CN104360323B - 基于十字阵列的ads-b欺骗式干扰抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于十字阵列的ADS‑B欺骗式干扰抑制方法。其包括利用ADS‑B接收机解析天线阵列中心阵元接收到的目标的身份信息和空中位置信息；结合接收机的位置，将目标的位置信息换算为目标的方位角、俯仰角；将阵列接收到的数据向目标的正交补空间投影，抑制天线阵列接收数据中来向为的信号；利用ADS‑B接收机处理正交投影后数据，识别目标的身份信息；根据欺骗式干扰判决算法判断真实目标和欺骗式干扰等步骤。采用本发明提供的方法进行干扰识别、抑制后，ADS‑B接收机能解调得到真实的ADS‑B信号，以抑制欺骗式干扰，实现空域监视的目的。

Description

基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法
技术领域
本发明属于ADS-B干扰抑制技术领域，特别是涉及一种基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法。
背景技术
广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，简称ADS-B)是一种基于全球卫星导航系统和地-空、空-空数据链通信的航空器监视技术，是国际民航组织确定的未来主要监视技术，被监视的目标(包括航空器或地面车辆)广播自身的位置、飞行意图、自身标识等。与传统的雷达监视技术相比，ADS-B不仅信息更新速率高(ADS-B数据更新间隔可达1秒，而传统雷达数据更新间隔为4～12秒)，定位精度高(ADS-B定位精度可达到米级，而传统雷达的精度为几百米级以上)，而且价格便宜、安装简单，因此在空中交通管制领域应用前景广泛。
然而，由于ADS-B属于被动监视，因此很容易受到各种有意和无意干扰的影响。欺骗式干扰的存在将使ADS-B接收机获得虚假信息，在没有目标的位置误认为存在目标，从而干扰正常的空中交通管制工作，可能引起严重的后果，因此研究ADS-B抗欺骗式干扰技术具有非常重要的意义。
目前，国内外在ADS-B抗干扰领域研究不多，亟需一种有效的ADS-B欺骗式干扰抑制方法。ADS-B信号格式、传输协议完全公开，其广播的空中位置信息包含飞机的经度、纬度和高度，可以采用空域技术识别并抑制欺骗式干扰，保证ADS-B系统安全可靠运行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能识别、判决真实ADS-B信号的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法。
为了达到上述目的，本发明提供的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法包括按顺序进行的下列步骤：
(1)利用ADS-B接收机解析天线阵中心阵元接收到的目标的身份信息和空中位置信息；
(2)根据ADS-B接收机的位置，将上述目标的位置信息换算为目标的方位角、俯仰角
(3)将十字阵列天线接收到的数据向目标的正交补空间投影，以抑制十字阵列天线接收数据中来向为的信号；
(4)利用ADS-B接收机处理步骤(3)得到的正交投影后的结果，识别目标的身份信息；
(5)根据欺骗式干扰判决算法来判断真实目标和欺骗式干扰。
在步骤(2)中，所述的根据ADS-B接收机的位置，将上述目标的位置信息换算为目标的方位角、俯仰角的方法是根据ADS-B接收机的实际位置，将ADS-B目标的经度、纬度、高度换算为天线阵坐标系内目标的方位角和俯仰角
在步骤(3)中，所述的将十字阵列天线接收到的数据向目标的正交补空间投影，以抑制十字阵列天线接收数据中来向为的信号的方法是首先计算方向的导向矢量然后计算其正交投影矩阵将十字阵列天线接收到的数据向目标的正交补空间投影，使天线方向图在目标方向形成零陷，以抑制来向为的信号。
在步骤(4)中，所述的利用ADS-B接收机处理步骤(3)得到的正交投影后的结果，识别目标的身份信息的方法是取正交投影后数据矩阵的任一行送入ADS-B接收机进行处理，以识别出目标的身份信息。
在步骤(5)中，所述的欺骗式干扰判决算法的判决方法是若在步骤(4)中仍然能够识别到与来向为的目标身份相同的ADS-B信号，则该目标为欺骗式干扰；否则，该目标为真实的ADS-B目标。
本发明提供的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法，结合ADS-B信号方位角、俯仰角计算和数字波束形成技术来实现，识别信号的分辨率高。采用本发明方法进行干扰识别、抑制后，ADS-B接收机能解调得到真实的ADS-B信号，以抑制欺骗式干扰，从而达到空域监视要求。
附图说明
图1是实际环境模型图；
图2是本发明中的十字阵列接收信号模型；
图3是本发明提供的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法的原理示意图；
