“被动式”无人机监测技术研究与开发研究背景近年无人机“黑飞”事件屡有发生，对机场、核设施和军政要地等特殊区域构成重大安全威胁。被动探测技术与
主动探测技术对比被动探测技术主动雷达探测技术无需发射电磁波，对环境无影响需要发射电磁波，会带来辐射污染和安全隐患以MAC地址判别无
人机，识别准确，无虚警按目标反射回波判别，对低、慢、小目标容易虚警对场所无要求使用场所受限，如机场等只有接收设备且简单，成本较低需
要发射和接收设备且复杂，成本高研究目的研究主流商用无人机的通信机制，通过被动接收无人机发出的通信信号并分析通信数据，实现对无人机的
识别发现；研究基于信号到达时差定位技术，实现对无人机的定位和监视。主要研究内容一、无人机通信协议研究IEEE定义WLAN采用Wi-
Fi通信协议由工作站(STATION)、接入点（AP）、无线媒介等组成使用2.4GHz频段、5GHz频段无人机通信主要采用Wi-F
i协议中的2.4GHz频段，一共有14个信道主要研究内容MAC地址详解MAC地址是每个网络设备的“身份标识符”，每个设备的MAC地
址都是固定且唯一的。MAC地址是由IEEE标准化组织管理并向各网络设备产商分配的设备物理地址，MAC地址一共6个字节，前3个字节是
IEEE给注册申请MAC地址厂商分配的地址段代码，后3个字节由厂商自行分配给网络设备。通过MAC地址来判别无人机，是本研究的核心设
计思路。主要研究内容二、试验系统组成选用基于雷凌公司RT5350芯片的Wi-Fi模块，搭建实验系统。解决无人机信号接收的难题主要研
究内容（1）Wi-Fi信道扫描命令iwprivra0setSiteSurvey=1（2）Wi-Fi信道跟踪锁定命令iwpri
vra0setChannel=？（1-14）（3）RT5350模块返回的数据格式FFFF00080000ffffffffff
ffbcd177220ff4bcd177220ff4ffffffac主要研究内容三、MAC帧格式分析22666260-23124帧
控制持续时间地址1地址2地址3顺序控制地址4帧数据校验所有Wi-Fi数据都采用表中的格式进行封装，地址1，2，3，4分别代表目的地
址、源地址、接收端地址和发送端地址。MAC帧分为数据帧、控制帧和管理帧3类，由帧控制字段指定。通过对帧控制字段的分析，可获取通信设
备的MAC地址等关键信息。各字段在不同的帧类型中可能具有不同的定义，需要根据帧类型进行相应的信息提取。MAC帧控制字段分析名称描述
比特协议版本显示该帧所使用的MAC版本2类型、子类型用来指定使用的帧的类型，详见表4，5，62+4ToDS、FromDS用来指
示帧的目的地是否为分布式系统（DS）1+1更多分片除了最后一个片段，其他片段均会将此位设定为11重试指示该帧是否需要重传1…MAC
帧控制字段分析ToDSFromDS地址1地址2地址3地址400DASABSSID不可用01DABSSIDSA不可用10BSSI
DSADA不可用11RATADASABSSID：AP的MAC地址DA：MAC帧的目的地址SA:MAC帧的源地址RA:MAC帧的
实际接收方地址TA:MAC帧的实际发送方地址Wi-Fi协议中MAC地址的对应关系网络包数据消息消息类型判断管理帧控制帧数据帧配
对MACMAC提取控制台提取工作站MAC-厂商查询制造商对照表判别目标属性发现目标FFFF00080000fffffffff
fffbcd177220ff4bcd177220ff4ffffffac信号强度MAC3MAC2MAC1FFFF：数据消息标识
，表示该帧为MAC帧数据0008：帧类型、子类型0000：ToDS、FromDS指示帧中MAC地址的位置MAC：目标物理地址，根
据帧类型和DS指示，可实现人机和控制器的配对信号强度：信号强度大小代表无人机的距离远近，变化趋势代表着无人机的运动趋势四、数据分析
及目标识别算法五、三站信号到达时差定位技术主要创新一、无人机被动式探测技术对环境无影响，安全性高，特别适用于机场等对通信严格管制的
场所。二、基于MAC地址的目标识别技术将无线网络监测技术应用于无人机判别，可准确定位无人机的厂商和个体。研究成果RT5350开发板
实物图片研究成果实验所用的大疆无人机图片研究成果无人机监测程序研究成果进行无人机信号识别“监听”实验研究成果研制了无人机信号“被动
