تنفيذ نظام سبيتر في المركبات الجوية غير المأهولة وغير المأهولة (الساعة)

مقدمة إلى Spread Spectrum for Drone Communications

وتعتمد عمليات المركبات الجوية غير المأهولة على وصلات سلكية قوية وآمنة وخالية من التدخل، وأصبحت تكنولوجيا الطيف المبسط طريقة أساسية لتحقيق هذه الأهداف عبر كل من النظم التجارية والعسكرية بدون طيار، ومن خلال الإرسال المتعمد لإرسال إشارة على نطاق أوسع بكثير من الحد الأدنى المطلوب، فإن تقنيات الطيف الموزعة تتيح مكاسب كبيرة في القدرة على مواجهة التشويش والكشف من جانب الخصوم والتدهور من التداعم المتعدد.

وتوفر هذه المادة دليلا شاملا لتنفيذ طيف الانتشار في نظم الاتصالات بالأشعة فوق البنفسجية، ونحن نغطي المبادئ الأساسية، وهما التنفيذان المهيمنان (النسخة السريعة من التواتر، والنسخ المباشر من نظام " سبيتر " )، والاعتبارات العملية المتعلقة بتكامل المعدات والبرامجيات، والاتجاهات الناشئة التي ستشكل الجيل القادم من وصلات الطائرات بدون طيار، والمحتوى مكتوب للمهندسين، وموجهي النظم، ومديري الأسطول بدون طيار الذين يحتاجون إلى أفكار تقنية عملية دون تسويق.

أساسيات تكنولوجيا الارتجاف

وينشر الاتصال الطيفي الموسّع طاقة الإشارة الضيقة عبر نطاق الترددات الواسعة، ويتحقق هذا الانتشار باستخدام رمز للسودان المعروف لكل من جهاز الإرسال والاستقبال، وتنشأ الفوائد لأن الإشارة، من منظور مستمع أو مربوط غير مقصود، تبدو ضوضاء منخفضة الطاقة عبر نطاق واسع، وهناك نهجان رئيسيان، كل منهما ذو خصائص متميزة ذات صلة بتطبيقات المركبات الجوية غير المرخصة.

Sectrum (FHSS)

وفي محطة الفضاء الدولية، فإن تواتر الناقل للتغيرات في الإشارات المحالة (الحلقات) بين مجموعة من القنوات المحددة مسبقاً في سلسلة من البرمجيات، والوقت المشترك على كل قناة هو عادة قصير (الثانيات المتوسطة) وبالنسبة للمواقع الجوية غير المستقرة، فإن محطة الخدمات الصحية الاتحادية توفر مقاومة ممتازة لتدخل النطاقات الضيقة، لأنه إذا تم سد قناة واحدة، فإن الترددات التالية للترددات النظيفة، كما أنها توفر تعايشاً جيداً مع نظم اللاسلكي الأخرى (4-ز).

مباشرة (Squence Spread Spectrum)

وتضاعف دائرة خدمات الدعم الميداني إشارة البيانات بسلسلة رقائق عالية الجودة، وتشغل الإشارة الناتجة عن ذلك نطاقاً أوسع هو ناتج معدل الرقاقة ومعدل البيانات الأصلي، ويستخدم نفس التسلسل في جهاز الاستقبال لتبديد الإشارة إلى النطاق الترددي الأصلي.

الفوائد الرئيسية من نشرة عنابر العمليات التي تستخدم فيها المركبات الجوية غير المأهولة

وتعالج مزايا الطيف المنتشر مباشرة أكثر التحديات إلحاحا في الروابط اللاسلكية التي لا تُعرف بطائرات بدون طيار: الأمن والموثوقية والامتثال التنظيمي.

