无人机自组网系统的抗干扰技术分析（二）

在上一个文章无人机自组网系统的抗干扰技术分析中我们介绍了无人机自组网通信系统中的3种抗干扰技术：

• • OFDM技术抗干扰

• • 腔体滤波器抑制带外干扰

• • 智能选频

今天我们介绍另外3种抗干扰技术：

• • 降低工作带宽+智能选频

• • 自适应跳频

• • 动态自适应抗干扰

降低工作带宽+智能选频

在射频资源有限、干扰频发的环境中，缩小通信带宽是一种非常有效的抗干扰措施。

假定通信电台的射频率范围是1350MHz~1450MHz（主要有前端射频部分的功放低噪放内部的SAW滤波器决定），工作带宽是20MHz（是信号的频谱主瓣占用的带宽）。如果采用智能选频模式，两个选频的频点之间的间隔至少是10MHz，

为了保证整个信号都落在射频频带内，信道的中心频率范围必须在 [1350 + (20/2), 1450 - (20/2)]之内，即 [1360 MHz, 1440 MHz]。这是一个80 MHz的范围。

如果频点间隔为10MHz，那么可以容纳的频点数量为：(1440−1360)/10+1=8+1=9 个。

在100MHz射频带宽内，根据具体的频谱规划，大约有9个频点能够作为选频使用。

同理，如果把工作带宽减少为10MHz，智能选频模式下两个频点之间的间隔可以降低到5MHz，这样一来100MHz射频带宽内，就有19个频点可以作为选频使用，能提高智能选频的可选范围。

降低工作带宽

另外，当射频带宽内存在窄带干扰的时候，如果把工作带宽降低，则干扰和实际信号频谱重叠的几率降低。同时因为减小了工作带宽，可供选择的、远离干扰的备用频点变多了，所以系统能够通过智能选频选择一个与干扰间隔更大的频点。从而避开干扰。

因此，减小工作带宽也是一种有效的抗干扰措施，工程应用中只需要通过监控软件配置工作带宽，通信电台会根据当前信道的质量，自动选择合适的调制模式和编码方式，在新的带宽下保证通信业务的正常进行。

自适应跳频

1.什么是跳频

跳频 (Frequency Hopping, FH)是一种扩频通信技术，收发双方按照一个预先约定的频率序列（即跳频图案），按照跳频图案在多个离散的频率快速地切换。由于发射和接收采用相同的跳频图案，发射方和接收方在同一个时隙内的载波频率相同，两者能够正常通信。

相反，对于干扰来说，由于不知道跳频图案，所以干扰的载波频率跟通信电台的频率不同，而由于跳频的速度很快，干扰源更新频率的速度赶不上通信电台跳频的速度，这个是跳频抗干扰的原因。

跳频通信

跳频的主要参数：跳频的频率列表、跳频的频率间隔、跳频的速率都可以设置。

2 自适应跳频

自适应跳频在常规跳频的基础上增加了“智能感知”的能力，跳频图案不是预先设定好的频率序列，而是根据实时频谱感知生成的“跳频白名单”。

a) 实时频谱监测：

系统在跳频工作的同时，会利用空闲时间对整个硬件支持的全部频段进行实时的无线环境感知和频谱监测 。

b) 动态生成"白名单”

各节点根据监测结果，识别出哪些频点是“干净”的（未被使用或干扰小），哪些是“肮脏”的（已被占用或干扰严重）。然后每个节点会各自智能地动态选取若干最优频点，构成一个临时的、干净的“跳频频率集” 。

各节点需通过控制信道或信令交互，协商出一致的跳频"白名单"，以确保收发同步。

c) 在“白名单内跳频：

随后各个节点只在这个干净的“白名单”频率集内进行高速跳频通信。

自适应跳频流程

比如，节点1、2、3，根据自身无线环境实时感知和频谱监测情况，在整个硬件支持的全部频段内分别选择子集S1、S2、S3作为跳频频率集。（S1、S2、S3）三个集合，其元素两两之间可以相同，也可以不同，各节点独立选取自身，互不依赖。

节点2、节点3向节点1发送数据时，采用频率集S1进行跳频发送；

节点1、节点3向节点2发送数据时，采用频率集S2进行跳频发送；

节点1、节点2向节点3发送数据时，采用频率集S3进行跳频发送。

3 跳频抗干扰

跳频能够抑制的干扰

常规跳频能够抑制的干扰类型包括：

a) 带内的窄带或者部分频段干扰：

假设一个干扰源持续占用部分频段，对于常规跳频来说，由于电台在每个频点上的驻留时间极短，即使跳到被干扰的频点，也仅有极短时间的数据会受到影响。通过信道编码和纠错技术，这点损失的数据通常可以被完全恢复。

而对于自适应跳频来说，可以直接将这些受干扰的频点从“跳频白名单”中移除，从根本上避免了与该干扰的碰撞，从而大大提升了数据传输的成功率。

b) 跟踪式干扰：

这是跳频技术最擅长对抗的干扰之一 。由于跳频速率非常快（如1000跳/秒），干扰方的侦测-分析-决策-发射链路可能跟不上这个速度。在跳频速率远高于干扰机响应速度的情况下，跳频能有效对抗跟踪式干扰。当干扰方锁定我方频率并发起干扰时，我方电台早已“跳”到下一个频率上了。

