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TWI655848B - 射頻干擾系統及方法 - Google Patents

射頻干擾系統及方法 Download PDF

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TWI655848B
TWI655848B TW107100462A TW107100462A TWI655848B TW I655848 B TWI655848 B TW I655848B TW 107100462 A TW107100462 A TW 107100462A TW 107100462 A TW107100462 A TW 107100462A TW I655848 B TWI655848 B TW I655848B
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杜智賢
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周天穎
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易圖科技股份有限公司
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Abstract

本發明關於一種射頻干擾系統及方法，該射頻干擾系統包括：一射頻干擾裝置，用於向一無人機（unmanned aerial vehicle, UAV）發射干擾RF電磁（interferential electromagnetic, EM）波，包括一天線支架及設於該天線支架之至少二天線模組，該至少二天線模組用於向該UAV發射不同RF頻率之干擾RF電磁波信號。

Description

射頻干擾系統及方法
本發明係與干擾系統有關，特別是有關於一種射頻干擾系統及方法。
射頻（radio frequency, RF）干擾系統可以用於通過發射RF干擾電磁（interferential electromagnetic, EM）波來干預無人機（unmanned aerial vehicle, UAV）的遙控或接管UAV的操作，以攔截UAV入侵並接近禁區等軍事基地和機場清除區。射頻干擾裝置應能夠以與無人機的操作頻率相同的射頻頻率發射EM波，從而實現有效的干擾。大多數遙控無人機（例如商業無人機）通常被允許以1.5GHz、2.4GHz或5.8GHz的頻率操作，而不是RF頻譜的其他單一頻帶。此外，典型的干擾裝置被配置為僅發射限制用於攔截可以調節其操作頻率的UAV的單頻帶干擾EM波。因此，僅具有單頻RF發射的RF干擾裝置不能有效地排除遠程控制的無人機。
因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之射頻干擾系統，以解決上述之問題。
本發明之主要目的在於提供一種射頻干擾系統及方法，可發射完全覆蓋無人機的工作頻率範圍的干擾射頻信號，以有效地排除在不同頻率下工作的無人機。
為達成上述目的，本發明提供一種射頻干擾系統，包括：一射頻干擾裝置，用於向一無人機（unmanned aerial vehicle, UAV）發射干擾RF電磁（interferential electromagnetic, EM）波，包括一天線支架及設於該天線支架之至少二天線模組，該至少二天線模組用於向該UAV發射不同RF頻率之干擾RF電磁波信號。
為達成上述目的，本發明提供一種利用上述之射頻干擾系統之射頻干擾方法，包括以下步驟：搜尋及鎖定入侵無人機；當該入侵無人機被鎖定，打開該電源開關以激活該RF干擾裝置；選擇干擾模式，其中該RF干擾裝置在所選擇之干擾模式下能發射一與該入侵無人機操作頻率相同之干擾RF信號，以接管該入侵無人機的遙控。
以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。
