CN109521446A - 一种动态导航信号欺骗干扰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态导航信号欺骗干扰方法，首先选择导航信号接收机真实经纬度坐标，而后将选定的经纬度坐标逐渐偏移至希望导航信号接收机欺骗到的位置，读取RENIX星历数据，判断所在经纬度坐标的可见星，并根据这些可见星生成导航电文，对可见星分配通信信号之后，将伪导航信号生成IQ数据供发射机读取。发射机读取IQ数据上变频后经可调增益功率放大器放大后进行发射。本方法同传统导航信号干扰方法相比，发射功率小得多，所产生的动态导航欺骗信号选定经纬度坐标从接收机位置开始逐渐变化至希望欺骗到的位置，且经纬度坐标可以为地图上任意位置，不易被接收机本身防干扰所剔除，干扰成功率高。

Description

一种动态导航信号欺骗干扰方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，具体为一种动态导航信号欺骗干扰方法。
背景技术
GPS、北斗、GALILEO、GLONASS导航定位系统是全世界当前最广泛应用的卫星导航系统，导航定位系统具有全方位、全天候、全时段、高精度等特点，在军民用领域具有非常广泛的应用。现在越来越多的具有潜在威胁的装置系统依赖于导航定位系统的来实现控制，例如黑飞无人机等。
因此，为了对抗此类的采用导航定位的系统装置，对此类系统装置的导航信号接收机进行卫星导航信号诱导欺骗。现存导航信号干扰系统主要是对一定的区域发射大功率的宽带信号实现压制式干扰，该压制式干扰可分为瞄准式干扰、阻塞式干扰和相关干扰。压制式干扰的目的为阻塞导航定位接收机，使导航信号接收机无法进行解算定位。
现存导航干扰系统还包括转发式干扰，即预先在不同地点接收来自卫星的导航信号，在信号中加入时延之后，再将信号放大后向目标区域进行发射，这样目标区域导航信号接收机，会错误的接收到其余位地点预先存储的导航信号，位置距离解算会发生偏差，从而造成导航定位发生错误，但是导航信号接收机有可能先接受到真实信号，也有可能先收到干扰信号，这种干扰方法成功率比较低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种动态导航信号欺骗干扰方法，接收机接收到欺骗导航干扰信号后，接收机定位的经纬度随预定经纬度坐标位置信息逐渐变化，提高了干扰成功率，最终欺骗接收机定位至预定位置。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种动态导航信号欺骗干扰方法，包括以下步骤；
步骤1、获取欺骗目标的经纬度，将该经纬度偏移至预定经纬度；
步骤2、读取RINEX星历数据，根据偏移轨迹上的经纬度实时计算所在位置的可见星，并记录可见星的PRN码；
步骤3、根据步骤2得到的可见星，计算可见星和其对应的经纬度之间的距离和光时间，并根据距离和光时间计算可见星的码相位和载波相位参数；
步骤4、根据RINEX星历数据、可见星的PRN码和导航系统的测距码结构，生成导航系统的测距码，并根据步骤三得到的码相位对测距码的相位进行调整，并结合载波相位参数生成导航电文；
步骤5、对步骤4得到的每个可见星的导航电文分配通信信道，生成基带信号，并将基带信号生成IQ数据文件进行存储；
步骤6、发射机读取IQ数据文件，并将其转换为射频信号进行放大发射。
可选的，步骤1中所述欺骗目标的经纬度偏移的方法具体如下；
在欺骗目标的经纬度与预定经纬度之间设置若干个临时经纬度，将欺骗目标的经纬度通过若干个临时经纬度逐步偏移至预定经纬度。
可选的，步骤1中所述欺骗目标的经纬度偏移的方法为，将欺骗目标的经纬度直接偏移至预定经纬度。
可选的，步骤2中计算每个临时经纬度位置的可见星。
可选的，所述预定经纬度为地图上任意位置。
可选的，步骤4中所述导航系统为GPS、GALILEO、GLONASS或北斗导航。
可选的，步骤6中北斗导航、GALILEO和GPS的中心频率为1575.42MHz。
