近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷革新，無(wú)人機(jī)制造成本不斷下降、性能不斷提升,其已逐漸從軍用和高端商用走向大眾市場(chǎng)。無(wú)論是京東、順豐使用無(wú)人機(jī)遞送包裹，還是奧運(yùn)會(huì)滑雪項(xiàng)目啟用無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟拍，這一切都說(shuō)明商用無(wú)人機(jī)正變得無(wú)處不在。無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)使許多應(yīng)用從中受益，包括體育賽事轉(zhuǎn)播以及野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)調(diào)研自動(dòng)化。基于強(qiáng)大的智能軟件，無(wú)人機(jī)的價(jià)格越來(lái)越低，操作也越來(lái)越簡(jiǎn)便，而且續(xù)航時(shí)間較長(zhǎng)。目前無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于公共安全、醫(yī)療救援、安防監(jiān)控、森林防火、地質(zhì)勘探等行業(yè)。

USRP X310無(wú)人機(jī)測(cè)試

無(wú)人機(jī)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)及威脅

在無(wú)人機(jī)技術(shù)日漸成熟、應(yīng)用越來(lái)越廣泛的同時(shí),也暴露出嚴(yán)重的安全隱患和管理漏洞,對(duì)維護(hù)社會(huì)安全、社會(huì)穩(wěn)定和公共秩序構(gòu)成了現(xiàn)實(shí)威脅。

與其他高科技技術(shù)一樣，無(wú)人機(jī)也是不法分子的青睞對(duì)象，他們也在嘗試?yán)脽o(wú)人機(jī)來(lái)達(dá)到不可告人的目的。近年來(lái)已經(jīng)出現(xiàn)商用無(wú)人機(jī)被用于執(zhí)行不必要的監(jiān)視，甚至擾亂了空域安全和秩序。比如前段時(shí)間歐洲新聞媒體報(bào)道的機(jī)場(chǎng)入侵事件。這些事件引發(fā)了無(wú)人機(jī)防御需求，而隨著威脅事件發(fā)生頻率和復(fù)雜性的不斷增加，這一需求也在迅速增加。

目前，許多研究人員也在努力開(kāi)發(fā)無(wú)人機(jī)防御系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗這些不法分子。大多數(shù)無(wú)人機(jī)防御系統(tǒng)利用各種技術(shù)來(lái)探測(cè)和消除威脅。這些系統(tǒng)都會(huì)使用有源和無(wú)源雷達(dá)，部分系統(tǒng)采用光學(xué)偵測(cè)技術(shù)。對(duì)抗措施也多種多樣，包括非破壞性通信攔截、GPS干擾以及導(dǎo)彈擊落或高功率定向激光炮擊落等破壞性措施。

無(wú)人機(jī)防御系統(tǒng)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)

每年都有許多更智能的新型商用無(wú)人機(jī)面世，其搭載的指揮控制（C2）和導(dǎo)航系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜。如今，主動(dòng)回避障礙物以及自主控制已經(jīng)是無(wú)人機(jī)的常見(jiàn)功能。當(dāng)無(wú)人機(jī)不受飛行員直接控制時(shí)，就難以實(shí)行C2對(duì)抗措施；因此，通常會(huì)采用欺騙或干擾的手段來(lái)破壞或關(guān)閉GPS信號(hào)。主動(dòng)遠(yuǎn)程駕駛無(wú)人機(jī)可以提供各種通信方法，比如基本模擬調(diào)制以及基于加密指令的高度安全數(shù)字鏈路。過(guò)去往往使用傳統(tǒng)的高功率干擾技術(shù)；然而，這種做法不分?jǐn)秤眩赡軙?huì)對(duì)友軍造成相當(dāng)大的破壞，并可能危及隱秘行動(dòng) - 更不用說(shuō)會(huì)觸及許多國(guó)家的監(jiān)管條例。要使單個(gè)防御系統(tǒng)能夠靈活地適應(yīng)不同的C2干擾方法，是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

第一個(gè)難點(diǎn)是如何跟上不斷變化的技術(shù)以及快速部署新威脅對(duì)抗措施？由于傳統(tǒng)的自研自產(chǎn)國(guó)防項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期非常漫長(zhǎng)，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)時(shí)代需求，許多系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向商用現(xiàn)成技術(shù)來(lái)加快部署速度，以便系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以專(zhuān)注于研究威脅對(duì)抗措施而不是硬件實(shí)現(xiàn)。

其次是移動(dòng)性問(wèn)題：雖然基地保護(hù)很重要，但許多軍事運(yùn)營(yíng)商需要在偏遠(yuǎn)地區(qū)的車(chē)輛上部署有效的對(duì)抗措施解決方案。很多時(shí)候，他們的軍用車(chē)無(wú)法容納全尺寸雷達(dá)系統(tǒng)（包括攝像機(jī)和破壞性對(duì)抗措施裝置）。而且移動(dòng)系統(tǒng)必須具有隱蔽性并能夠在執(zhí)行任務(wù)中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；最終所有問(wèn)題都?xì)w結(jié)于SWaP（尺寸、 重量和功耗）。選擇一個(gè)可以從原型驗(yàn)證擴(kuò)展到部署并滿(mǎn)足SWaP和無(wú)線電性能標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)至關(guān)重要。