本發明之射頻干擾系統包括一射頻干擾裝置，該射頻干擾裝置用於向一無人機（unmanned aerial vehicle, UAV）發射干擾RF電磁（interferential electromagnetic, EM）波，該射頻干擾裝置包括一天線支架及設於該天線支架之至少二天線模組，該至少二天線模組用於向該UAV發射不同RF頻率之干擾RF電磁波信號。其中該至少二天線模組發射之干擾RF電磁波信號之頻率為1.5GHz、2.4GHz和5.8GHz其中至少二者。
該RF干擾系統可以部署用於干擾和攔截可能接近和入侵諸如軍事基地和機場清除區域之禁止區域的遙控飛行器。通過配備複數個能夠發射完全覆蓋無人機（UAV）的操作頻率範圍之射頻信號的天線，該射頻干擾系統可以有效地排除在不同頻率下工作的遙控無人機。
請參考圖1至4，其顯示本發明之一較佳實施例，在本實施例中，該射頻干擾系統可以包括一用於向UAV發射干擾RF電磁波的便攜式RF干擾裝置和一用於向便攜式RF干擾裝置提供功率及干擾RF信號的輔助電力設備。該便攜式RF干擾裝置可以包括至少二向UAV發射不同RF頻率之EM波信號的天線模組以及一天線支架，該天線支架可具有供該至少二天線模組可拆卸地固定在其上的導軌。干擾RF波信號可以從安裝在該輔助電力設備中的多個干擾RF信號產生器提供，其可以產生對應天線模組RF 之1.5GHz、2.4GHz和5.8GHz信號中的至少二RF頻率信號。
當移動中的UAV被操作員鎖定時，該RF干擾系統可搜尋出用於該移動UAV的當前操作頻率。一旦確定了當前的操作頻率，該干擾RF信號產生器可以產生與當前操作頻率相同頻率的干擾RF信號，並且該天線模組將發射干擾RF電磁波，以產生的干擾RF信號接管UAV。
該天線支架可以成形為類似於步槍，設有供操作者容易握持的手柄和精確瞄準目標UAV的瞄準裝置。然而，應該注意的是，只要操作者能夠以便利的方式保持該RF干擾裝置而瞄準鎖定在目標無人機上，該天線支架不限制在特定的形狀。據此，通過具有多個統一規格化通用之導軌的任意天線支架，能允許多個天線模組安裝於其上，操作者可將該等天線模組與該天線支架上拆組。例如，該天線支架的統一規格化之軌道可與典型步槍所用的軌道相同，如皮卡汀尼（Picatinny）軌道。換句話說，操作者可以將該天線模組單獨攜帶而不需要該天線支持，並且可在工作場所中之任何具有Picatinny導軌之天線支架上組裝。因此，只要該天線模組和該輔助電力設備可以組裝在一起作為全功能的RF干擾系統，可不需該天線支架。
圖1為一RF干擾裝置101的示意圖，請配合參考圖1及圖5，該RF干擾裝置101具有三個天線模組103, 104和105、三個用於將複數干擾RF信號產生器的高頻干擾RF信號傳輸到該天線模組RF之傳輸電纜106（用於簡明地表示為單個數字106）、一包括一柄部107和複數導軌109的天線支架108，該複數導軌供該等天線模組103, 104和105組設於其上。該柄部107還可以設置有一觸發器，因此操作者能夠通過拉動該觸發器來啟動該RF干擾裝置101。每個天線模組包括一用於發射一特定頻率之干擾RF信號的天線和一用於覆蓋保護該天線的模組殼體。每個RF傳輸電纜106將其中一該天線模組連接到一安裝在該輔助電力設備中的干擾RF信號產生器（將參照圖3進一步示出）。 該RF干擾裝置還可以設置有一瞄準裝置113，因為可以通過干擾RF信號可達到基本上較長的距離，使操作者能在肉眼無法看清的較遠距離處更好地瞄準入侵的UAV。該天線支架108可以設置有一肩架，其提供一機制使操作者牢固地支撐該RF干擾裝置並且容易瞄準UAV。
圖2示出了RF干擾裝置中的天線模組的透視圖。該天線模組104內的天線209被配置為發射在特定RF頻帶中之RF 1.5GHz, 2.4GHz和5.8GHz信號中的其中一者的干擾RF信號。例如，由該天線209所涵蓋的用於干擾的射頻可以被設置為RF 1.5GHz；另外兩個用於干擾的射頻可以分別由天線模組103和105內的其他兩個天線所涵蓋。