可选的，步骤6中GLONASS的中心频率为1602.5625MHz。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种动态导航信号欺骗干扰方法，通过选择地图上任意变化位置的经纬度坐标，并将该经纬度坐标逐步偏移至预定的经纬度，也可以将欺骗目标的经纬度直接偏移至预定经纬度，根据欺预定的经纬度坐标生成诱导欺骗导航信号，当接收机接收到生成的欺骗导航干扰信号后，接收机定位的经纬度随预定的经纬度坐标位置信息变化。
与压制式干扰和转发式干扰技术相比，该干扰方法产生的动态欺骗导航信号与GPS、GALILEO、GLONASS、北斗导航信号的真实信号格式一致，产生的动态导航欺骗干扰信号可以将工作在中L波段中心频率为1575.42MHz或1602.5625MHz的GPS、GALILEO、GLONASS、北斗导航信号接收机从所在经纬度逐渐欺骗到预定经纬度，接收机的经纬度会随着选定经纬度进行变化，预定经纬度可以为地图上任意位置。本发明涉及的动态导航信号欺骗干扰方法不必像压制式干扰方法那样发射大功率信号，发射功率较小，隐蔽性好。由于导航信号接收机一般首先接收较大功率的信号，因此本发明所发射的伪导航信号经过功率放大器放大后可率先被导航信号接收机搜索并跟踪，从而成功欺骗导航信号接收机导致定位错误。
附图说明
图1为本发明一种动态导航信号欺骗干扰方法原理框图；
图2为本发明的导航信号相位调整原理图；
图3为本发明的通道分配和发射流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，一种动态导航信号欺骗干扰方法，根据选定的经纬度坐标，读取RENIX星历数据，计算可见星确定卫星的可见性、计算可见星的传输时间、码相位和载波相位参数，根据计算的参数生成测距码并对相位进行调整并结合载波相位参数生成导航电文，完成通道信息的分配。至此，数据生成部分全部实现，并能产生IQ数据供发射机上变频至射频信号放大发射，当接收机接收到生成的欺骗导航干扰信号后，接收机定位的经纬度随选定的经纬度坐标位置信息变化，本方法以GPSL1频段信号为例进行验证。
动态导航信号欺骗干扰方法所搭建的系统硬件包括：一台电脑，一个定向天线，一台软件无线电设备，一个增益可调功率放大器，一台接收GPS导航信号并可显示经纬度坐标的导航信号接收机。
本方法以GPS L1频段信号为例进行实施。
请参阅图1，本发明公开了一种动态导航信号欺骗干扰方法，具体步骤如下：
步骤一：首先在地图上选择导航信号接收机的真实经纬度坐标，而后将该经纬度坐标逐渐偏移至预定的预定经纬度。该预定经纬度即为希望接收机欺骗到的位置。
预定经纬度可以为地图上任意位置。
具体的逐步偏移方法如下，在欺骗目标的经纬度与预定经纬度之间设置有临时经纬度，将欺骗目标的经纬度首先偏移至临时经纬度，然后通过临时经纬度逐步偏移至预定经纬度，临时经纬度的数量为若干个；也可以将欺骗目标的经纬度直接偏移至预定经纬度。
步骤二：读取预存储的星历RENIX数据，根据时间判断卫星的运动状态，根据偏移轨迹上的经纬度实时计算所在位置的可见星，并记录可见卫星的伪随机噪声码即PRN码。
根据步骤1的具体逐步偏移，计算可见星的方法可以理解为，在逐步偏移过程中，欺骗目标的经纬度每偏移一次，则计算该偏移位置经纬度的可见星。
步骤三：根据步骤二得到的可见星的运动状态并计算可见星与其对应的经纬度之间的位置距离并计算光时间，进而确定码相位和载波相位参数。
步骤四：根据RINEX星历数据、可见星的PRN码和导航系统的测距码结构，生成导航系统的测距码，并根据步骤三得到的码相位对测距码的相位进行调整，具体示意图可参照图2，按照导航电文结构，根据调整后的测距码结合载波相位参数生成可被导航信号接收机接受的导航电文格式数据。
导航系统为GPS、GALILEO、GLONASS或北斗导航。导航信号具体涉及GPS L1频段、北斗导航B1频段、GALILEO L1频段和GLONASS L1频段。
GPS、GALILEO和GLONASS信号的中心频率均为1575.42MHz，GLONASS L1频段的中心频率为1602.5625MHz。