图4是数字波束形成天线方向图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明提供的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法进行详细说明。
如图1所示，欺骗式干扰发射设备1可能广播任何虚假的位置信息，从而导致ADS-B接收机2在没有真实目标的位置误认为存在目标；采用十字阵列天线可以在目标的方向形成零陷，以抑制该方向的信号，从而便于判别真实的信号和欺骗式干扰(图中阵列天线仅为示意图，实际应用中采用十字阵列天线，天线阵列模型如图2所示)。如图3所示，本发明提供的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法是结合ADS-B信号方位角、俯仰角计算和数字波束形成技术来实现。所述的结合ADS-B信号方位角、俯仰角计算和数字波束形成技术，是先计算信号源方位角、俯仰角后识别、抑制干扰。首先利用阵列天线中心阵元接收数据解析目标的身份信息和位置信息，结合接收机自身的位置，将其换算为信号源的方位角和俯仰角；其次，利用正交投影矩阵进行数字波束形成，以抑制接收信号中来向为目标信号的方位角、俯仰角的信号，最后根据是否依然能够接收到身份信息相同的目标信号来识别并抑制欺骗式干扰。
如图3所示，本发明方法是首先利用ADS-B接收机处理阵列天线中心阵元接收到的信号，得到目标的位置信息和身份信息，记为目标x；然后根据ADS-B接收机的位置计算目标x的方位角和俯仰角；之后利用投影矩阵进行数字波束形成，以抑制目标x方向的信号；然后将数字波束形成器任一支路输出信号送入ADS-B接收机进行处理，看能否依然能够识别到与来向为的目标身份信息相同的ADS-B信号；最后判定目标信号是真实的ADS-B信号还是欺骗式干扰。
本发明提供的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法包括按顺序进行的下列步骤：
(1)利用ADS-B接收机解析阵列天线中心阵元接收到的目标的身份信息和空中位置信息；
十字阵列天线的结构如图2所示，其由5个各向同性的阵元组成，建立如图2所示坐标系，以处于中心的阵元作为原点，阵元间距为d＝λ/2(λ为信号波长)，则5个阵元的坐标分别为O(0,0,0)、A(d,0,0)、B(0,d,0)、C(-d,0,0)、D(0,-d,0)。假设入射到该十字阵列天线的信号满足窄带远场平面波的条件，以处于原点的阵元为参考点，方位角为θ，俯仰角为的信号入射到十字阵列天线上(方位角为信号源方向与x轴正向夹角，俯仰角为信号源方向与水平面夹角，如图2所示)，其他阵元相对于参考阵元接收到信号的时延分别为：
其中，θ∈(0,360°)，c为光速，则接收信号的导向矢量为：
其中，信号入射到十字阵列天线时，接收数据模型为：
式中，为十字阵列的5×N维快拍数据矩阵，为空间信号的1×N维矢量，N(t)为十字阵列的5×N维噪声数据矢量，其中N为快拍数。
将阵列天线中心阵元的接收信号送入ADS-B接收机，解析出目标的经度、纬度、高度为(lon′,lat′,h′)，根据目标的身份信息，将目标记为x。
(2)根据ADS-B接收机的位置，将上述目标的位置信息换算为目标的方位角、俯仰角
设ADS-B接收机(图2中坐标原点)的经度、纬度、高度为(lon,lat,h)。在接收范围内，假设地面为水平的，将x轴正向指向经度增长方向，y轴正向指向纬度增长方向，z轴正向沿着竖直向上方向，则可以计算出信号源在图2所示坐标系中的坐标(x,y,z)：
x＝lon′-lon
y＝lat′-lat
z＝h′-h (4)
根据式(5)可求出信号源的方位角、俯仰角
其中，方位角θ为目标方向与x轴正向夹角，俯仰角为目标方向与水平面夹角，如图2所示。
(3)将十字阵列天线接收到的数据向目标的正交补空间投影，以抑制十字阵列天线接收数据中来向为的信号；
计算步骤(2)得到的目标对应导向矢量张成的子空间的正交投影矩阵：
其中
将十字阵列天线接收到的数据向目标的正交补空间投影，使天线方向图在目标信号来向上形成零陷，以抑制来向为的信号：
Rec＝PHX(t) (7)
(4)利用ADS-B接收机处理步骤(3)得到的正交投影后的结果，识别目标的身份信息；
取步骤(3)正交投影后的信号Rec的任一行，将其送入ADS-B接收机，看能否依然识别到与方向的目标(即目标x)身份信息相同的ADS-B信号。
(5)根据欺骗式干扰判决算法来判断真实目标和欺骗式干扰。
欺骗式干扰判决算法如下：若在步骤(4)中仍然能够识别到与来向为的目标(即目标x)身份相同的ADS-B信号，则目标x为欺骗式干扰；否则，目标x为真实的ADS-B目标。
在本实施例中，假设步骤(2)计算出的信号源来向为(100°,60°)，信噪比为SNR＝24dB，图4为采用正交投影方法得到的天线波束图，从图4可以看出采用本发明方法可以准确地在步骤(2)计算出的信号源方向形成零陷，抑制该来向的信号，以便于目标信号真伪的判别。