由於UAV可以以1.5GHz, 2.4GHz和5.8GHz的RF信號的頻率遠程操作，所以RF干擾裝置可以配備有三個天線以涵蓋用於遙控無人機的全部範圍的操作頻率。每個天線發射對應於UAV的三個操作頻率之一的干擾RF信號。可以將三個天線模組呈三角形佈置（如圖1所示的三角形表示）而安裝至該RF干擾裝置。每個天線模組可以可拆卸地安裝在三角形佈置的一個頂點上，在一個示例性實施例中，該天線模組104可以安裝在頂點A處，該天線模組103可以安裝在頂點B處，並且該天線模組105可以安裝在三角形佈置的頂點C處。此外，三角形佈置的幾何尺寸也可以被設計成使得由三個天線發射的干擾RF信號將不會相互干擾並產生有效的天線輻射圖樣（radiation pattern）。例如，為了形成預期的輻射圖樣，邊緣A到B可以不小於10cm；如果天線模組103和104分別安裝有發射RF 1.5和2.4GHz信號的天線。此外，三角形佈置使得該等天線模組平行定向，使得任何兩個天線發射的干擾RF信號將不會在遠處相交，從而使RF發射更有效的遠場輻射圖樣（far field radiation pattern）。
此外，從該三個天線發射的干涉RF電磁波可以被配置為橫向偏振（由圖1所示的z軸表示），以獲得更好的干擾RF信號發射。
圖3示出了根據本發明的一個實施例的RF干擾裝置301的控制面板。該控制面板可以放置在其中一個天線模組的後面板上。一電力開關310用於在已經搜尋到入侵UAV之後開啟該RF干擾裝置。該射頻干擾裝置開啟後，基本上有三種模式可供選擇遙控UAV的干擾頻率。
首先，通過僅按壓一控制按鈕312激活的控制模式是使UAV從其用戶失去控制並迫使其返回用戶的位置；其次，僅通過按壓一GPS按鈕311激活的GPS模式是阻止UAV的定位功能；第三，通過按下該控制按鈕312和該GPS按鈕311，該RF干擾裝置強制控制入侵的UAV立即著陸，這可以被稱為GPS +控制模式。每種模式可選擇該RF干擾裝置對應於入侵無人機的不同操作頻率的干擾。例如，該GPS模式被配置為阻擋來自GPS衛星發出之1.5GHz的RF信號；該控制模式被配置為阻擋來自無人機的遙控器上發出之2.4GHz和5.8GHz的RF信號；該GPS +控制模式被配置為阻擋來自UAV的遙控器上發出之所有二個頻率的RF信號。
在圖3中也示出了一瞄準裝置313，以便與圖1相輔描述。圖4示出了根據本發明的一個實施例的用於RF干擾系統的一輔助電力設備402。該輔助電力設備402包括一干擾控制器、複數干擾RF信號產生器、複數（例如兩個）電池面板415、一控制線連接器414，該干擾控制器可以在RF頻譜上搜尋用於UAV的RF操作頻率，該複數干擾RF信號產生器產生RF 1.5GHz、2.4GHz和5.8GHz的干擾RF波信號，該複數信號放大器為了放大產生的干擾RF波信號，可以在該輔助電力設備402上安裝具有複數電池組且作為電源的該等電池面板415，該控制線連接器414經由一電力電纜和複數電纜連接器416向該RF干擾裝置提供電池電力，每個輸出放大的干擾RF波信號傳輸到該天線模組。該干擾控制器在RF頻譜上的搜尋可以被配置為比目標無人機的操作頻率的變化還要更快。
在本發明的另一實施例中，該輔助電力設備可以整合到該RF干擾裝置中而成為一體式RF干擾系統。對於這種一體式RF干擾系統，電源、干擾RF信號產生器和信號放大器集成在一起，使得系統組件之間的連接電纜和電線可以大大縮短，從而減少整個射頻干擾系統中電力及信號傳輸的功率損耗。
圖5為根據本發明的另一實施例的集成便攜式RF干擾系統500的示意圖。該集成便攜式RF干擾系統500的主體可以包括一天線部分501和一輔助功率部分502。該天線部分501包括分別發射RF 1.5GHz, 2.4和5.8GHz干擾信號的三個天線，該天線部分501被該模組殼體封裝。相應的複數信號產生器和複數信號放大器可以包括在該輔助功率部分502中，如此，信號傳輸電纜的要求大大降低。該瞄準裝置513可以設置在該集成便攜式RF干擾系統500的一側上。一電池組515可以安裝在該集成便攜式RF干擾系統500的後端。一肩架508可以穩定支承在操作者的肩上，當瞄準移動之UAV時，可以牢固地支撐該集成便攜式RF干擾系統500。一手柄507設計供操作者更容易保持該集成便攜式RF干擾系統500。