GPS根据信号中的C/A码结构生成相应卫星的测距码。
步骤五：参阅图3所示，对步骤3得到的每个可见星的导航电文分配通信信道，生成基带信号，并将基带信号生成IQ数据文件进行存储。
以GPS为例，通道分配流程将GPS卫星的导航电文数据分配到以1575.42MHz为中心频点的GPS导航信号通信信道中，并将导航信号生成IQ数据文件发送给软件无线电发射机读取。
步骤六：软件无线电发射机读取电脑提供的IQ数据文件，软件无线电发射机将基带信号上变频到中心频率为1575.42MHz射频信号经可调增益功率放大器放大后进行发射。
步骤七：目标导航信号接收机接收发射机产生的GPS欺骗导航信号，观察接收机定位经纬度的变化，可以观察到接收机定位的经纬度随选定的经纬度坐标位置变化。
本发明提供了一种动态导航信号欺骗干扰方法，涵盖GPS、GALILEO、GLONASS、北斗四种导航信号。导航信号具体涉及GPS L1频段、北斗导航B1频段、GALILEO L1频段和GLONASS L1频段，前三种信号的中心频率为1575.42MHz，GLONASS L1频段的中心频率为1602.5625MHz。本方法目的是随着选定经纬度信息的变化产生动态欺骗的导航信号，且经纬度坐标可以为地图上任意位置。
由于本方法所发射的欺骗导航信号与真实导航信号体制的信号完全一致，动态导航欺骗信号选定经纬度坐标从接收机位置开始逐渐变化至预定的经纬度，不易被接收机本身防干扰所剔除，干扰成功率高。GLONASS L1频段、GALILEO L1频段、北斗B1频段三种导航信号和GPS导航L1频段信号结构类似，可通过以上方法同样进行诱导欺骗干扰。动态导航欺骗信号经过可调增益放大器放大，导航信号接收机率先接收到干扰信号的概率较大，而且进行定位跟踪则会引起定位结果错误。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动态导航信号欺骗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤1、获取欺骗目标的经纬度，将该经纬度偏移至预定经纬度；
步骤2、读取RINEX星历数据，根据偏移轨迹上的经纬度实时计算所在位置的可见星，并记录可见星的PRN码；
步骤3、根据步骤2得到的可见星，计算可见星和其对应的经纬度之间的距离和光时间，并根据距离和光时间计算可见星的码相位和载波相位参数；
步骤4、根据RINEX星历数据、可见星的PRN码和导航系统的测距码结构，生成导航系统的测距码，并根据步骤三得到的码相位对测距码的相位进行调整，并结合载波相位参数生成导航电文；
步骤5、对步骤4得到的每个可见星的导航电文分配通信信道，生成基带信号，并将基带信号生成IQ数据文件进行存储；
步骤6、发射机读取IQ数据文件，并将其转换为射频信号进行放大发射。
2.根据权利要求1所述的动态导航信号欺骗干扰方法，其特征在于，步骤1中所述欺骗目标的经纬度偏移的方法具体如下；
在欺骗目标的经纬度与预定经纬度之间设置若干个临时经纬度，将欺骗目标的经纬度通过若干个临时经纬度逐步偏移至预定经纬度。
3.根据权利要求1所述的动态导航信号欺骗干扰方法，其特征在于，步骤1中所述欺骗目标的经纬度偏移的方法为，将欺骗目标的经纬度直接偏移至预定经纬度。
4.根据权利要求2所述的动态导航信号欺骗干扰方法，其特征在于，步骤2中计算每个临时经纬度位置的可见星。
5.根据权利要求1所述的动态导航信号欺骗干扰方法，其特征在于，所述预定经纬度为地图上任意位置。
6.根据权利要求1所述的动态导航信号欺骗干扰方法，其特征在于，步骤4中所述导航系统为GPS、GALILEO、GLONASS或北斗导航。
7.根据权利要求6所述的一种动态导航信号欺骗干扰方法，其特征在于，步骤6中北斗导航、GALILEO和GPS的中心频率为1575.42MHz。
8.根据权利要求6所述的一种动态导航信号欺骗干扰方法，其特征在于，步骤6中GLONASS的中心频率为1602.5625MHz。
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