hào)干擾，還會(huì)使得無人機(jī)與控制站失聯(lián)，控制站對(duì)無人機(jī)失去控制，無人機(jī)變成了斷線的風(fēng)箏，不受控制站的操作而墜落。

1.2 無人機(jī)因電磁鏈路受損而出現(xiàn)情報(bào)失真

復(fù)雜的電磁環(huán)境下，背景噪聲嚴(yán)重或有特異性干擾信號(hào)的話，支配與管控?zé)o人機(jī)的通信鏈路的建構(gòu)會(huì)出現(xiàn)斷開的現(xiàn)象，這樣一來，會(huì)造成無人機(jī)檢測(cè)不到相應(yīng)的指令而不做動(dòng)作，或者接受到不對(duì)稱的錯(cuò)誤代碼而執(zhí)行錯(cuò)誤的動(dòng)作。也可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作間斷，行進(jìn)方向或?qū)δ繕?biāo)的鎖定出現(xiàn)嚴(yán)重的失誤，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)收集到的信息失真，甚至收集到的數(shù)據(jù)也無法傳回控制站，最終導(dǎo)致無法完成提前給無人機(jī)設(shè)定的任務(wù)，無人機(jī)也便成了無的之矢。

1.3 導(dǎo)航失誤致使無人機(jī)參照坐標(biāo)失準(zhǔn)

眾所周知，對(duì)于無人機(jī)來說，導(dǎo)航是無人機(jī)操作的命門。無論是起降、航行還是翻轉(zhuǎn)，無人機(jī)的任何動(dòng)作都需要導(dǎo)航為其提供精準(zhǔn)的坐標(biāo)，才能達(dá)到既定的效果。復(fù)雜的電磁環(huán)境下，尤其是戰(zhàn)時(shí)，空中的信號(hào)中繼站可能無法依賴，由于衛(wèi)星、陸基導(dǎo)航等系統(tǒng)均可能會(huì)受到干擾，依賴陀螺儀的慣性自主導(dǎo)航方式，無法提供精準(zhǔn)的定位，則將會(huì)致使無人機(jī)在放出后，無法精準(zhǔn)地定位自身的目標(biāo)，從而無法修正其行進(jìn)路線，無人機(jī)便成了“無頭蒼蠅”。

2 電磁對(duì)無人機(jī)干擾的剖析

根據(jù)電磁波產(chǎn)生的機(jī)理，可以將電磁干擾因素分為兩大類，一類是自然電磁環(huán)境，另一類是人工電磁環(huán)境。自然電磁環(huán)境則涉及到自然輻射與雷電干擾。而人工電磁干擾則如輻射干擾與傳導(dǎo)干擾。具體剖析如下：

2.1 自然電磁干擾

在自然電磁干擾環(huán)境中，靜電、自然輻射與雷電等3種因素是對(duì)無人機(jī)影響最主要的影響因素。其中，雷電和自然輻射對(duì)無人機(jī)的影響更多。雷電是云層攜帶靜電而產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，呈現(xiàn)為直擊雷或感應(yīng)雷兩種形式。直擊雷是帶電云層與大地上某一點(diǎn)發(fā)生的放電的現(xiàn)象，而感應(yīng)雷則是直擊雷發(fā)生后產(chǎn)生的，地面產(chǎn)生較大的局部電壓，或者出現(xiàn)強(qiáng)電電流脈沖現(xiàn)象，產(chǎn)生高壓電流。無人機(jī)機(jī)體本身是由大量的微電子元件所構(gòu)成的，這類微電子材料的絕緣性是相對(duì)較低的。在一定程度上，過電承受能力差，尤其是其天線系統(tǒng)更為脆弱，遇到雷電擊打便非常容易擊中，雷電的電流從天線上傳到其機(jī)身內(nèi)部，超過微電子負(fù)荷能力時(shí)，電子元件則會(huì)出現(xiàn)破壞。

除了雷電的影響外，自然輻射包括電子噪音、空間輻射、大氣電流場(chǎng)等因素，都會(huì)對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)造成影響。其中，電子噪音主要是源自機(jī)體內(nèi)部，取決于機(jī)體本身對(duì)噪音的處理能力。無人機(jī)有大量的電子元件，有電源線、殼體、信號(hào)線與控制線等元件，這些設(shè)備之間形成了一個(gè)復(fù)雜的電磁系統(tǒng)。在某種程度上來講，無人機(jī)本身的電磁場(chǎng)的有序工作能力也是影響其免除干擾的一個(gè)重要方面。

2.2 人工電磁干擾

在無人機(jī)干擾上，人工電磁干擾則主要有干擾源與傳導(dǎo)干擾源兩個(gè)方面受影響。其中，具體表現(xiàn)為核爆脈沖干擾、電磁脈沖彈干擾、高功率微波干擾。核爆脈沖主是由內(nèi)核爆炸的R射線而形成的，形成的電離場(chǎng)。電磁脈沖彈干擾是以炸彈為載體，在既定干擾區(qū)進(jìn)行的散射強(qiáng)的電磁脈沖。與雷電干擾相比，電磁脈沖彈的作用范圍更為廣泛、頻率相對(duì)較寬、作用時(shí)間較短等特點(diǎn)。電磁彈所產(chǎn)生的脈沖能夠通過設(shè)備天線與接觸點(diǎn)進(jìn)入電子設(shè)備，使得電子設(shè)備適時(shí)間內(nèi)失效或者完全被破壞。對(duì)于無人機(jī)而言，電磁彈可以使其存儲(chǔ)電子元件失去記憶，導(dǎo)致無人機(jī)處于失靈狀態(tài)。

