CN109581424A - 一种低慢小目标导航欺骗装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低慢小目标导航欺骗装置和方法，解决现有装置和方法对低慢小目标拦截存在安全隐患的问题。所述装置，包含：探测模块、GPS接收机、导航信号模拟器、导航信号发射机；探测模块，用于实时接收目标回波，输出目标信息；GPS接收机，用于接收GPS信号，解算输出GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置；导航信号模拟器，用于接收GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、所述目标信息，并结合欺骗过程的轨迹需求，输出GPS欺骗信号；导航信号发射机，用于根据GPS接收机位置调节GPS欺骗信号的功率大小，向空间辐射。所述方法，用于所述装置生成GPS欺骗信号。本发明实现了对具备抗干扰措施的低慢小目标的欺骗信号生成。

Description

一种低慢小目标导航欺骗装置和方法

技术领域

本发明涉及无人机拦截捕获领域，尤其涉及一种低慢小目标导航欺骗装置和方法。

背景技术

随着无人机市场的日益增长，低慢小目标对公共安全的威胁也日益严重，现有对于低慢小目标的拦截主要分为干扰和摧毁两大类，摧毁类主要是利用导弹、激光武器、微波武器、格斗型无人机以及常规火力等手段直接摧毁低慢小目标，但是目标在坠落时有可能会产生附带损伤。而干扰类则通过向无人机发射定向大功率干扰射频，切断无人机与遥控平台之间的通讯，迫使无人机悬停、降落或返航，这种方式简单有效，但是干扰信号会对周边其他工作在这个频段上的设备产生干扰，并且有可能造成低慢小目标坠毁，形成安全隐患。

发明内容

本发明提供一种低慢小目标导航欺骗装置和方法，解决现有装置和方法对低慢小目标拦截存在安全隐患的问题。

一种低慢小目标导航欺骗装置，包含：探测模块、GPS接收机、导航信号模拟器、导航信号发射机；所述探测模块，用于实时接收目标回波，输出包含目标位置、目标速度的目标信息；所述GPS接收机，用于接收GPS信号，解算输出GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置；所述导航信号模拟器，用于接收所述GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、所述目标信息，并结合欺骗过程的轨迹需求，输出GPS欺骗信号；所述导航信号发射机，用于接收所述GPS接收机位置、GPS欺骗信号，并根据所述GPS接收机位置调节所述GPS欺骗信号的功率大小，向空间辐射功率调节后的GPS欺骗信号。

进一步地，所述导航信号模拟器，包含：轨迹规划模块、控制模块；所述轨迹规划模块，用于接收所述目标信息，并结合欺骗过程的轨迹需求，输出欺骗轨迹信号；所述控制模块，用于接收所述GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、所述欺骗轨迹信号，生成所述GPS欺骗信号。

进一步地，所述导航信号模拟器，还包含：通道合成模块；所述通道合成模块，用于接收所述控制模块输出的每一通道的所述GPS欺骗信号，通道合成后输出给所述导航信号发射机。

优选地，相比真实信号到达所述GPS接收机的功率，所述功率调节后的GPS欺骗信号经空间传播后到达所述GPS接收机的功率至少大30dB。

优选地，所述导航信号模拟器的通道数大于1个。

一种低慢小目标导航欺骗方法，用于所述的导航欺骗装置，包含以下步骤：实时获取目标回波、GPS信号，解算得到所述目标信息、GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置；根据所述目标信息、欺骗需求进行轨迹规划，实时生成所述欺骗轨迹信号；根据所述真实信号导航电文、欺骗轨迹信号、GPS时间，计算得到欺骗信号发射时间；根据所述欺骗信号发射时间修改所述真实信号导航电文中与时间相关的参数，得到欺骗信号导航电文；根据所述欺骗轨迹信号、卫星伪随机噪声码编号生成载波、伪码；根据所述欺骗信号发射时间调整所述欺骗信号导航电文起始比特位置、所述伪码初始相位，并根据所述信号幅值、载波生成GPS欺骗信号。

优选地，所述根据真实信号导航电文、欺骗轨迹信号、GPS时间，计算得到欺骗信号发射时间的步骤，进一步包含：根据所述真实信号导航电文，计算出卫星位置；根据所述欺骗轨迹信号、卫星位置，计算出伪距和欺骗信号传输时间，所述欺骗信号传输时间为所述伪距与光速的比值；根据所述GPS时间、欺骗信号传输时间计算得到所述欺骗信号发射时间为所述GPS时间与所述欺骗信号传输时间之差。