式”探测识别原理样机，并在大疆无人机PHANTOM3上进行了实际验证，实现了无人机信号的自动发现与识别。对三站时差定位算法进行了研
究和仿真，验证了对无人机信号进行时差定位的可行性。研究总结1.本研究设计完成了具备截收、分析、识别功能的无人机被动监测技术的演示
验证系统，研究和实验表明“被动式”无人机监测技术的技术路线是可行的。2.目前国内反无人机市场尚未发现有同类产品，有较好的技术效益和
市场应用前景。3.为解决发现无人机后的定位问题，对无源定位中的二维三站信号到达时差定位算法进行了研究和仿真，验证了对无人机信号进
行时差定位的可行性。研究展望对无人机使用的5GHz频段信号进行接收采集和分析研究，以适用于更多应用场景；MAC地址分配库需要不断更
新完善；研制无人机信号的三站时差定位原理样机；研究无人机的干扰、反制、劫持技术。敬请批评指正！谢谢！尊敬的各位评委、老师，我的研究
课题是：“被动式”无人机监测技术研究与开发。我曾在一篇新闻报道中看到无人机的黑飞事件，就想到了自己平时玩遥控飞机时，总要将遥控器和
飞机匹配上后才能操控飞机，就像是连一座桥一样，那如果把这座桥斩断，飞机还如何飞呢？借此灵感，我从无人机通信途径着手，转“斩断”为“
窃听”，得出了被动式的无人机探测技术。目前国内反无人机产品主要采用主动雷达探测技术。我研究的被动探测技术与主动探测技术相比，有以下
几点不同：（1）被动探测技术无需发射电磁波，对环境无影响，而主动探测技术需要发射探测电磁波，会带来辐射污染和安全隐患。（2）本研究
以探测到的MAC地址判别无人机，识别准确，无虚警，而主动探测技术按目标反射回波判别，对类似无人机的低、慢、小目标容易产生虚警。（3
）主动雷达发射的探测电磁波会对同频段的其他电子设备产生干扰，影响其他电子设备的正常工作，所以不适合机场等严格管制无线电使用的场所，
而被动式探测对场所无要求。（4）被动探测技术只需要接收设备，而主动雷达探测同时需要发射和接收设备；另外Wi-Fi接收设备相比雷达探
测设备简单且成本较低。研究目的：研究主流商用无人机的通信机制，通过被动接收无人机发出的通信信号并分析通信数据，实现对无人机的发现和
监视。下面介绍主要研究内容：无人机通信采用的是IEEE802.11协议簇中的WLAN协议，也就是Wi-Fi协议。协议规定WLAN
由接入点、工作站、无线媒介等组成，主要使用2.4GHz和5GHz频段。大部分无人机都采用2.4ghz频段，该频段一共有14个信道。
本研究第一个难题就是识别Wi-Fi信号是无人机使用的还是其他Wi-Fi设备使用的。为保证网络通信的确定性，每个网络设备都分配有固定
且唯一的MAC地址。MAC地址是由IEEE标准化组织管理并向各网络设备产商分配的设备物理地址，MAC地址一共6个字节，前3个字节是
IEEE给注册申请MAC地址厂商分配的地址段代码，后3个字节由厂商自行分配给网络设备。通过识别Wi-Fi信号中的设备MAC地址来判
别无人机是本研究的核心设计思路。研究中我选用了基于RLINK公司RT5350芯片的无线路由器开发板来搭建实验系统，该开发板通过网络
或串口与计算机相连，通过计算机发送控制命令给开发板，就可以实现对空中Wi-Fi所有信道的自动扫描或者连续监听。（1）是Wi-Fi信
道扫描命令，开发板会扫描所有信道，探测是否有Wi-Fi的接入点在工作。（2）是信号锁定监听命令，可对用户指定的信道进行连续的监听。
（3）在扫描或监听模式下，开发板都会自动接收空中的Wi-Fi信号数据，并将数据通过网络返回给计算机，这是返回结果的数据帧格式。Wi
-Fi数据的传输单元叫“MAC帧”，按照固定格式进行封装，地址1，2，3，4都可能包含设备的MAC地址。MAC帧分为数据帧、控制帧
和管理帧3类，由帧控制字段指定。通过对帧控制字段的分析，可获取通信设备的MAC地址等关键信息。各字段在不同的帧类型中可能具有不同的
定义，需要根据帧类型进行相应的信息提取。帧控制字段定义了帧类型、子类型和ToDS,FromDS等关键信息。这是MAC控制字段中的ToDS、FromDS与MAC地址的对应关系，根据不同的对应关系可以准确提取设备的MAC地址，并判明帧的发送者和接收者。这是实际采用的无人机目标识别算法流程图本研究的主要创新有两点，一是无人机被动式探测技术，二是基于MAC地址的目标识别技术。报告结束，敬请批评指正，谢谢！ |
|
