CN102866406B - 一种gps欺骗式干扰方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种GPS欺骗式干扰方法与系统，包括GPS信号数字生成模块和射频发射部分。GPS欺骗式干扰信号生成部分主要FPGA数字平台组成，生成数字GPS干扰信号。射频发射部分包含多个变频器，把数字GPS干扰信号变到GPS卫星信号的标称频率及其上下多个频率，并通过天线把射频信号发射出去，这些信号被GPS接收机接收到的概率大大增加，可以对一定空域的GPS接收机实现欺骗式干扰。同传统GPS干扰系统相比，本干扰系统发射功率小得多，自身安全性可以得到保证。而且，使目标GPS接收机定位到错误的位置，使其失去作战效力。
Description
技术领域
本发明涉及GPS卫星导航领域，具体涉及一种GPS欺骗式干扰方法与系统。
背景技术
美国的GPS（全球定位系统）是当前最广泛应用的卫星导航系统，GPS定位具有全天候、精度高等特点，在军民用领域都有非常广泛的应用。现在的武器系统如精确制导导弹等武器越来越依赖于GPS接收机的定位来实现控制。因此为了对抗此类的GPS制导武器，GPS干扰器有广泛的需求。现在GPS干扰系统主要是发射大功率的宽带信号或窄带信号对一定的空域实现压制式干扰，阻塞GPS接收机系统，使其无法定位。但发射大功率信号有可能被敌方雷达发现，遭到打击而失去干扰作用。也有的干扰系统为转发式干扰，即先接收来自卫星的GPS信号，再把信号进行放大后向目标空域发射，这样目标空域的接收机如果接收到转发式干扰信号，距离测量就不再是视距了，会造成接收机定位错误。虽然这也是一种欺骗式干扰，但是接收机有可能先收到实际信号，也有可能收到干扰信号，这种方法的干扰成功率不能保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种GPS欺骗式干扰方法与系统，其发射的干扰信号被捕捉到概率大于真实信号，其具有发射功率小和自身隐蔽性好的特点。
本发明所发射的干扰GPS信号，信号体制完全和GPS一致，包含多个信号频率，无论接收机如何运动，保证接收机接收到的信号中总有一个信号的频率等于GPS卫星的标称频率，由于一般的GPS接收机都是从GPS的标称频率开始搜索信号的，因此会最先搜索并跟踪到本系统的干扰信号，从而致使接收机定位错误。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种GPS欺骗式干扰系统，主要由数字GPS生成器、数模转换器、N个变频器、合路器、功率放大器和发射天线组成；数字GPS生成器的输出端连接数模转换器的输入端；数模转换器的输出端分为多路，每一路均与一个变频器的输入端相连；多个变频器的输出端共同连接在合路器的多个输入端上；合路器的输出端经由功率放大器与发射天线相连；
数字GPS生成器：首先，根据预设的星历参数，将星历参数编码为导航电文；其次，按照GPS信号的32颗卫星的C/A码结构，生成所有32颗卫星的C/A码；再次，对每一颗GPS卫星信号，均按照约定的频率生成中频载波，并完成导航电文、C/A码、载波信号这三者的扩频和调制，得到每一颗卫星的中频GPS数字信号；最后，将所有32颗卫星的中频GPS数字信号进行叠加，并输出到数模转换器；
数模转换器：将输入的中频GPS数字信号变换为中频GPS模拟信号；
N个变频器：根据设定的步长△，分别将数模转换器生成的中频GPS模拟信号上变频到以GPS的标称射频频率f′为中心、端点为
和
范围内的N个射频频率值上；
合路器：将上述N个变频器输出的具有N个不同射频频率的射频GPS模拟信号进行信号合成；
功率放大器：将合路器送入的合成后的信号进行放大；
发射天线：将放大后的信号发射出去。
上述系统中，所述数字GPS生成器基于FPGA数字平台。
上述系统中，所述GPS的标称射频频率f′为1575.42MHz。
上述系统中，所述变频器的个数N为10个。
上述系统中，所述设定的步长△为1000Hz。
一种GPS欺骗式干扰方法，包括如下步骤：
①首先，根据预设的星历参数，将星历参数编码为导航电文；其次，按照GPS信号的32颗卫星的C/A码结构，生成所有32颗卫星的C/A码；再次，对每一颗GPS卫星信号，均按照约定的频率生成中频载波，并完成导航电文、C/A码、载波信号这三者的扩频和调制，得到每一颗卫星的中频GPS数字信号；最后，将所有32颗卫星的中频GPS数字信号进行叠加；