對於該集成便攜式RF干擾系統500的操作，通過相對於一旋轉軸線511將一電源開關桿510從一待機位置旋轉到一開啟位置來開啟該集成便攜式RF干擾系統500。在圖5中，圍繞該旋轉軸線（如虛線所示）的箭頭表示從該待機位置到該開啟位置的旋轉方向。該待機位置可以是該電源開關桿510位於該天線部分501的主體的正下方，該開啟位置可以位於該電源開關桿510的當前位置（例如位於該天線部分501的主體的外側），如圖5所示。當該電源開關桿510位於該開啟位置時，UAV操作頻率的搜尋可以被啟動為自動或通過一觸發器而手動啟動。
該電源開關桿510具有一位於該天線部分501下側的樞轉部分512，該樞轉部分可以被配置為具有一用於鎖定和解鎖該電源開關桿510之旋轉的按鈕514。例如，當該按鈕被操作者按下，可允許該電源開關條510從該待機位置旋轉到該開啟位置，該集成便攜式RF干擾系統500被相應地導通。此外，一GPS按鈕515和一控制按鈕516可以設在該天線部分501下側的該手柄507附近，用於選擇干擾頻率的三種模式（即，控制模式、GPS模式和GPS +控制模式），其可以通過在該電源開關桿510旋轉切換到該開啟位置之後按下該GPS按鈕、該控制按鈕、該GPS按鈕及該控制按鈕，來確定UAV的遙控。
圖6示出了根據本發明的另一實施例的集成RF干擾系統600中的天線部分的透視圖。在圖6中，為了方便說明，僅示出一天線609，在該集成RF干擾系統600的天線部分內部實際上有三個天線。該集成RF干擾系統600的三個天線可以被依需求佈置，以確保所發出在1.5GHz, 2.4GHz和5.8GHz頻帶中的各RF訊號發射不會互相干擾。
圖7是本發明一較佳實施例之運作流程圖。請參考步驟701，在檢測到有意入侵禁區的無人機時，該攜帶便攜式射頻干擾系統的操作員可以在可見距離內搜尋入侵無人機（可使用或不使用一瞄準裝置）。請參考步驟702，當該入侵無人機被操作員鎖定，開啟該電源開關以激活該RF干擾系統。請參考步驟703，從GPS模式、控制模式和GPS+控制模式中選擇一干擾模式來接管UAV的遙控。請參考步驟704，響應於所選擇的干擾模式，利用該RF干擾系統的一觸發器來對UAV的操作頻率進行搜尋。請參考步驟705，該RF干擾系統的一指示燈將被打開或關閉以指示所發射RF是否成功。請參考步驟706，如果指示燈亮，操作者瞄準並追踪目標無人機，以確保有效干擾。請參考步驟708，根據選擇的干擾模式成功接管無人機的遙控。請參考步驟707，如果指示燈不亮，操作者檢查所有電纜連接是否正確，並再次轉到步驟701。
通常，未經授權的無人機正是從遠處接近禁區地點，在無人機接近該無人機禁區之前的有效檢測，可需要一個例如雷達網絡之檢測系統，以提前在距離禁區較遠處偵測到疑似之無人機。在本發明的另一實施例中，該RF干擾系統可與一UAV偵測系統協同工作。該UAV偵測系統定期監測疑似之飛行物體是否接近禁區。如果該UAV偵測系統發現接近之無人機為入侵禁區之無人機，則一警報信號將從該UAV偵測系統發送到一操作員（接近或不接近無人機）所攜帶之該射頻干擾系統。在接收到警報信號之後，該RF干擾系統可藉由警告聲或光通知操作者。當操作者收到該RF干擾系統通知後，操作者可用瞄準裝置或裸眼查找無人機。一旦操作員瞄準UAV，就可以進行RF干擾操作。
101,301‧‧‧RF干擾裝置
103,104,105‧‧‧天線模組
106‧‧‧傳輸電纜
107‧‧‧柄部
108‧‧‧天線支架
109‧‧‧導軌
113,313,513‧‧‧瞄準裝置
209‧‧‧天線
310‧‧‧電力開關
311‧‧‧GPS按鈕
312‧‧‧控制按鈕
402‧‧‧輔助電力設備
414‧‧‧控制線連接器
415‧‧‧電池面板
416‧‧‧電纜連接器
500‧‧‧集成便攜式RF干擾系統
501‧‧‧天線部分
502‧‧‧輔助功率部分
507‧‧‧手柄
508‧‧‧肩架
510‧‧‧電源開關桿
515‧‧‧電池組
600‧‧‧集成RF干擾系統
609‧‧‧天線
