數位天空的隱形戰場：解析無人載具的通訊韌性與反制偵測技術

在過去的十年中，無人機（Unmanned Aerial Systems, UAS）從軍事偵察的專利飛入了尋常百姓家，更滲透進物流配送、基礎設施巡檢以及農業應用等商業領域，然而隨著無人機數量的幾何級數增長，我們正面臨一個前所未有的技術分水嶺：如何確保這些飛行機器在充滿電磁雜訊的環境中安全導航？同時，我們又該如何精確地偵測並防禦那些未經授權或惡意的無人機？

這不僅僅是航空動力學的問題，更是一場發生在無線電頻譜（RF Spectrum）上的隱形戰爭，本文將深入探討目前針對無人載具最先進的測試方法論，涵蓋從鏈路通訊、GNSS 導航抗干擾到雷達截面積（RCS）特徵分析的全方位技術解析。

無線電鏈路的生命線—在擁擠的 ISM 頻段中求生

絕大多數的商用無人機都依賴無線電鏈路進行指揮控制（C2, Command and Control）以及視訊回傳，然而這些訊號大多運作在不需要執照的 ISM 頻段（如 2.4 GHz 和 5.8 GHz），這是一個極度擁擠的頻譜空間，充滿了 Wi-Fi、藍牙以及其他消費性電子的訊號。

跳頻擴頻（FHSS）技術的測試挑戰

為了在干擾中維持連線，現代無人機普遍採用跳頻擴頻（Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS）技術，無人機與控制器之間的通訊頻率會以極快的速度在頻帶內不斷跳動，對於測試工程師而言，挑戰在於如何捕捉並分析這些瞬態訊號。

在實驗室環境中，測試設備必須具備極高的即時頻寬（Real-time Bandwidth），才能完整錄製下跳頻的模式，透過先進的頻譜監測系統，我們可以分析無人機的「射頻特徵（RF Fingerprint）」，這不僅是為了優化通訊品質，更是為了安全——因為每一種無人機的跳頻邏輯都可能成為其被偵測與識別的特徵。

視距外通訊（BVLOS）與蜂巢式網路的整合

隨著應用場景的擴大，視距外（Beyond Visual Line of Sight, BVLOS）飛行成為必然趨勢，這時傳統的点對点 RF 鏈路已不足以支撐，無人機開始轉向利用既有的 4G LTE 甚至 5G 行動網路進行通訊。

然而，空中的訊號環境與地面截然不同，基地台的天線通常向下傾斜以覆蓋地面用戶，這導致空中的訊號覆蓋呈現碎片化，且容易受到來自多個遠處基地台的同頻干擾，因此，針對無人機的網路測試需要特殊的掃描設備，透過搭載在無人機上的行動網路掃描器（Scanner），工程師可以繪製出空中的 3D 訊號覆蓋圖，分析參考訊號接收功率（RSRP）與訊號干擾噪聲比（SINR），這對於確保無人機在城市峽谷或偏遠地區飛行時，不會因為網路切換（Handover）失敗而失聯至關重要。

無人機搭載行動網路掃描器進行 3D 訊號覆蓋量測，以驗證空中蜂巢式網路的連線品質。
 

導航的阿基里斯之踵—GNSS 訊號的脆弱性與模擬驗證

對於自動化飛行的無人機而言，全球導航衛星系統（GNSS，包括 GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou）就是它的眼睛，然而，GNSS 訊號從兩萬公里外的高空抵達地面時，強度已極其微弱，這使得它極易受到干擾（Jamming）甚至欺騙（Spoofing）。

實驗室裡的「虛擬天空」

為了驗證無人機在極端環境下的導航韌性，我們不能僅依賴戶外試飛，因為真實的衛星訊號無法被控制或重現，這時我們需要先進的 GNSS 模擬器，GNSS 模擬器可以在實驗室中創造出一個完全可控的「虛擬天空」，工程師可以設定：

1. 多星系與多頻段：
   同時模擬 GPS L1/L2/L5, Galileo E1/E5 等多種訊號，測試多頻接收機的效能。
2. 動態場景：
   模擬無人機進行高機動飛行時的都卜勒效應（Doppler Effect）以及訊號遮蔽（Obscuration），例如無人機飛過高樓後方導致衛星訊號中斷的情境。
3. 干擾與欺騙攻擊：
   這是安全測試的核心。模擬器可以生成與真實衛星訊號極為相似的「假訊號（Spoofing signals）」，誘騙無人機偏離航道；或是產生寬頻雜訊進行壓制干擾。透過這些測試，開發者可以驗證無人機是否具備偵測並抵抗這些攻擊的演算法。

高階 GNSS 模擬器能夠同時生成多個星系的衛星訊號，並模擬訊號遮蔽與多路徑效應，為無人機導航測試提供可重複的實驗環境。
 

矛與盾的對決—反無人機系統（C-UAS）的技術解構

隨著無人機威脅的增加（如侵入機場、監獄或重要設施），反無人機系統（Counter-UAS, C-UAS） 的需求急劇上升，這類系統通常包含「偵測（Detect）」、「識別（Identify）」、「定位（Locate）」與「反制（Mitigate）」四個階段。