• Enhanced Security Against Jamming and Spoofing:] Without knowledge of the spreading code or hopping sequence, an attacker cannot effectively jam or inject false commands. This is especially vital for beyond visual line of sight (BVLOS) missions where physical intervention is impossible.
• Resistance to Interference from Other RF Sources:] Drones often operate in spectrum-congested environments such as urban centers, near cell towers, or along other UAVs. Spread spectrum’s processing gain rejects narrowband interferers by a factor equal to the spreading ratio. For example, a DSSS ratio to a 10:1
• Low Probability of Detection and Interception (LPD/LPI):] Because the transmitted signal is spread littlely, it resembles noise to a spectrum analyzer. This makes it difficult for unauthorized parties to detect that a drone is present, let alone intercept the data stream. Military UAVs frequently use LPD/LPt.
• Multipath Mitigation:] Spread spectrum techniques inherently combat multipath fading. In DSSS, the rake receiver can combine delayed signal copies; in FHSS, frequency diversity ensures that typical multipath nulls affect only a small fraction of hops. The result is more stable link budgets during banked turns or near reflective surfaces.
• Efficient Spectrum Sharing:] By operating below the noise floor of conventional narrowband signals, spread spectrum allows multiple UAV links to share the same frequency band with minimal mutual interference. This scalability is critical for swarm operations or multi-drone inspection fleets.

تنفيذ نظام " سبيكترروم " في نظم المركبات الجوية فوق البنفسجية

ويتطلب التكامل الناجح اختيارا دقيقا لمخططات العزل، ودعم المعدات، وتخطيط الترددات، والبروتوكولات الأمنية، ويُعدّ هذا البرنامج دليلا تدريجيا مصمما ومشغلا للأسطول.

1 - اختيار التعديل الصحيح: فاسد ضد دي إس إس إس ضد هجين

ويتوقف القرار على موجز البعثات: بالنسبة للطائرات الآلية القصيرة المدى (خمسة كيلومترات) العاملة في بيئات غير متحركة، كثيرا ما تكون هذه الطائرات كافية بسبب انخفاض تكلفتها وبساطة تزامنها، وبالنسبة لبعثات الطيف البعيد أو BVLOS، فإن نظام إدارة الدعم الميداني أو نظام خدمات الدعم الميداني المختلط يوفر زيادة في وتيرة التجهيز، وتحسين هامش التوابع.

2- اختيار المواد الصلبة والقابلية للمقارنة

(ب) ينبغي للمترجمين أن يدعموا طيف الانتشار في الطبعة الفيزيائية، أما بالنسبة لمحطة FHSS، فإن البحث عن رقائق ذات أوقات سريعة لتسوية التردد (200 ميكروغرام) وأجهزة التليفزيون المتكاملة، إذ أن جهاز الترددات (GSS) قد يشمل جهازاً مطابقاً أو موصلاً للرقاقة (SBBS)

3- التخطيط لحالات التواتر والامتثال التنظيمي

(و) أن أنظمة السلطة (FCC, ETSI, OFCOM) تنظم كيفية استخدام طيف الانتشار في نطاقات الإدارة المتكاملة للمواد الكيميائية، وفي نطاق التردد 2.4 GHz، فإن نظم خدمات الدعم الميداني التي تحلق فوق 75 قناة على الأقل مع أقصى قدر من الوقت من الـ 400 متر يمكن أن تتوافق مع الجزء 5-247 من النظام المالي الموحد (DSS) يجب أن تتقيد بكثافة عالية من الطاقة.

4- البروتوكولات الأمنية: التشفير على المنارة

ويوف ِّر طيف العجلات أمناً بدنياً )الأمن عن طريق الغموض(، ولكن ينبغي أن يقترن بتشفير أعلى درجة من أجل الأمن النهائي - النهائي، كما أن بعض مفاتيح التسلسل الهرمي - ٨٢ أو AES-256 يمكن أن تدمج البيانات قبل نشرها، وهذا يحول دون وجود جهاز مركب محفز قد يضغط على رمز الانتشار.