A,B,C‧‧‧頂點
511‧‧‧旋轉軸線
512‧‧‧樞轉部分
514‧‧‧按鈕
515‧‧‧GPS按鈕
516‧‧‧控制按鈕
圖1為本發明一較佳實施例之立體圖。 圖2為主要顯示本發明一較佳實施例之天線的局部示意圖。 圖3為主要顯示本發明一較佳實施例之控制面板的示意圖。 圖4為本發明一較佳實施例之輔助電力設備示意圖。 圖5為本發明另一較佳實施例之示意圖。 圖6為主要顯示本發明另一較佳實施例之天線的局部示意圖。 圖7為本發明一較佳實施例之運作流程圖。

Claims (10)

  1. 一種射頻(radio frequency,RF)干擾系統，包括：一射頻干擾裝置，用於向一無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)發射干擾RF電磁(interferential electromagnetic,EM)波，包括一天線支架及設於該天線支架之至少二天線模組，該至少二天線模組用於向該UAV發射不同RF頻率之干擾RF電磁波信號；其中該RF干擾裝置另設有一控制按鈕及一GPS按鈕，僅按壓該控制按鈕可激活該RF干擾裝置處於一控制模式，以使UAV從其用戶失去控制並迫使其返回用戶的位置，僅按壓該GPS按鈕可激活該RF干擾裝置處於一GPS模式，以阻止UAV的定位功能，按下該控制按鈕及該GPS按鈕可激活該RF干擾裝置處於一GPS+控制模式，以強制控制入侵的UAV立即著陸；其中該RF干擾裝置包括一包括該至少二天線模組之天線部分、且另設有一電源開關桿，該電源開關桿可相對於一旋轉軸線旋轉至一待機位置或一開啟位置，該電源開關桿具有一位於該天線部分下側的樞轉部分，該樞轉部分具有一用於鎖定和解鎖該電源開關桿之旋轉的按鈕。
  2. 如請求項1所述的射頻干擾系統，其中該至少二天線模組發射之干擾RF電磁波信號之頻率為1.5GHz、2.4GHz和5.8GHz其中至少二者。
  3. 如請求項1所述的射頻干擾系統，其中該至少二天線模組之數量為三，該三天線模組分別佈置於一個三角形之一個頂點上，該三角形之三個頂點定義為A、B、C，邊緣A到B不小於10cm。
  4. 如請求項1所述的射頻干擾系統，其中該天線支架設有複數導軌，該導軌為規格化通用之導軌，該至少二天線模組各可拆卸地固定在其中一該導軌。
  5. 如請求項1所述的射頻干擾系統，另包括一輔助電力設備，該輔助電力設備連接該RF干擾裝置且提供功率及干擾RF波信號至該RF干擾裝置。
  6. 如請求項5所述的射頻干擾系統，其中該輔助電力設備包括能產生該干擾RF波信號之複數干擾RF信號產生器。
  7. 如請求項6所述的射頻干擾系統，其中該輔助電力設備另包括一干擾控制器、複數電池面板及一控制線連接器，該干擾控制器被配置為可在RF頻譜上搜尋用於UAV的RF操作頻率，該複數干擾RF信號產生器產生RF 1.5GHz、2.4GHz和5.8GHz的干擾RF波信號，複數信號放大器被配置為可放大產生的干擾RF波信號，該等電池面板具有複數電池組，該控制線連接器經由一電力電纜和複數電纜連接器向該RF干擾裝置提供電池電力，每個輸出放大的干擾RF波信號傳輸到該至少二天線模組。
  8. 如請求項1所述的射頻干擾系統，其中該RF干擾裝置另設有一供穩定支承在操作者肩上之肩架、以及一供操作者握持之手柄。
  9. 一種利用如請求項1至8其中任一項所述之射頻干擾系統之射頻干擾方法，包括以下步驟：搜尋及鎖定入侵無人機；當該入侵無人機被鎖定，激活該RF干擾裝置；選擇干擾模式，其中該RF干擾裝置在所選擇之干擾模式下能發射一與該入侵無人機操作頻率相同之干擾RF信號，以接管該入侵無人機的遙控。
  10. 如請求項9所述的射頻干擾方法，另外利用一UAV偵測系統定期監測是否有無人機接近禁區，若該UAV偵測系統偵測出接近之無人機為入侵禁區之無人機，一警報信號從該UAV偵測系統發送到該射頻干擾系統，在接收到該警報信號之後，該RF干擾系統發出警告聲或光。
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