②将叠加后的中频GPS数字信号变换为中频GPS模拟信号；
③根据设定的步长△，分别将生成的中频GPS模拟信号上变频到以GPS的标称射频频率f′为中心、端点为
和
范围内的N个射频频率值上，其中N为变频器的个数；
④将步骤③得到的N个具有不同射频频率的射频GPS模拟信号进行信号合成；
⑤将合成后的信号进行放大；
⑥将放大后的信号发射出去。
上述方法中，所述GPS的标称射频频率f′为1575.42MHz。
上述方法中，变频器的个数N为10个。
上述方法中，所述设定的步长△为1000Hz。
与现有技术相比，首先，本发明发射的干扰GPS信号与GPS真实信号格式完全一致，且因频率等于GPS卫星的标称频率而最适合接收机搜索，先被GPS接收机捕捉到的概率大于真实信号，因此最容易形成干扰，并致使接收机定位错误。其次，本发明涉及的欺骗式干扰系统不必象普通干扰系统那样发射大功率信号，而被敌方雷达发现，由于其发射功率小，自身隐蔽性好，作战效能大大增加；因而可广泛应用于GPS导航战、电子战。
附图说明
图1为本发明一种GPS欺骗式干扰系统的原理框图；
图2为本发明的具体应用原理图。
具体实施方式
一种GPS欺骗式干扰系统，如图1所示，其主要由数字GPS生成器、数模转换器、N个变频器、合路器、功率放大器和发射天线组成。数字GPS生成器的输出端连接数模转换器的输入端。数模转换器的输出端分为多路，每一路均与一个变频器的输入端相连。多个变频器的输出端共同连接在合路器的多个输入端上。合路器的输出端经由功率放大器与发射天线相连。其中：
数字GPS生成器：首先，预设的星历参数，将星历参数编码为导航电文。其次，按照GPS信号的32颗卫星的C/A码结构，生成所有32颗卫星的C/A码。再次，对每一颗GPS卫星信号，均按照约定的频率生成中频载波，并完成导航电文、C/A码、载波信号这三者的扩频和调制，得到每一颗卫星的中频GPS数字信号。最后，将所有32颗卫星的中频GPS数字信号进行叠加，并输出到数模转换器。所述数字GPS生成器与传统的GPS信号模拟器的数字基带模块的结构相同或相近似。在本发明优选实施例中，所述数字GPS生成器主要基于FPGA数字平台。
数模转换器：将输入的中频GPS数字信号变换为中频GPS模拟信号。
N个变频器：根据设定的步长△，分别将数模转换器生成的中频GPS模拟信号上变频到以GPS的标称射频频率f′为中心、端点为
和
范围内的N个射频频率值上。为了增加GPS接收机搜索到干扰信号的概率，本发明使用多个变频器。在本发明中，所述变频器的个数为10～20个。在本发明优选实施例中，变频器的个数N为10个；GPS的标称射频频率f′为1575.42MHz；设定的步长△为1000Hz。即多个变频器，以1000Hz为步长，分别将基带信号变频到1575.42MHz～1575.42MHz±5000Hz范围内的10个射频频率值上，这10个频率值分别为1570.42MHz、1571.42MHz、1572.42MHz、1573.42MHz、1574.42MHz、1576.42MHz、1577.42MHz、1578.42MHz、1579.42MHz和1580.42MHz。
合路器：将上述N个变频器输出的具有N个不同射频频率的射频GPS模拟信号进行信号合成。
功率放大器：将合路器送入的合成后的信号进行放大。
发射天线：将放大后的信号向目标空域发射出去，从而对一定空域的GPS接收机实现欺骗式干扰。
上述GPS欺骗式干扰系统所实现的一种GPS欺骗式干扰方法，包括如下步骤：
①首先，根据预设的星历参数，将星历参数编码为导航电文；其次，按照GPS信号的32颗卫星的C/A码结构，生成所有32颗卫星的C/A码；再次，对每一颗GPS卫星信号，均按照约定的频率生成中频载波，并完成导航电文、C/A码、载波信号这三者的扩频和调制，得到每一颗卫星的中频GPS数字信号；最后，将所有32颗卫星的中频GPS数字信号进行叠加。
②将叠加后的中频GPS数字信号变换为中频GPS模拟信号。