跳频不能抑制带内宽带干扰

常规跳频模式下，当带内宽带干扰覆盖了跳频列表中的绝大多数频点时，常规跳频将彻底失效。因为无论它跳到哪个频率，都会落入干扰的范围内，导致通信链路完全中断。

自适应跳频的表现取决于宽带干扰的“宽度”。如果宽带干扰只覆盖了例如50%的频段，自适应跳频会自动识别出另外50%的干净频段，并只在这些干净的频点中进行跳频，通信几乎不受影响。

如果宽带干扰覆盖了整个工作频段，那么自适应跳频的频谱监测机制会发现所有频点都是“肮脏”的，无法生成可用的“白名单”跳频集。此时，自适应跳频策略同样会失效，其表现与常规跳频一样差。

动态自适应抗干扰

前面介绍的智能选频和跳频等技术，其核心思想是“规避”，即在频率维度上“躲开”干扰。但当面临带内宽带干扰时，所有频段都受到污染，导致“无处可躲”。此时，动态自适应抗干扰技术的作用就凸显出来，它的核心思想是对抗。

1.动态自适应抗干扰原理

动态自适应抗干扰用的原理主要有2个：

a) 调制编码格式 (Modulation and Coding Scheme - MCS)

不同的调制编码格式适合在不同的信噪比的信道中使用。常用的调制技术有BPSK, QPSK, 16QAM。常用的信道编码技术有Turbo码, LDPC码等。低阶的MCS（如BPSK + 1/2码率）传输速率低但是通信稳定，抗干扰能力强，适合在强干扰下使用；高阶的MCS（如64QAM + 5/6码率）传输速率高，但是通信比较脆弱，适合在干净的信道中使用。

b) 传输冗余 (Transmission Redundancy):

为了对抗信息在传输过程中的丢失或错误而额外增加的信息量，可以通过使用更强的纠错码（增加校验比特）或增加重传次数来实现。该系统的核心就是“动态调整传输冗余”。

2.动态自适应抗干扰的流程

动态自适应抗干扰本质上是一个闭环反馈控制系统。接收端实时评估信道质量（如信噪比、错误率），然后动态地决策出最优的发送策略（如调制编码方式、重传次数），并将该决策反馈给发送端执行。

主要流程如下：

a) 实时信道质量评估：

在两个节点通信的过程中，数据的接收端会持续地对接收到的信号进行分析，实时统计信噪比、误码率/误块率等关键性能指标 。这些指标是当前信道受干扰程度的直接体现。

b) 最优策略决策与反馈：

接收端内部的智能算法会根据评估出的信道质量，从一个预设的策略库中选取当前最优的“调制编码格式”以及“重传策略” 。例如，当监测到误码率急剧上升时，它会决策将MCS等级从一个高速但不稳定的模式（比如64QAM + 3/4码率），切换到一个低速但极其稳健的模式（比如QPSK+1/2编码）。这个决策结果会通过一个反向信道，“实时反馈给发端” 。

c) 发送策略自适应调整：

发送端接收到来自接收端的指令后，会立即调整其发送策略，使用新的MCS来发送后续的数据 。

自适应抗干扰

这个过程是持续不断、动态进行的，从而实现了对信道环境变化的“自适应”。其最终效果是：

未受干扰时： 系统会自动采用最高效的MCS，以“最大化传输效率” 。

受到干扰时： 系统会自动降低传输效率，切换到低等级的MCS，以保障数据业务的可靠稳定传输 。

3.系统支持的动态自适应抗干扰模式

举例说明：一个无人机执行侦察任务，需要回传视频流的场景：

a) 初始状态 ：

无人机在安全区域飞行，信道干净，系统采用采用 64QAM + 5/6 编码，传输1080p高清视频，最高效的传输模式回传高清视频。

b) 遭遇弱干扰 ：

当无人机接近目标区域，开始受到敌方初步的电子干扰，接收端监测到视频错误率上升。系统自动 切换至 QPSK + 3/4，有效数据速率下降，视频分辨率可能会从1080p降到720p，甚至480p，图像质量下降，但仍可传输。

c) 遭遇强干扰 ：

敌方增强了干扰功率，对整个频段进行压制，导致超过50%的数据包无法正确接收。此时，智能选频和跳频可能已完全失效。系统自动切换到 BPSK + 1/2 。为了保障最关键的链路不中断，系统降低通信速率，视频已经无法传输，但无人机的测控指令、关键的坐标数据等小数据量、高可靠性的信息，保证无人机不会失控并能传回核心情报。

总结

我们围绕无人机通信自组网系统的三个关键技术进行了系统解析：

技术名称	原理简述	抗干扰能力	适用场景
降低工作带宽+智能选频	减小信号带宽以避开干扰，结合频谱检测选择低干扰频点	弱干扰、窄带干扰	固定任务、低风险区
自适应跳频	实时探测干扰频点，动态跳频避让，支持频率白名单机制	中等干扰、跟踪干扰	中高危区域、隐蔽任务
动态自适应抗干扰	根据信道质量自动调整调制编码策略与传输冗余	强干扰、宽带压制	电子对抗场景、应急通信

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