5 - إدماج المنارة المحتوية على مواد أفيونية موجودة

أما الوصلات الشبكية التي تبث الطيف مع متحكم الطيران عن طريق بروتوكول مثل CRSF أو SBUS أو PCM، وبالنسبة لنظم خدمات الدعم الميداني التي تستخدم بروتوكولاً متسلسلاً، فهي تضمن أن معدل البيانات كافٍ لقطع الطيف على الطيف، وإذا كان الطائرة الآلية تحمل أيضاً جهاز إرسال بالفيديو (مثل 5.8 غيغاهيرتز آند في تي إكس)، فإن الحد الأقصى من الانبعاثات في نظام GIR

التحديات والحلول في مجال النشر

وبينما يحل انتشار الطيف مشاكل عديدة، يجب على المهندسين أن يتصدوا لعدة عقبات عملية.

تعقيد النظام وتكاليفه

وتتطلب أجهزة البث اللاسلكية ذات الطيفات المتشددة تسامحا أكثر دقة في الترددات، وتجهيزا للإشارة الرقمية أكثر تطورا، وكثيرا ما يزيد من سرعة المتحكمين في الميكروبات، مما يزيد تكلفة البرمجيات المحتوية على الترددات المتوسطة مقارنة بوحدات أو وحدات البرمجيات الضيقة التي تستخدمها الشبكة، كما أن التخفيف من حدة التأثيرات: استخدام البطاقات المتكاملة التي تجمع بين الموصلات، والمدمرة، ونشر المولدات المتسلسلة في مجموعة واحدة.

استهلاك السلطة

فنظم خدمات الدعم الميداني، لأنها تدير رقائق عالية الجودة باستمرار، تستهلك طاقة أكبر من وحدات السلاسل الضيقة، وبالنسبة لعشرين ميغاواط في 2-4 جيهرتز دي إس إس، فإن إجمالي قدرة النظام قد يكون 1.5 - 2 واط، وهذا يمكن أن يقلل من وقت الطيران بالنسبة لمركبات الطائرات الصغيرة الحجم، والحل: تطبيق بروتوكولات متغيرة للتحكم في الطاقة - يقلل من قدرة النقل عندما يكون هامش الرابط مرتفعا، وينفجر بفعل دوامات الترددات اللاسلكية لإنقاذ الطاقة.

الرقابات التنظيمية

فطبقة " البرمجيات " المختلفة تُعالج مختلف طيف الانتشار، ففي الاتحاد الأوروبي، مثلا، تقيد التوصية 70-03 الصادرة عن لجنة التنسيق الإدارية نظم خدمات الدعم الميداني في نطاق التردد 2.4 GHz إلى حد أقصى قدره 10 ميغاواط إذا استخدمت أكثر من 20 هوب، وتسمح الولايات المتحدة بتبديل واحد مع 75 هوبس، وتكفل استهداف منتجك لمنطقة الامتثال العليا أو يشمل إقامة شبكات ذات تردد متبادل.

Interference from Other UAVs in Swarms

وفي حالة حدوث حرارة، يعمل العديد من وصلات الطيف الموزعة في وقت واحد، وتعطي محطة الفضاء الدولية ذات التسلسلات المستقلة للسودودوراندوم احتمالا ضعيفا للاصطدام (تتصادم واحد كل آلاف هوم) وتسمح شعبة الشفرة في مجموعة الصواريخ المتعددة باستخدام الطائرات بدون طيار بتقاسم التردد نفسه إذا تم تعيين رموز لنشر الأوتاغون، غير أن مشاكل الترددات القريبة يمكن أن تنشأ إذا كان أحد أجهزة التحكم في جهاز ميثيلين.

الاتجاهات المستقبلية لتشكيل مبيد للأشعة فوق البنفسجية

وسيدفع الجيل القادم من الاتصالات بالطائرات بدون طيار نطاق الانتشار إلى أبعد من ذلك باستخدام تقنيات مكيفة ومعلمة وقائمة على استخدام أجهزة الاستطلاع.