进一步地，所述方法还包含：根据所述GPS接收机位置调节所述GPS欺骗信号的功率大小。

进一步地，在根据所述欺骗信号发射时间调整所述欺骗信号导航电文起始比特位置、所述伪码初始相位，并根据所述信号幅值、载波生成GPS欺骗信号的步骤之后，所述方法还包含：对每一通道的所述GPS欺骗信号进行通道合成。

本发明有益效果包括：本发明提供的低慢小目标导航欺骗装置和方法，利用生成式欺骗干扰方法，即基于接收机实时接收的方法生成与当前真实信号导航电文基本相同的欺骗信号，针对具备一定抗干扰措施的低慢小目标依然有效；同时，通过提高欺骗信号功率的方法直接将欺骗信号成功注入目标GPS接收机，从而可以获得目标GPS定位系统的控制权。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为一种低慢小目标导航欺骗装置实施例；

图2为一种包含控制模块的低慢小目标导航欺骗装置实施例；

图3为一种低慢小目标导航欺骗方法流程实施例；

图4为一种包含功率放大的低慢小目标导航欺骗方法流程实施例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在欺骗信号生成之后，欺骗信号能否成功侵入低慢小目标也是欺骗成功的一个重要环节，以下主要说明通过提高欺骗信号功率的方法直接可将欺骗信号成功注入目标GPS接收机的原因。

GPS接收机内锁相环要稳定跟踪欺骗信号或真实信号，接收机内信号载噪比的值必须大于接收机灵敏度，否则环路就会丧失稳定跟踪该信号的能力，而当大功率的欺骗信号进入接收机前端时，欺骗信号与接收机内某通道本地C/A码互相关形成噪声，从而导致接收机内I、Q支路的噪声方差由式(1)变为式(2)：

欺骗信号入侵接收机之前I、Q支路的噪声方差：

欺骗信号入侵接收机之后I、Q支路的噪声方差：

其中，P_i ^a表示各路真实GPS信号功率，P_j ^s表示各路欺骗信号功率，σ_Ψ ²表示归一化扩频码的互相关方差，对比式(1)和(2)可以得到欺骗信号的加入抬高了接收机噪声基底，从而导致真实信号信噪比降低，而欺骗信号信噪比随着其功率的增加而逐渐增大。在GPS接收机内，信号信噪比与载噪比之间成线性关系，即信号信噪比降低的同时载噪比也在降低，即当欺骗信号功率增至一定程度时，接收机内真实信号的载噪比会降低至接收机灵敏度之下，此时接收机失锁，进入重捕状态，同时对真实信号和欺骗信号进行搜索，由于欺骗信号功率与载噪比比真实信号大，接收机以大概率捕获欺骗信号进而使得欺骗信号进入接收机跟踪环路，至此，欺骗信号成功注入接收机。一般情况下，到达GPS接收机前端的欺骗信号功率至少比真实信号高30dB左右时，才有可能成功欺骗GPS接收机。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

图1为一种低慢小目标导航欺骗装置实施例，用于产生GPS欺骗信号，作为本申请实施例，一种低慢小目标导航欺骗装置，包含：探测模块1、GPS接收机2、导航信号模拟器3、导航信号发射机4。

所述探测模块，用于实时接收目标回波，输出包含目标位置、目标速度的目标信息；所述GPS接收机，用于接收GPS信号，解算输出GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置；所述导航信号模拟器，用于接收所述GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、所述目标信息，并结合欺骗过程的轨迹需求，输出GPS欺骗信号；所述导航信号发射机，用于接收所述GPS接收机位置、GPS欺骗信号，并根据所述GPS接收机位置调节所述GPS欺骗信号的功率大小，向空间辐射功率调节后的GPS欺骗信号。

在本发明实施例中，所述探测模块实时接收目标回波信号，进行信号处理，实时输出目标位置、目标速度，需要说明的是，所述目标信息至少包含目标位置、目标速度，所述目标信息还可以包含其他与目标有关的信息，这里不做特别限定。