高功率微波的干擾是人為干擾最為強(qiáng)力的干擾手段。從微波的破壞效應(yīng)來看，高功率微波的破壞效應(yīng)要比其他方式的更為嚴(yán)重。從機(jī)理上來看，高功率微波是將高能源產(chǎn)生的微波經(jīng)過一個(gè)高增益的天線定向輻射，而后再通過將微波能量匯集在窄化的波束內(nèi)，使其以極高地強(qiáng)度照射目標(biāo)，而實(shí)現(xiàn)其干擾。通常由主功率源、射頻產(chǎn)生器、天線波束定向器來組成。而其強(qiáng)大的脈沖功率，則對(duì)無人機(jī)的電子元件系統(tǒng)以及操作人員的目標(biāo)定位都可能會(huì)造成較大的損傷，其機(jī)理則是使無人機(jī)或操作系統(tǒng)電路呈現(xiàn)出功能混亂、記憶信息斷裂、電子元件損傷等等問題，甚至?xí)霈F(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)有一系列元件內(nèi)聚燒壞的現(xiàn)象產(chǎn)生。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境下無人機(jī)抗干擾措施

面對(duì)復(fù)雜的電磁環(huán)境，無人機(jī)可以采用諸多強(qiáng)化性措施，來有效降低或防止電磁環(huán)境對(duì)無人機(jī)的干擾。主要包括擴(kuò)頻抗干擾的技術(shù)、自適應(yīng)干擾技術(shù)以及信息源編碼技術(shù)等三個(gè)方面。

3.1 采用混和方式，強(qiáng)化擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)

當(dāng)下，擴(kuò)頻抗干擾已在各類電磁環(huán)境中廣泛應(yīng)用，尤其是在軍事通信中運(yùn)用的更加廣泛。無人機(jī)系統(tǒng)中多采用直接序列的擴(kuò)頻（DS-SS）技術(shù)。從技術(shù)層面上來說，直接序列擴(kuò)頻的主要機(jī)理是將傳輸信息的頻譜用偽隨機(jī)二進(jìn)制擴(kuò)頻碼擴(kuò)展后成為寬帶信號(hào)再進(jìn)行傳輸，通過相應(yīng)的設(shè)置，在接收器對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行還原出信息碼，增強(qiáng)其抗干擾的能力，使得大部分的干擾能量得到抑制。在擴(kuò)頻方式上也可以有一系列的調(diào)整，可以采用直擴(kuò)信號(hào)，也可以采用跳頻技術(shù)。從技術(shù)對(duì)比上來看，直擴(kuò)信號(hào)則由于其功率譜度低，這種方式抗偵察效果比較好。但其缺點(diǎn)在于這種技術(shù)受限于遠(yuǎn)近效應(yīng)。跳頻技術(shù)則具有保密性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但其缺點(diǎn)是信號(hào)隱蔽性相對(duì)較差。因此，顯然二者均有優(yōu)勢(shì)，也有缺點(diǎn)。因此，在無人機(jī)通信鏈路中，通常為了發(fā)揮其抗干擾的優(yōu)勢(shì)，采用直擴(kuò)與跳頻相融合的方式是極為妥當(dāng)?shù)模谝欢〞r(shí)空范圍內(nèi)，可以有效地提高無人機(jī)的總體抗干擾的能力。

3.2 綜合多種導(dǎo)航方式，增強(qiáng)精確導(dǎo)航能力

只有保證無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)定位精度，才能保證全系統(tǒng)的探測(cè)精度。單獨(dú)使用任何一種導(dǎo)航系統(tǒng)，都不能確保萬無一失。從技術(shù)防御準(zhǔn)備角度，應(yīng)綜合考慮多種導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合，增強(qiáng)精確導(dǎo)航能力。導(dǎo)航系統(tǒng)可采取的抗干擾技術(shù)有：無源定位技術(shù)、無線頻率干擾（RFL）源控制技術(shù)、導(dǎo)航衛(wèi)星信息冗余技術(shù)、GPS/慣導(dǎo)綜合導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性/天文/GPS綜合導(dǎo)航、慣導(dǎo)/GNSS/羅蘭-C/航姿系統(tǒng)組合導(dǎo)航等，無人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾體制，應(yīng)綜合考慮作戰(zhàn)需求、自身體積以及經(jīng)濟(jì)成本等因素，可以采取自主導(dǎo)航方式和被動(dòng)導(dǎo)航方式結(jié)合，以某一種衛(wèi)星或無線導(dǎo)航為主導(dǎo)，以聯(lián)合慣導(dǎo)技術(shù)、地理信息自主導(dǎo)航技術(shù)等自主導(dǎo)航方式為輔。尤其值得關(guān)注的是，為克服GPS等國(guó)外定位技術(shù)存在的受制于人、易受干擾等問題，特別要積極開發(fā)利用中國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。二代北斗衛(wèi)星的性能接近GPS，一旦部署完成，將大幅提高精準(zhǔn)打擊能力，這樣戰(zhàn)時(shí)無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全才能有所保障。國(guó)外成熟的無人機(jī)都采用多種導(dǎo)航技術(shù)，美“全球鷹”無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)采用GPS全球定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可自動(dòng)完成從起飛到著陸的整個(gè)飛行過程。

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