تجهیزات ضد FPV تا چه حد در مسدود کردن انتقال ویدئوی پهپاد مؤثر هستند؟

درک انتقال ویدئوی پهپادهای FPV و آسیب‌پذیری‌های سیگنال

چگونه پهپادهای FPV از باندهای 2.4 گیگاهرتز و 5.8 گیگاهرتز برای انتقال ویدئوی زنده استفاده می‌کنند

اکثر پهپادهای FPV همزمان از دو فرکانس رادیویی استفاده می‌کنند - معمولاً 2.4 گیگاهرتز دستورات کنترلی را مدیریت می‌کند در حالی که 5.8 گیگاهرتز جریان ویدئوی زنده را به عینک خلبان بازمی‌گرداند. باند پایین‌تر 2.4 گیگاهرتز بهتر از موانع عبور می‌کند اما سرعت آن آن‌قدرها بالا نیست، در حالی که 5.8 گیگاهرتز تصاویر واضح HD را بدون تأخیر زیاد ارائه می‌دهد. با این حال، طبق برخی آزمایش‌های اخیر توسط GPSPatron، تقریباً نه در هر ده تن از سیستم‌های تجاری FPV از ویژگی‌های پیشرفته تغییر فرکانس بهره نمی‌برند. این بدین معناست که سیگنال‌های آن‌ها الگوهای نسبتاً منظمی دارند و بنابراین هدف آسانی برای فناوری‌های ضدپهپاد در قطع یا تسخیر ارتباط فراهم می‌شود.

نقش ارتباطات رادیویی در عملیات پهپادهای دید اول‌شخص (FPV)

برای انتقال ویدئویی به صورت زنده، عینکهای خلبان نیازمند اتصال مداوم فرکانس رادیویی با پهپادهای واقعی در محل عمل هستند. به عنوان مثال، آنچه در خط مقدم اوکراین رخ میدهد را در نظر بگیرید. وقتی خلبانان از تقویتکنندههای سیگنال استفاده میکنند، میتوانند برد خود را تا حدود ۱۵ کیلومتر افزایش دهند. اما یک مشکل وجود دارد. این سیگنالهای تقویتشده، امضاهای RF قابل توجهی تولید میکنند که سطح توان آنها از ۲۵ دسیبلمیلیوات فراتر میرود. این میزان قدرت مشابه سیگنالهای یک دکل تلفن همراه کوچک است. و حدس بزنید چه اتفاقی میافتد؟ سیستمهای دفاعی ضد-FPV بهراحتی این سیگنالها را شناسایی کرده و میتوانند دقیقاً محل پنهان شدن عملگر پهپاد را تعیین کنند.

آسیبهای کلیدی در انتقال سیگنال FPV که توسط سیستمهای ضد-FPV مورد بهرهبرداری قرار میگیرد

سه ضعف حیاتی، آسیبپذیری الکترونیکی سیستمهای FPV را مشخص میکنند:

1. تخصیص کانالهای ثابت : ۷۲ درصد از پهپادها از کانالهای فرکانسی تنظیمشده توسط سازنده استفاده میکنند (ScienceDirect، ۲۰۲۴)
2. اطلاعات دورابری رمزگذارینشده : امکان جعل اطلاعات ارتفاع و داده‌های GPS را فراهم می‌کند
3. تشویش چندمسیری : محیط‌های شهری باعث کاهش ۴۰ تا ۶۰ درصدی سیگنال می‌شوند (Sciencedirect 2024)، که مجبور پیلوت‌ها به افزایش توان انتقال می‌کند

این آسیب‌پذیری‌ها به سیستم‌های ضد FPV مدرن اجازه می‌دهند تا با تنها 500 میلی‌وات توان اختلال جهتی در فرکانس‌های مطابق، جریان ویدئویی را قطع کنند.