頻譜偵測：聽音辨位

最被廣泛採用的偵測技術是無線電頻譜監測，由於無人機與控制器之間必須保持通訊，這些訊號就成了暴露其位置的線索，先進的 C-UAS 系統（如 ARDRONIS）利用高靈敏度的天線與接收機，掃描頻譜中的特徵訊號，即使在充斥著 Wi-Fi 與藍牙訊號的複雜環境中，系統也能透過訊號特徵庫（Library）比對，迅速識別出是大疆（DJI）、Parrot 還是自組的穿越機（FPV）；更進一步，透過到達時間差（TDOA）或到達角（AoA）技術，系統不僅能發現無人機，還能定位出「飛手（Pilot）」的位置，這對於執法單位來說至關重要，因為處置操作者往往比單純擊落無人機更有效。

雷達偵測：看見那些「隱形」的物體

對於不發射無線電訊號的「靜默無人機」或自主飛行無人機，頻譜偵測便無用武之地，這時就需要依賴雷達；然而無人機通常由塑膠或碳纖維製成，其雷達截面積（RCS）極小，甚至與鳥類相當，為了區分無人機與飛鳥，現代雷達測試利用微都卜勒效應（Micro-Doppler Effect），無人機的旋翼轉動會產生獨特的頻率調變特徵，這與鳥類拍打翅膀的特徵截然不同，透過模擬這些雷達回波，工程師可以訓練雷達系統更精確地進行目標分類。

軟殺傷：電子反制

當確認威脅後，最常見的反制手段是電子干擾（Jamming），即所謂的「軟殺傷（Soft Kill）」，智慧型干擾器（Smart Jammer）不會盲目地發射大功率雜訊（這會干擾合法的通訊），而是針對無人機的特定控制頻率或 GNSS 頻率進行精確的頻段阻斷，當無人機失去控制鏈路或導航訊號時，通常會觸發「自動返航（Return to Home）」或「原地降落」的失控保護機制，從而解除威脅。

ARDRONIS 系統透過監測無線電鏈路，能在無人機起飛前即偵測到遙控器訊號，提供關鍵的早期預警。
 

未來展望—通訊與感測的融合

無人機技術的演進正推動著無線電技術的邊界，我們看到了5G 行動網路成為無人機通訊的新標準，這帶來了高頻寬、低延遲的優勢，但也引入了複雜的網路切片與服務品質（QoS）測試需求；同時 感測與通訊一體化（ISAC, Integrated Sensing and Communication） 的概念正在 6G 研究中萌芽，未來的無人機通訊波形可能同時具備雷達探測功能，讓無人機在傳輸數據的同時，也能感知周遭環境，這將大幅降低載荷重量並提升效率；為了應對這些挑戰，測試設備必須具備高度的靈活性與頻寬，從訊號產生、頻譜分析到複雜的場景模擬，唯有通過嚴苛的「數位試煉」，未來的無人機才能安全地翱翔於我們的頭頂。

推薦解決方案

針對本文所探討的無人機測試、驗證與反制需求，奧創系統 提供了業界最完整的解決方案，協助客戶在研發、生產及部署階段確保系統的效能與安全性：

無人機反制系統 (C-UAS) - R&S ARDRONIS

1. 這是一套經實戰驗證的綜合反無人機解決方案，它能自動偵測、識別、分類並定位無人機及其操作者。
2. 具備早期預警功能，甚至在無人機起飛前即可偵測到遙控器訊號。
3. 支援精確的電子反制（Jamming），可選擇性地中斷無人機的控制鏈路或 GNSS 訊號，而不影響周遭合法的通訊運作。

GNSS 模擬與測試 - R&S SMBV100B / R&S SMW200A：

1. 提供多星系（GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou）與多頻段的即時訊號模擬。
2. 支援高動態場景模擬，可驗證無人機在高速飛行及訊號遮蔽環境下的導航韌性。
3. 具備先進的干擾與欺騙（Jamming & Spoofing）模擬功能，協助開發抗干擾導航接收機。

行動網路覆蓋分析 - R&S NESTOR / R&S ROMES：

1. 針對 BVLOS 飛行，這些軟體配合 R&S 行動網路掃描器（如 TSME6），可進行空中的 3D 網路覆蓋量測與分析。
2. 能分析 LTE/5G 網路在空中的訊號品質，識別干擾源與網路盲區，確保無人機通訊鏈路的穩定性。

雷達與頻譜訊號分析 - R&S FSW / R&S PulseSequencer：

1. R&S FSW 訊號及頻譜分析儀具備極高的動態範圍與分析頻寬，適用於分析無人機的跳頻訊號及雷達回波特徵。
2. 搭配 PulseSequencer 軟體，可模擬複雜的雷達訊號環境，用於驗證無人機偵測雷達的分類演算法及抗雜訊能力。