وصلة مغنطة للإذاعة والصيدلية

وسيكون بوسع الطائرات العمودية أن تشعر بالبيئة القائمة على الترددات المتوسطة في الوقت الحقيقي وأن تعدل بارامتراتها في الانتشار - نمط القفز، ومعدل الرقاقة، وزوارق النطاق الترددي - لتجنب الازدحام أو التهرب من التشويش، وهذا النهج المعرفي يستخدم التعلم الآلي للتنبؤ بالترددات المثلى وعوامل الانتشار، فعلى سبيل المثال، أثناء الرحلة، يمكن للطائرة بدون طيار التحول من قناة سواتل DSSS إلى محطة ضيقة تبلغ طولها خمسة أمتار.

ميغاواط و بيموز مع سبيريد سبيكتروم

ويتيح الجمع بين الطيف الممتد مع هوائيات متعددة التجهيز المكاني الذي يزيد من تحسين نسبة الإشارة إلى المعالم ويقلل من تدخل المستعملين المتعددين، ويمكن للمحطة الأرضية التي يبلغ عددها 8x8 طبقات أن تستخدم موجة واسعة النطاق مع تعدد الأماكن، مما يتيح للطائرات المتعددة بدون طيار الاتصال بنفس التردد دون اصطدام، وهذا أمر واعد بشكل خاص بالنسبة للحواجز التي تُجرى بلا طيار في مجالي اللوجستيات والاتصالات السلكية واللاسلكية.

Ultra-Wideband (UWB) Spread Spectrum for Altitude Mapping

ويستخدم اليو بي نبضات قصيرة جداً تنتشر على عدة طائرات من طراز GHz، مما يتيح مستوى قياسها بالسنتيمترات إلى جانب الاتصالات، ويمكن استخدام طيف من طراز UWB سواء لوصلات البيانات من الطائرة إلى الأرض أو لتحديد مواقع محددة نسبياً بين الطائرات بدون طيار في رحلة جوية، كما أن النطاق الترددي المرتفع (500 ميغاهرتز أو أكثر) يوفر الحصانة للمرضى المتعددين، ولكنه يتطلب معلومات خاصة عن البطاقات الميكانيكية التي تستخدم بالفعل 80 في بعض أجهزة الرادار المتوقعة.

"كوانتم سايف سبيريد سبيكتروم"؟

وفي حين أن العقد المقبل قد يرى طيفاً منتشراً مقترناً بتوزيع رئيسي كمي لتحقيق أمن غير قابل للكسر نظرياً، ويمكن لمحطة أرضية محمولة من طراز QKD أن تتقاسم رمزاً سرياً لنشر الطائرات بدون طيار بواسطة صور مزودة بالزوارق، مما يجعل الرابط منيع للهجمات الحسابية الكمية، وقد ثبتت النماذج الأولية على منابر الطائرات المحمولة، ولكن حجمها ووزتها وضات الطاقة لا تزال كبيرة.

خاتمة

(أ) إن تنفيذ طيف من أجهزة الاتصال بالطائرات بدون طيار والأشعة فوق البنفسجية مهمة هندسية متعددة الأوجه تمس نظرية العزلة، وتصميم الأجهزة، والامتثال التنظيمي، والأمن التشغيلي، وسواء اخترت أجهزة الاستطلاع ذات التردد العالي لتبسيطها وتدني تكلفتها، أو جهاز الأمن الغذائي لتحقيق مكاسب أعلى، أو اتباع نهج هجين في مجال الرقاقة، فإن الركود الأساسي هو الصلة التي تقاوم بدرجة أكبر التشويش، وهي أكثر موثوقية في بيئة خالية من الحساسية؛

وبالنسبة للوائح العالمية، يمكن للصفحة التنظيمية ITU-R] أن تُنشئ أجهزة تنظيم وطنية مثل ] صفحة تنظيمية تابعة للجنة المالية الدولية توفر قواعد حالية، لاستكشاف الاعتبارات الأمنية المتقدمة، يمكن أن تُنشئ هذه الأجهزة من خلال إدارة عمليات البحث المتعلقة بالأجهزة الجوية