فناوری‌های اصلی ضد FPV: اختلال، تشخیص و قطع سیگنال

سیستم‌های جنگ الکترونیک و اثربخشی آنها در برابر پهپادهای FPV

سیستم‌های جنگ الکترونیک امروزی می‌توانند عملکرد پهپادهای FPV را به شدت مختل کنند و در واقع ارتباطات کنترلی آنها را سیل‌آسا کرده و سیگنال‌های GPS را به هم بریزند. طبق یک مطالعه انجام‌شده توسط C4ADS در سال ۲۰۲۳، تقریباً نه در ده از پهپادهای FPV روسی که در مناطق درگیری دستگیر شدند، تمام تماس خود را از دست دادند وقتی با سیگنال‌های اختلالی بالای ۵۰ وات مواجه شدند. آنچه این سیستم‌های جنگ الکترونیک را بسیار مؤثر می‌کند این است که آنها فقط به صورت غیرانتقادی همه چیز را تحت تأثیر قرار نمی‌دهند. بلکه ترکیبی از اختلال نویزی در باند گسترده و حمله‌های هدفمند دقیق به ضعف‌های موجود در فرم‌افزار پهپادها را به کار می‌برند. به عنوان مثال فناوری OccuSync شرکت DJI. طبق گزارش DroneSec در سال گذشته، حدود دو سوم پهپادهای اصلاح‌شده FPV از این سیستم استفاده می‌کنند. اما به محض اینکه تداخل مداوم رادیویی بیش از سه ثانیه ادامه یابد، این پهپادها شروع به رفتارهای غیرقابل پیش‌بینی می‌کنند و به سرعت از قابلیت اطمینان خود می‌کاهند.

اختلال دو بانده (2.4 گیگاهرتز و 5.8 گیگاهرتز) و تأثیر آن بر قطع سیگنال FPV

سیستم‌های ضد FPV به‌طور همزمان به باندهای 2.4 گیگاهرتز (کنترل) و 5.8 گیگاهرتز (ویدئو) با استفاده از آنتن‌های آرایه فازی حمله می‌کنند. آزمایش توسط یک تولیدکننده پیشرو دفاعی نشان داد که اختلال دو بانده در فاصله 800 متری به میزان موفقیت 94 درصدی دست یافته است، در مقایسه با راه‌حل‌های تک‌بانده که 62 درصد موفقیت داشته‌اند. عملکرد بسته به محیط متفاوت است:

ادغام تشخیص RF و اختلال سیگنال در پلتفرم‌های مدرن مقابله با پهپاد

سیستم‌های مدرن امروزه از این رادیوهای نرم‌افزارمحور (SDR) استفاده می‌کنند که می‌توانند سیگنال‌های FPV را خیلی سریع، حدود نیم ثانیه طبق دستورالعمل عملیاتی جنگ الکترونیک اوکراینی در سال گذشته، دریافت کنند. هنگامی که سیستم سیگنال ویدئویی 5.8 گیگاهرتزی را تشخیص می‌دهد، بیشتر توان به سمت آن هدایت می‌شود، در واقع حدود دو سوم توان موجود. اما جالب اینجاست که همچنان برخی از تداخل‌ها در باند 2.4 گیگاهرتز نیز ادامه دارد. با بررسی آزمایش‌های واقعی انجام‌شده در منطقه خارکیف، اپراتورها چیز قابل توجهی مشاهده کردند. رویکرد آن‌ها در مقایسه با روش قدیمیِ اخلال در همه چیز بدون تمایز، اختلالات اتفاقی در کانال‌های ارتباطی خودی را حدود ۴۰ درصد کاهش داد.

