利用开源软件无线电SDR 应对无人机威胁

近年来，随着无人机技术的不断革新，无人机制造成本不断下降、性能不断提升,其已逐渐从军用和高端商用走向大众市场。无论是京东、顺丰使用无人机递送包裹，还是奥运会滑雪项目启用无人机自动跟拍，这一切都说明商用无人机正变得无处不在。无人机的出现使许多应用从中受益，包括体育赛事转播以及野生动物保护区调研自动化。基于强大的智能软件，无人机的价格越来越低，操作也越来越简便，而且续航时间较长。目前无人机广泛应用于公共安全、医疗救援、安防监控、森林防火、地质勘探等行业。

USRP X310无人机测试

无人机带来的风险及威胁

在无人机技术日渐成熟、应用越来越广泛的同时,也暴露出严重的安全隐患和管理漏洞,对维护社会安全、社会稳定和公共秩序构成了现实威胁。

与其他高科技技术一样，无人机也是不法分子的青睐对象，他们也在尝试利用无人机来达到不可告人的目的。近年来已经出现商用无人机被用于执行不必要的监视，甚至扰乱了空域安全和秩序。比如前段时间欧洲新闻媒体报道的机场入侵事件。这些事件引发了无人机防御需求，而随着威胁事件发生频率和复杂性的不断增加，这一需求也在迅速增加。

目前，许多研究人员也在努力开发无人机防御系统来对抗这些不法分子。大多数无人机防御系统利用各种技术来探测和消除威胁。这些系统都会使用有源和无源雷达，部分系统采用光学侦测技术。对抗措施也多种多样，包括非破坏性通信拦截、GPS干扰以及导弹击落或高功率定向激光炮击落等破坏性措施。

无人机防御系统的主要技术挑战

每年都有许多更智能的新型商用无人机面世，其搭载的指挥控制（C2）和导航系统也越来越复杂。如今，主动回避障碍物以及自主控制已经是无人机的常见功能。当无人机不受飞行员直接控制时，就难以实行C2对抗措施；因此，通常会采用欺骗或干扰的手段来破坏或关闭GPS信号。主动远程驾驶无人机可以提供各种通信方法，比如基本模拟调制以及基于加密指令的高度安全数字链路。过去往往使用传统的高功率干扰技术；然而，这种做法不分敌友，可能会对友军造成相当大的破坏，并可能危及隐秘行动 - 更不用说会触及许多国家的监管条例。要使单个防御系统能够灵活地适应不同的C2干扰方法，是一个相当大的挑战。

第一个难点是如何跟上不断变化的技术以及快速部署新威胁对抗措施？由于传统的自研自产国防项目开发周期非常漫长，已经无法适应时代需求，许多系统开始转向商用现成技术来加快部署速度，以便系统设计人员可以专注于研究威胁对抗措施而不是硬件实现。

其次是移动性问题：虽然基地保护很重要，但许多军事运营商需要在偏远地区的车辆上部署有效的对抗措施解决方案。很多时候，他们的军用车无法容纳全尺寸雷达系统（包括摄像机和破坏性对抗措施装置）。而且移动系统必须具有隐蔽性并能够在执行任务中长时间运行；最终所有问题都归结于SWaP（尺寸、 重量和功耗）。选择一个可以从原型验证扩展到部署并满足SWaP和无线电性能标准的平台至关重要。

基于开源软件无线电SDR 防御方案

为了应对技术发展和SWaP挑战， SkySafe公司基于NI SDR技术，结合USRP X310和开源软件开发了一个高性能无人机防御系统，经证明，该系统可以应对快速变化的威胁并满足外形尺寸要求。该系统将NI SDR与开源软件相结合，使得SkySafe只需通过部署新算法，即可快速适应不断变化的威胁，大幅减少了新功能的部署时间和成本。SkySafe解决方案的核心在于其专有的创新软件无线电算法。

SkySafe无人机防御系统结合了NI Ettus Research USRP X310 SDR、GNU Radio开源框架和RFNoC（一个灵活的FPGA框架）。USRP X310提供的灵活性使其非常适用于快速开发、高度适应的低功耗移动应用。 SkySafe首席技术官Scott Torborg表示，“NI Ettus Research USRP X310是唯一一款兼具开放性和原始RF和DSP功能的商用SDR，可满足快速变化的无人机威胁对抗需求。”

USRP X310是一款高性能的，服务于下一代软件无线电设计和开发的软件无线电设备。在硬件架构上结合了两个扩展带宽的子槽覆盖DC - 6 GHz，具有高达120 MHz的基带带宽，多种高速接口选项（PCIe，万兆口，千兆口），以及一个资源丰富，用户可编程的Kintex-7 FPGA组成。除了提供最好的一流的硬件性能，USRP X310的开源软件体系结构提供了跨平台的UHD驱动程序的支持，使得它拥有大量的开发框架，兼容的参考架构，以及开源项目。

为了解决外形尺寸和坚固性问题，SkySafe解决方案将USRP X310的封装改造成坚固的车载外壳。SkySafe在从一开始设计该解决方案时，就将环保和系统坚固性考虑在内，而NI为改造USRP X310提供的支持是满足SkySafe环境要求的关键。

NI完整的软件无线电解决方案

2010年，NI（恩艾仪器）收购了Ettus，因为Ettus的USRP在开源界的名气很高，所以一直作为NI的子品牌使用。在无线射频、5G领域SDR系统起着至关重要的作用，很多公司都可以提供Massive MIMO相关硬件，但除了NI之外，很少有公司能够提供一个Massive MIMO原型验证平台。因为硬件搭建容易，软件调试需要大量时间。USRP由于其性价比和小尺寸，不光可用在6GHz以下的5G原型验证、频谱分享等应用，在更广的领域NI SDR硬件平台还可以进行毫米波的研发等应用。除此之外，USRP在中国教育市场也颇受好评。

除USRP N310平台此之外，NI也曾经收购BEEcube，是基于开源BPS平台的公司，为高性能FPGA原型开发提供的产品和部署方案。

随着认知无线电、AI技术、处理器技术的兴起，无线电一定是变得越来越智能的，会出现自主的无线电传输平台，与之配套的测试方案也要变得智能。作为平台化供应商，NI需要不断地探索新的技术领域，通过集成不同软硬件，帮助客户创新未来。