在本发明实施例中，所述GPS接收机完成GPS信号的接收与信号处理，所述GPS接收机通过信号处理算法解算出来GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值，并实时传输给所述导航信号模拟器，解算出GPS接收机位置，实时输出给所述导航信号发射机。

在本发明实施例中，所述导航信号发射机根据低慢小目标与发射机的距离实时调节GPS欺骗信号功率并将信号发射出去，使得欺骗信号到达目标GPS接收机时的信号功率比目标接收的真实GPS信号功率大，这样目标GPS接收机内真实信号信噪比会因为欺骗信号的入侵而降低，当信噪比降低至接收机跟踪环路灵敏度以下时，目标GPS接收机失锁进入重捕状态，进入重捕状态的目标GPS接收机同时搜索真实信号和欺骗信号，由于此时欺骗信号功率大于真实信号，且各颗卫星导航电文与真实信号导航电文基本相同，该目标GPS接收机会以更大概率接收欺骗信号，即采用该欺骗方法能成功控制低慢小目标GPS定位系统，据此可实现对低慢小目标的位置控制。

本发明提供的低慢小目标导航欺骗装置，根据真实信号得到生成式欺骗干扰信号，通过提高欺骗信号功率的方法直接将欺骗信号成功注入目标GPS接收机，从而可以获得目标GPS定位系统的控制权。

图2为一种包含控制模块的低慢小目标导航欺骗装置实施例，导航模拟器包含控制模块，作为本申请实施例，一种低慢小目标导航欺骗装置，包含：探测模块1、GPS接收机2、导航信号模拟器3、导航信号发射机4、通道合成模块7，所述导航信号发射机包含：轨迹规划模块5、控制模块6。

一种低慢小目标导航欺骗装置，包含：探测模块、GPS接收机、导航信号模拟器、导航信号发射机；所述探测模块，用于实时接收目标回波，输出包含目标位置、目标速度的目标信息；所述GPS接收机，用于接收GPS信号，解算输出GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置；所述导航信号模拟器，包含：轨迹规划模块、控制模块，所述轨迹规划模块，用于接收所述目标信息，并结合欺骗过程的轨迹需求，输出欺骗轨迹信号；所述控制模块，用于接收所述GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、所述欺骗轨迹信号，生成所述GPS欺骗信号；所述通道合成模块，用于接收所述控制模块输出的每一通道的所述GPS欺骗信号，通道合成后输出给所述导航信号发射机；所述导航信号发射机，用于接收所述GPS接收机位置、GPS欺骗信号，并根据所述GPS接收机位置调节所述GPS欺骗信号的功率大小，向空间辐射功率调节后的GPS欺骗信号。

作为本发明实施例，所述导航模拟器的通道数大于1个，所述导航模拟器的通道数为所述导航接收机收到的卫星信号的数量，对每个通道接收的所述GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、所述目标信息，都结合欺骗过程的轨迹需求，输出GPS欺骗信号给所述通道合成模块。需要说明的是，本发明实施例对所述导航模拟器的通道数不进行特别限定。

所述通道合成模块对接收的每个通道的所述GPS欺骗信号进行通道合成后输出给所述导航发射机。

作为本发明实施例，所述导航发射机根据所述GPS接收机位置调节所述GPS欺骗信号的功率大小，向空间辐射功率调节后的GPS欺骗信号，相比真实信号到达所述GPS接收机的功率，所述功率调节后的GPS欺骗信号经空间传播后到达所述GPS接收机的功率至少大30dB，所述导航发射机对GPS欺骗信号的功率大小调节是实时的。需要说明的是，所述功率调节后的GPS欺骗信号经空间传播后到达所述GPS接收机的功率与真实信号到达所述GPS接收机的功率数值之差可以是本发明实施例中的30dB，也可以是其他满足接收机捕获欺骗信号的数值，这里不做特别限定。

本发明实施例提供的低慢小目标导航欺骗装置，利用生成式欺骗干扰方法对导航接收机实施欺骗，可以实现对具备一定抗干扰措施的低慢小目标的导航欺骗信号生成。

图3为一种低慢小目标导航欺骗方法流程实施例，用于所述的导航欺骗装置生成导航欺骗信号，作为本发明实施例，一种低慢小目标导航欺骗方法，包含以下步骤：

步骤101，实时获取目标回波、GPS信号，解算得到所述目标信息、GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置。