چالش‌های اخلال در فرکانس‌های در حال تحول FPV: مورد تاکتیک‌های پهپادهای روسیه

روسی‌ها اخیراً در تاکتیک‌های استفاده از پهپادهای FPV خود هوشمندتر شده‌اند. طبق گزارش تحقیقات تسلیحات درگیری از سال گذشته، آنها در حدود یک سوم حملات خود از این پهپادها در فرکانس‌های زیر ۱ گیگاهرتز استفاده می‌کنند که عملاً تجهیزات متداول ضد پهپاد را بی‌فایده می‌کند. برای مقابله با این موضوع، سیستم‌های دفاعی شروع به استفاده از فناوری رادیوی شناختی (cognitive radio) کرده‌اند. این سیستم‌های جدید هر نیم ثانیه یک بار محدوده فرکانسی ۰٫۷ تا ۶ گیگاهرتز را اسکن کرده و سپس سیگنال‌های اختلال خود را به‌طور متناسب تنظیم می‌کنند. مشکل چیست؟ این سیستم کامل، باتری‌ها را با سرعتی هولناک مصرف می‌کند. مصرف انرژی حدود دو برابر قبل افزایش می‌یابد که برای سربازان در میدان جنگ که به منابع تغذیه قابل حمل وابسته‌اند، واقعاً چالش‌برانگیز است.

آنتن‌های پیشرفته ضد FPV و اختلال جهتی در مناطق عملیات نظامی

چگونه آنتن‌های ضد FPV فرکانس‌های ۲٫۴ گیگاهرتز و ۵٫۸ گیگاهرتز را هدف قرار می‌دهند تا پخش ویدئویی را مختل کنند

نسل جدید آنتن‌های ضد FPV از فناوری آرایه فازی برای هدایت سیگنال‌های مختل‌کننده به طور خاص به باندهای مهم 2.4 گیگاهرتز و 5.8 گیگاهرتز استفاده می‌کنند که در آن بیشتر سیستم‌های FPV کار می‌کنند. این آرایه‌ها می‌توانند عرض پرتو خود را تا بین 15 تا 30 درجه تنگ کنند، که این امر به آن‌ها مزیتی در حدود 12 تا 18 دسی‌بل نسبت به مخرب‌کننده‌های معمولی تمام‌جانبه می‌دهد. این بدین معناست که آن‌ها می‌توانند سیگنال‌های ناخواسته را مختل کنند بدون اینکه خیلی زیاد بر ارتباطات مجاور تأثیر بگذارند. بر اساس آزمایش‌های انجام‌شده توسط آژانس طیف دفاعی در سال گذشته، این روش تداخل تصادفی سیگنال را تقریباً به میزان سه‌چهارم کاهش می‌دهد و آن را به راه‌حلی تمیزتر برای اپراتورهایی تبدیل می‌کند که نیاز دارند ارتباطات رادیویی دیگری در منطقه را حفظ کنند.

عملکرد آنتن‌های ضد FPV در شرایط واقعی: نرخ موفقیت 90 تا 98 درصد

داده‌های میدانی از عملیات ضدپهپاد اوکراین در سال 2023 نشان می‌دهد که سیستم‌های جهت‌دار توانستند در فاصله 800 متری در مناطق باز، اختلال در ارسال ویدئویی را تا 94٪ افزایش دهند که این مقدار به دلیل انعکاس در مناطق شهری به 87٪ کاهش می‌یابد. سیستم‌هایی که از پرش فرکانسی شناختی استفاده می‌کنند، عملکردی معادل 91٪ در برابر تهدیدات چابک FPV داشتند و نسبت به جامرهای ثابت 34٪ عملکرد بهتری داشتند (گروه جنگ الکترونیک ناتو، 2023).

مطالعه موردی: استقرارهای خط مقدم اوکراین از جامرهای جهت‌دار ضد-FPV

نزدیک باخموت، یک واحد سیار ضد پهپاد FPV در طول شش هفته عملیات توانست حدود ۸۹ درصد از مأموریت‌های پهپاد دشمن را با استفاده از جامرهای جهتی نصب‌شده روی وسیله نقلیه متوقف کند. این سیستم حدود ۵۵ درجه از افق را پوشش می‌دهد و بر باند فرکانسی ۵٫۸ گیگاهرتز تمرکز دارد که این امر حملات موفق انتحاری FPV را تقریباً ۷۸ درصد کاهش داده است. عملیات‌گران میدانی نیز نکته جالبی را مشاهده کردند: اکثر اهداف در فاصله ۵۰۰ تا ۷۰۰ متری به‌طور کامل فید ویدئویی خود را از دست دادند که طبق گزارش‌ها در حدود ۹۳ درصد موارد رخ داده است. چیزی که این سیستم را به‌ویژه جذاب می‌کند قیمت آن است؛ هزینه آن تنها حدود ۶۲ درصد هزینه سیستم‌های سنتی محدودیت منطقه در هر کیلومتر مربع محافظت‌شده است. این نوع صرفه‌جویی زمانی که مناطق وسیعی در برابر تهدیدات هوایی محافظت می‌شوند به‌سرعت افزایش می‌یابد.