Claims (5)

1.一种基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法，其特征在于：其包括按顺序进行的下列步骤：
(1)利用ADS-B接收机解析天线阵中心阵元接收到的目标的身份信息和空中位置信息；
(2)根据ADS-B接收机的位置，将上述目标的位置信息换算为目标的方位角、俯仰角
(3)将十字阵列天线接收到的数据向目标的正交补空间投影，以抑制十字阵列天线接收数据中来向为的信号；
(4)利用ADS-B接收机处理步骤(3)得到的正交投影后的结果，识别目标的身份信息；
(5)根据欺骗式干扰判决算法来判断真实目标和欺骗式干扰。
2.根据权利要求1所述的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的根据ADS-B接收机的位置，将上述目标的位置信息换算为目标的方位角、俯仰角的方法是根据ADS-B接收机的实际位置，将ADS-B目标的经度、纬度、高度换算为天线阵坐标系内目标的方位角和俯仰角
3.根据权利要求1所述的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的将十字阵列天线接收到的数据向目标的正交补空间投影，以抑制十字阵列天线接收数据中来向为的信号的方法是首先计算方向的导向矢量然后计算其正交投影矩阵将十字阵列天线接收到的数据向目标的正交补空间投影，使天线方向图在目标方向形成零陷，以抑制来向为的信号。
4.根据权利要求1所述的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述的利用ADS-B接收机处理步骤(3)得到的正交投影后的结果，识别目标的身份信息的方法是取正交投影后数据矩阵的任一行送入ADS-B接收机进行处理，以识别出目标的身份信息。
5.根据权利要求1所述的基于十字阵列的ADS-B欺骗式干扰抑制方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述的欺骗式干扰判决算法的判决方法是若在步骤(4)中仍然能够识别到与来向为的目标身份相同的ADS-B信号，则该目标为欺骗式干扰；否则，该目标为真实的ADS-B目标。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011019978A1 (en) * 2009-08-14 2011-02-17 Sensis Corporation System and method for gnss in-band authenticated position determination
CN102323567A (zh) * 2011-06-13 2012-01-18 四川大学 一种检测ads-b虚假目标的方法
CN202770990U (zh) * 2012-03-27 2013-03-06 四川信能科技发展有限公司 Ads-b抗虚假目标处理系统
CN103124184A (zh) * 2011-09-30 2013-05-29 霍尼韦尔国际公司 具有多径抑制的ads-b接收机系统
CN103441768A (zh) * 2013-08-16 2013-12-11 宁波成电泰克电子信息技术发展有限公司 一种基于时域处理的 ads-b 信号滤波方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011019978A1 (en) * 2009-08-14 2011-02-17 Sensis Corporation System and method for gnss in-band authenticated position determination
CN102323567A (zh) * 2011-06-13 2012-01-18 四川大学 一种检测ads-b虚假目标的方法
CN103124184A (zh) * 2011-09-30 2013-05-29 霍尼韦尔国际公司 具有多径抑制的ads-b接收机系统
CN202770990U (zh) * 2012-03-27 2013-03-06 四川信能科技发展有限公司 Ads-b抗虚假目标处理系统
CN103441768A (zh) * 2013-08-16 2013-12-11 宁波成电泰克电子信息技术发展有限公司 一种基于时域处理的 ads-b 信号滤波方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种通用的GPS多类干扰抑制方法;卢丹 等;《信号处理》;20100531;第26卷(第5期);第682-686页 *
稳健的全球卫星导航系统抗干扰技术研究;卢丹;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20140115(第1期);第I136-113页 *

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