在步骤101中，所述目标信息是根据所述目标回波，通过所述探测模块进行解算得到的，解算的方法为现有技术，这里不做过多说明。

在步骤101中，所述GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置是根据所述GPS信号，通过所述GPS接收机解算得到的，解算的方法为现有技术，这里不做过多说明。

步骤102，根据所述目标信息、欺骗需求进行轨迹规划，实时生成所述欺骗轨迹信号。

在步骤102中，在欺骗初始时刻，所述欺骗轨迹信号的位置与当前低慢小目标的实际位置相同。

在步骤102中，所述欺骗需求为先验信息，由使用人需求得到，进行轨迹规划，实时生成所述欺骗轨迹信号的方法为现有技术，这里不过多说明。

步骤103，根据所述真实信号导航电文、欺骗轨迹信号、GPS时间，计算得到欺骗信号发射时间。

步骤104，根据所述欺骗信号发射时间修改所述真实信号导航电文中与时间相关的参数，得到欺骗信号导航电文。

步骤105，根据所述欺骗轨迹信号、卫星伪随机噪声码编号生成载波、伪码。

在步骤105中，需要说明的是，所述卫星伪随机噪声码编号为卫星PRN号。

步骤106，根据所述欺骗信号发射时间调整所述欺骗信号导航电文起始比特位置、所述伪码初始相位，并根据所述信号幅值、载波生成GPS欺骗信号。

在步骤106中，所述GPS欺骗信号包含三部分，分别为欺骗信号导航电文、载波、伪码，所述GPS欺骗信号伪码初始相位由所述欺骗信号发射时间得到，所述GPS欺骗信号的载波频率为GPS的L1波段频点与多普勒频率计算值之和，所述多普勒频率计算值为由卫星速度、目标速度、欺骗轨迹信号的速度综合计算出的需要补偿的多普勒频率，因此对所述GPS欺骗信号进行多普勒解算时得到的速度信息与所述所述欺骗轨迹信号的速度信息基本一致，因此所述GPS欺骗信号与所述真实信号基本相同，具备欺骗功能。

图4为一种包含功率放大的低慢小目标导航欺骗方法流程实施例，用于生成功率调节的GPS欺骗信号，作为本发明实施例，一种低慢小目标导航欺骗方法，包含以下步骤：

步骤101，实时获取目标回波、GPS信号，解算得到所述目标信息、GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置。

步骤102，根据所述目标信息、欺骗需求进行轨迹规划，实时生成所述欺骗轨迹信号。

步骤201，根据所述真实信号导航电文，计算出卫星位置。

在步骤201中，根据所述真实信号导航电文计算出卫星位置的方法为现有技术，这里不做过多说明。

步骤202，根据所述欺骗轨迹信号、卫星位置，计算出伪距和欺骗信号传输时间，所述欺骗信号传输时间为所述伪距与光速的比值。

在步骤202中，计算所述伪距时需考虑电离层偏差、对流层偏差等误差的影响。

步骤203，根据所述GPS时间、欺骗信号传输时间计算得到所述欺骗信号发射时间为所述GPS时间与所述欺骗信号传输时间之差。

在步骤203中，将导航模拟器当前接收的所述GPS时间作为低慢小目标接收该欺骗信号的接收时间，即欺骗信号接收时间，因此所述欺骗信号发射时间为所述GPS时间与所述欺骗信号传输时间之差。

步骤104，根据所述欺骗信号发射时间修改所述真实信号导航电文中与时间相关的参数，得到欺骗信号导航电文。

步骤105，根据所述欺骗轨迹信号、卫星伪随机噪声码编号生成载波、伪码。

步骤106，根据所述欺骗信号发射时间调整所述欺骗信号导航电文起始比特位置、所述伪码初始相位，并根据所述信号幅值、载波生成GPS欺骗信号。

步骤107，对每一通道的所述GPS欺骗信号进行通道合成。

步骤108，根据所述GPS接收机位置调节所述GPS欺骗信号的功率大小。

在步骤108中，将所述GPS接收机位置近似看作导航信号发射机的位置信息。

本发明实施例提供的低慢小目标导航欺骗方法，基于GPS接收机工作原理，分析了欺骗信号功率对接收机噪声基底以及信号信噪比的影响，结合接收机跟踪环路的灵敏度要求提出一种欺骗信号注入接收机的方法。此外，考虑到现有低慢小目标可能具有的一些抗干扰措施，提出了一种基于GPS接收机实时接收真实信号，从而利用当前真实信号的导航电文以及接收机位置速度信息生成欺骗信号，该欺骗信号的星历、历书等信息与真实信号基本相同，故可欺骗部分具备抗干扰措施的低慢小目标。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种低慢小目标导航欺骗装置，其特征在于，包含：探测模块、GPS接收机、导航信号模拟器、导航信号发射机；