基于開(kāi)源軟件無(wú)線電SDR 防御方案

為了應(yīng)對(duì)技術(shù)發(fā)展和SWaP挑戰(zhàn)， SkySafe公司基于NI SDR技術(shù)，結(jié)合USRP X310和開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)了一個(gè)高性能無(wú)人機(jī)防御系統(tǒng)，經(jīng)證明，該系統(tǒng)可以應(yīng)對(duì)快速變化的威脅并滿(mǎn)足外形尺寸要求。該系統(tǒng)將NI SDR與開(kāi)源軟件相結(jié)合，使得SkySafe只需通過(guò)部署新算法，即可快速適應(yīng)不斷變化的威脅，大幅減少了新功能的部署時(shí)間和成本。SkySafe解決方案的核心在于其專(zhuān)有的創(chuàng)新軟件無(wú)線電算法。

SkySafe無(wú)人機(jī)防御系統(tǒng)結(jié)合了NI Ettus Research USRP X310 SDR、GNU Radio開(kāi)源框架和RFNoC（一個(gè)靈活的FPGA框架）。USRP X310提供的靈活性使其非常適用于快速開(kāi)發(fā)、高度適應(yīng)的低功耗移動(dòng)應(yīng)用。 SkySafe首席技術(shù)官Scott Torborg表示，“NI Ettus Research USRP X310是唯一一款兼具開(kāi)放性和原始RF和DSP功能的商用SDR，可滿(mǎn)足快速變化的無(wú)人機(jī)威脅對(duì)抗需求。”

USRP X310是一款高性能的，服務(wù)于下一代軟件無(wú)線電設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的軟件無(wú)線電設(shè)備。在硬件架構(gòu)上結(jié)合了兩個(gè)擴(kuò)展帶寬的子槽覆蓋DC - 6 GHz，具有高達(dá)120 MHz的基帶帶寬，多種高速接口選項(xiàng)（PCIe，萬(wàn)兆口，千兆口），以及一個(gè)資源豐富，用戶(hù)可編程的Kintex-7 FPGA組成。除了提供最好的一流的硬件性能，USRP X310的開(kāi)源軟件體系結(jié)構(gòu)提供了跨平臺(tái)的UHD驅(qū)動(dòng)程序的支持，使得它擁有大量的開(kāi)發(fā)框架，兼容的參考架構(gòu)，以及開(kāi)源項(xiàng)目。

為了解決外形尺寸和堅(jiān)固性問(wèn)題，SkySafe解決方案將USRP X310的封裝改造成堅(jiān)固的車(chē)載外殼。SkySafe在從一開(kāi)始設(shè)計(jì)該解決方案時(shí)，就將環(huán)保和系統(tǒng)堅(jiān)固性考慮在內(nèi)，而NI為改造USRP X310提供的支持是滿(mǎn)足SkySafe環(huán)境要求的關(guān)鍵。

NI完整的軟件無(wú)線電解決方案

2010年，NI（恩艾儀器）收購(gòu)了Ettus，因?yàn)镋ttus的USRP在開(kāi)源界的名氣很高，所以一直作為NI的子品牌使用。在無(wú)線射頻、5G領(lǐng)域SDR系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，很多公司都可以提供Massive MIMO相關(guān)硬件，但除了NI之外，很少有公司能夠提供一個(gè)Massive MIMO原型驗(yàn)證平臺(tái)。因?yàn)橛布罱ㄈ菀祝浖{(diào)試需要大量時(shí)間。USRP由于其性?xún)r(jià)比和小尺寸，不光可用在6GHz以下的5G原型驗(yàn)證、頻譜分享等應(yīng)用，在更廣的領(lǐng)域NI SDR硬件平臺(tái)還可以進(jìn)行毫米波的研發(fā)等應(yīng)用。除此之外，USRP在中國(guó)教育市場(chǎng)也頗受好評(píng)。

除USRP N310平臺(tái)此之外，NI也曾經(jīng)收購(gòu)BEEcube，是基于開(kāi)源BPS平臺(tái)的公司，為高性能FPGA原型開(kāi)發(fā)提供的產(chǎn)品和部署方案。

隨著認(rèn)知無(wú)線電、AI技術(shù)、處理器技術(shù)的興起，無(wú)線電一定是變得越來(lái)越智能的，會(huì)出現(xiàn)自主的無(wú)線電傳輸平臺(tái)，與之配套的測(cè)試方案也要變得智能。作為平臺(tái)化供應(yīng)商，NI需要不斷地探索新的技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)集成不同軟硬件，幫助客戶(hù)創(chuàng)新未來(lái)。

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