سیستم‌های نسل بعدی ضد FPV: هوشمند، انتخابی و مبتنی بر هوش مصنوعی

جامرینگ هوشمند و انتخابی برای حفظ ارتباطات دوستی

آخرین سیستم‌های ضد FPV از هوش مصنوعی برای مدیریت فرکانس‌های رادیویی و جلوگیری از انتقال ویدئو توسط پهپادهای دشمن استفاده می‌کنند، در حالی که ارتباطات دوستانه حفظ می‌شود. این سیستم‌ها دیگر فقط جامرهای ساده نیستند. بلکه الگوریتم‌های هوشمند نحوه رفتار سیگنال‌های مختلف در باندهای فرکانسی را تحلیل کرده و لینک‌های مزاحم FPV با فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5.8 گیگاهرتز که توسط دشمن استفاده می‌شوند را از انتقالات مشروع تشخیص می‌دهند. تحقیقات منتشر شده در سال گذشته نشان داده‌اند که این سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی می‌توانند سیگنال‌های ناخواسته FPV را با موفقیت حدود 92 درصدی مسدود کنند که در مقایسه با روش‌های قدیمی‌تر که تنها به میزان حدود 58 درصد موفق بودند، واقعاً قابل توجه است. این دقت بالا در عملیات‌های واقعی بسیار مهم است، جایی که حفظ کانال‌های ارتباطی امری حیاتی محسوب می‌شود.

تحلیل طیف مبتنی بر هوش مصنوعی برای پاسخ‌های تطبیقی ضد FPV

سیستم‌های ضد FPV که با یادگیری ماشین در زمان واقعی کار می‌کنند، می‌توانند در کمتر از یک ثانیه خود را با طرح‌های جدید مدولاسیون تطبیق دهند، که این سرعت حدود ۶۰ برابر سریع‌تر از آنچه انسان‌ها به صورت دستی می‌توانند انجام دهند، است. مدل‌های یادگیری عمیق پشت این فناوری، با استفاده از حدود ۱۲۰ هزار نمونه مختلف سیگنال FPV آموزش دیده‌اند و این امکان را فراهم می‌کنند تا ترفند‌های جدیدی مانند پرش فرکانسی را شناسایی کرده و به‌صورت خودکار راهکارهای مقابله‌ای خاصی را علیه آن‌ها به کار گیرند. هنگامی که این سیستم‌های هوشمند در شرایط واقعی میدانی مورد آزمایش قرار گرفتند، نسبت به روش‌های سنتی تشخیص مبتنی بر قواعد، حدود ۷۸ درصد کاهش در تشخیص‌های از دست رفته را نشان دادند. این سطح از بهبود عملکرد، تفاوت چشمگیری در کاربردهای واقعی ایجاد می‌کند که در آن‌ها پاسخگویی به موقع اهمیت بالایی دارد.

روند: تکنیک‌های رادیوی شناختی در محیط‌های پویای جنگ الکترونیک

نیروهای مسلح مدرن در سراسر جهان شروع به ادغام فناوری رادیوی شناختی در عملیات خود کرده‌اند. این سیستم‌های پیشرفته می‌توانند تنظیمات اختلال‌گری را به صورت پویا بر اساس وضعیت فرکانس‌های رادیویی در هر لحظه تطبیق دهند. محققان نظامی دریافته‌اند که هنگام ترکیب این رادیوها با تکنیک‌های یادگیری ماشین، عملکرد آنها در کنترل سطوح توان، هدایت سیگنال‌ها به مقصد مورد نظر و انتخاب فرکانس‌های مناسب برای ایجاد اختلال بهبود یافته است. این امر به طور واقعی برد مؤثر این سیستم‌ها را در مناطق شهری شلوغ و پر از نویز الکترومغناطیسی حدود ۴۰ درصد افزایش داده است. بر اساس گزارش‌های بخش دفاعی شرکت‌هایی مانند بوتز آلن همیلتون، انتظار می‌رود تا اواسط دهه حاضر کاهش چشمگیری در خسارات غیرعمدی ناشی از حملات الکترونیکی رخ دهد. برخی برآوردها نشان می‌دهند که خسارات جانبی ممکن است نسبت به سه سال پیش تقریباً ۹۰ درصد کاهش یابد.