所述探测模块，用于实时接收目标回波，输出包含目标位置、目标速度的目标信息；

所述GPS接收机，用于接收GPS信号，解算输出GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置；

所述导航信号模拟器，用于接收所述GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、所述目标信息，并结合欺骗过程的轨迹需求，输出GPS欺骗信号；

所述导航信号发射机，用于接收所述GPS接收机位置、GPS欺骗信号，并根据所述GPS接收机位置调节所述GPS欺骗信号的功率大小，向空间辐射功率调节后的GPS欺骗信号。

2.如权利要求1所述的低慢小目标导航欺骗装置，其特征在于，所述导航信号模拟器，包含：轨迹规划模块、控制模块；

所述轨迹规划模块，用于接收所述目标信息，并结合欺骗过程的轨迹需求，输出欺骗轨迹信号；

所述控制模块，用于接收所述GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、所述欺骗轨迹信号，生成所述GPS欺骗信号。

3.如权利要求1所述的低慢小目标导航欺骗装置，其特征在于，所述导航信号模拟器，还包含：通道合成模块；

所述通道合成模块，用于接收所述控制模块输出的每一通道的所述GPS欺骗信号，通道合成后输出给所述导航信号发射机。

4.如权利要求1所述的低慢小目标导航欺骗装置，其特征在于，相比真实信号到达所述GPS接收机的功率，所述功率调节后的GPS欺骗信号经空间传播后到达所述GPS接收机的功率至少大30dB。

5.如权利要求3所述的低慢小目标导航欺骗装置，其特征在于，所述导航信号模拟器的通道数大于1个。

6.一种低慢小目标导航欺骗方法，用于权利要求1～5任一项所述的导航欺骗装置，其特征在于，包含以下步骤：

实时获取目标回波、GPS信号，解算得到所述目标信息、GPS时间、真实信号导航电文、信号幅值、GPS接收机位置；

根据所述目标信息、欺骗需求进行轨迹规划，实时生成所述欺骗轨迹信号；

根据所述真实信号导航电文、欺骗轨迹信号、GPS时间，计算得到欺骗信号发射时间；

根据所述欺骗信号发射时间修改所述真实信号导航电文中与时间相关的参数，得到欺骗信号导航电文；

根据所述欺骗轨迹信号、卫星伪随机噪声码编号生成载波、伪码；

根据所述欺骗信号发射时间调整所述欺骗信号导航电文起始比特位置、所述伪码初始相位，并根据所述信号幅值、载波生成GPS欺骗信号。

7.如权利要求6所述的低慢小目标导航欺骗方法，其特征在于，所述根据真实信号导航电文、欺骗轨迹信号、GPS时间，计算得到欺骗信号发射时间的步骤，进一步包含：

根据所述真实信号导航电文，计算出卫星位置；

根据所述欺骗轨迹信号、卫星位置，计算出伪距和欺骗信号传输时间，所述欺骗信号传输时间为所述伪距与光速的比值；

根据所述GPS时间、欺骗信号传输时间计算得到所述欺骗信号发射时间为所述GPS时间与所述欺骗信号传输时间之差。

8.如权利要求6～7任一项所述的低慢小目标导航欺骗方法，其特征在于，所述方法还包含：

根据所述GPS接收机位置调节所述GPS欺骗信号的功率大小。

9.如权利要求6～7任一项所述的低慢小目标导航欺骗方法，其特征在于，在根据所述欺骗信号发射时间调整所述欺骗信号导航电文起始比特位置、所述伪码初始相位，并根据所述信号幅值、载波生成GPS欺骗信号的步骤之后，所述方法还包含：

对每一通道的所述GPS欺骗信号进行通道合成。