③根据设定的步长△，分别将生成的中频GPS模拟信号上变频到以GPS的标称射频频率f′为中心、端点为和范围内的N个射频频率值上。在本发明优选实施例中，GPS的标称射频频率f′为1575.42MHz；设定的步长△为1000Hz。上变频后的射频频率10个射频频率值，以1000Hz为步长，并介于1575.42MHz～1575.42MHz±5000Hz范围内，即这10个频率值分别为1570.42MHz、1571.42MHz、1572.42MHz、1573.42MHz、1574.42MHz、1576.42MHz、1577.42MHz、1578.42MHz、1579.42MHz和1580.42MHz，其中N为变频器的个数。
④将步骤③得到的N个具有不同射频频率的射频GPS模拟信号进行信号合成。
⑤将合成后的信号进行放大。
⑥将放大后的信号发射出去。
上述GPS欺骗式干扰系统的具体应用原理如图2所示，由于GPS接收机的工作原理是首先搜索到信号再对信号的频率和相位进行跟踪，并完成信息解码与定位计算。为了方便，一般GPS接收机都是从GPS的标称频率开始搜索，而由于GPS接收机和卫星之间的相对运动，接收机实际接收到的信号总是存在多普勒的，多普勒的范围对于一般动态的接收机，大概是±5000Hz。这样因为GPS干扰系统发出的GPS干扰信号被GPS接收机首先搜索到的概率较大，如果一旦搜索到干扰信号并完成跟踪，接收机的一个伪距测量就错误，并引起定位结果错误。
Claims (9)
1.一种GPS欺骗式干扰系统，其特征是：主要由数字GPS生成器、数模转换器、N个变频器、合路器、功率放大器和发射天线组成；数字GPS生成器的输出端连接数模转换器的输入端；数模转换器的输出端分为多路，每一路均与一个变频器的输入端相连；多个变频器的输出端共同连接在合路器的多个输入端上；合路器的输出端经由功率放大器与发射天线相连；
数字GPS生成器：首先，根据预设的星历参数，将星历参数编码为导航电文；其次，按照GPS信号的32颗卫星的C/A码结构，生成所有32颗卫星的C/A码；再次，对每一颗GPS卫星信号，均按照约定的频率生成中频载波，并完成导航电文、C/A码、载波信号这三者的扩频和调制，得到每一颗卫星的中频GPS数字信号；最后，将所有32颗卫星的中频GPS数字信号进行叠加，并输出到数模转换器；
数模转换器：将输入的中频GPS数字信号变换为中频GPS模拟信号；
N个变频器：根据设定的步长△，分别将数模转换器生成的中频GPS模拟信号上变频到以GPS的标称射频频率f′为中心、端点为
和
范围内的N个射频频率值上；
合路器：将上述N个变频器输出的具有N个不同射频频率的射频GPS模拟信号进行信号合成；
功率放大器：将合路器送入的合成后的信号进行放大；
发射天线：将放大后的信号发射出去。
2.根据权利要求1所述的一种GPS欺骗式干扰系统，其特征是：所述变频器的个数N为10个。
3.根据权利要求1或2所述的一种GPS欺骗式干扰系统，其特征是：所述GPS的标称射频频率f′为1575.42MHz。
4.根据权利要求1或2所述的一种GPS欺骗式干扰系统，其特征是：所述设定的步长△为1000Hz。
5.根据权利要求1所述的一种GPS欺骗式干扰系统，其特征是：所述数字GPS生成器基于FPGA数字平台。
6.一种GPS欺骗式干扰方法，其特征是：包括如下步骤：
①首先，根据预设的星历参数，将星历参数编码为导航电文；其次，按照GPS信号的32颗卫星的C/A码结构，生成所有32颗卫星的C/A码；再次，对每一颗GPS卫星信号，均按照约定的频率生成中频载波，并完成导航电文、C/A码、载波信号这三者的扩频和调制，得到每一颗卫星的中频GPS数字信号；最后，将所有32颗卫星的中频GPS数字信号进行叠加；
②将叠加后的中频GPS数字信号变换为中频GPS模拟信号；
③根据设定的步长△，分别将生成的中频GPS模拟信号上变频到以GPS的标称射频频率f′为中心、端点为
和
范围内的N个射频频率值上，其中N为变频器的个数；
④将步骤③得到的N个具有不同射频频率的射频GPS模拟信号进行信号合成；
⑤将合成后的信号进行放大；
⑥将放大后的信号发射出去。
7.根据权利要求6所述的一种GPS欺骗式干扰方法，其特征是：变频器的个数N为10个。
8.根据权利要求6或7所述的一种GPS欺骗式干扰方法，其特征是：所述GPS的标称射频频率f′为1575.42MHz。
9.根据权利要求6或7所述的一种GPS欺骗式干扰方法，其特征是：所述设定的步长△为1000Hz。
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