راهکارهای قابل حمل و یکپارچه ضد FPV برای دفاع تاکتیکی

جَمِر‌های ضد پهپاد قابل حمل (به عنوان مثال، DroneGun MkIII) و برد عملیاتی

جَمِر‌های ضد FPV که قابلیت حمل در حرکت را دارند، در محدوده تقریبی ۱ تا ۲ کیلومتر به خوبی کار می‌کنند. این دستگاه‌ها سیگنال‌های ویدئویی را از طریق فناوری دو بانده در فرکانس‌های 2.4 گیگاهرتز و 5.8 گیگاهرتز اختلال می‌دهند. مدل‌های سبک‌تر که وزنی کمتر از ۱۰ کیلوگرم دارند، ظرف تنها پنج دقیقه آماده به کار می‌شوند. برخی از مدل‌های جدیدتر نیز قدرت قابل توجهی دارند و تا ۵۴۰ وات توان خروجی تولید می‌کنند که در واقع سه برابر قابلیت سیستم‌های قدیمی‌تر است. این دستگاه‌ها برای تحرک سریع طراحی شده‌اند و به نیروهای زمینی اجازه می‌دهند تا بدون نیاز به تجهیزات پشتیبان سنگین، مناطق اختلال کوتاه‌مدت را در اطراف تجهیزات مهم ایجاد کنند.

سیستم‌های متحرک ضد پهپاد نصب‌شده بر وسایل نقلیه برای محافظت در خط مقدم

واحدهای ضد FPV نصب‌شده روی وسایل نقلیه، محدوده تشخیص را تا ۳ تا ۵ کیلومتر گسترش می‌دهند و به‌صورت خودکار در حرکت قافله به دنبال امضای پهپادها جستجو می‌کنند. آنتن‌های جهتی یکپارچه، حتی در سرعت‌های بالای ۶۰ کیلومتر بر ساعت نیز پوشش ۳۶۰ درجه فراهم می‌کنند، در حالی که تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی سیگنال‌های بی‌ضرر را حذف می‌کند. این قابلیت در مقایسه با سیستم‌های ثابت، خطاهای مثبت را ۴۰٪ کاهش می‌دهد.

استراتژی: دفاع لایه‌ای با واحدهای ضد FPV قابل حمل، متحرک و ثابت

وقتی این واحدهای قابل حمل را با سیستم‌های همراه و تجهیزات ثابت محل ترکیب می‌کنیم، آزمایش‌های میدانی سال 2025 نشان می‌دهد که این کار در شرایط عملیاتی واقعی، شکاف‌های پوشش را تقریباً ۹۰ درصد کاهش می‌دهد. سیستم‌های جدیدتر از فناوری رادیوی شناختی استفاده می‌کنند که به‌صورت هوشمندانه تخصیص توان بین محدوده‌های فرکانسی 2.4 گیگاهرتز و 5.8 گیگاهرتز را تغییر می‌دهد و همواره بر تهدیدات فعال فعلی تمرکز می‌کند. نیروهای نظامی اخیراً مشاهده کرده‌اند که این استراتژی چندلایه تفاوت بزرگی ایجاد کرده است. در چند عملیات اخیر، زمانی که پهپادهای دید اول شخص دشمن شناسایی شدند، سامانه اختلال هماهنگ ما توانست حدود ۹۵ درصد از آنها را ظرف تنها هشت ثانیه خارج از مدار کند. این سرعت پاسخ‌گویی در سناریوهای جنگی مدرن بسیار حیاتی است.