CN109597100A - 一种多模卫星导航诱骗反无人机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，包括控制计算机、仿真计算机、中频信号处理器和射频模块，本发明的有益效果在于，对卫星信号的传播环境、射频干扰、环境噪声、电离层误差、对流层误差进行了理论分析，实现了对多模卫星信号的真实模拟；采用时空统一、直接数字频率合成、多载波信号合成技术，实现了对多模卫星信号的合成，实现导航电文即观测数据等信息，并由此生成任意指定位置和速度的卫星导航模拟信号；本发明通过发射低功率诱骗信号对黑飞无人机进行驱离、防御或迫降，具有对周边电子设备影响小、对人体没有辐射伤害、捕获过程不会误伤人员、不会造成不良社会影响、可全天候24小时连续防御等独特优势。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，具体是一种多模卫星导航诱骗反无人机系统。
背景技术
由于无人机成本低廉、操作方便、功能强大、容易获取，易形成“黑飞”。通常这些无人机由于飞行速度较慢，体积小、飞行高度低，导致雷达反射截面积小，不易被发现和拦截。某些无资质、未经审批的个人和组织利用无人机进行飞行活动也易对国家社会、空中航道、重点目标、大型活动等造成严重安全威胁。更为严重的是，一些不法分子可利用无人机携带炸药、相机、毒品等，对诸如监狱、机场、核设施、军用设施基地、边境等重要区域造成极大安全隐患，严重危及国家和社会公共安全。因此，反无人机系统应运而生。目前，反无人机系统主要分为物理打击、强压制干扰和欺骗式诱导三种。
物理空中打击费用较高、准确度低，容易形成碎片，对地面人群可能造成伤害。使用强电磁脉冲对无人机进行压制扰乱，使无人机失控，自动返航，或者坠落，这种强电磁信号极易干扰市民正常生活，另外失控的无人机也易造成二次伤害。最有效的方式是采用全球导航卫星系统(GNSS)诱骗的功能。通过GNSS诱骗将无人机欺骗到指定位置，之后再进行各种针对性处理，不但可以增强处理的效果，同时可以有效降低处置带来的民众影响，可谓是最佳的无人机反制方案。
目前,桂林电子科技大学研制的产品仅能够生成GPS星座的欺骗信号，能够实现对GPS单模导航系统的诱骗，但是现在主流的无人机都升级到GPS、GLONASS双模导航，产品受限很大，不能适应无人机卫星导航诱骗的实际需求，为此我们推出了一种多模卫星导航诱骗反无人机系统。其基本原理是通过该系统生成GPS星座(32颗)，GLONASS星座(24颗)，BD2星座及其混合卫星轨道、导航电文即观测数据等信息，并由此生成任意指定位置和速度的卫星导航模拟信号。通过天线将此信号辐射出去，遮断天空中真实的卫星导航信号，从而侵入区域内无人机的卫星导航接收终端，将模拟位置和速度参数的信号注入到无人机卫星导航系统，实现对无人机的卫星导航诱骗。
发明内容
1.需要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
2.技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，包括控制计算机、仿真计算机、中频信号处理器和射频模块，所述控制计算机基于Windows操作系统，用于诱骗系统的人机交互界面显示控制；美观友好、操作简单的用户界面装载在控制机上，实现用户仿真初始时刻、初始位置、运动轨迹等初始化设置，用户状态、仿真状态的实时显示。
所述仿真计算机作为诱骗系统数值计算的核心；仿真计算机用于数字计算，包括导航电文产生、载体轨迹生成、传播环境仿真和各种控制字的计算等，并通过CPCI端口将计算所得数据传给中频信号处理器；
所述中频信号处理器是一块独立的CPCI中频信号扩展卡，接收仿真计算机的计算信息并最终合成模拟中频信号；所述中频信号处理器的核心部件为DSPPCI接口、FPGA信号合成和DAC数模转换及信号调理；DSPPCI接口的任务是按时序将控制字传输给FPGA信号合成；FPGA信号合成则主要实现多载波数字中频信号合成以及与DSPPCI接口、DAC的通信；由FPGA信号合成的各系统数字中频信号在DAC数模转换及信号调理中转换为模拟中频信号，还包括时钟晶振。
所述射频模块主要由RF合成器、微控器、正交调制器、电阻网络、数字可调衰减器等五部分组成，实现模拟中频信号上变频到相应导航卫星信号的射频段，并最终通过发射天线发射出去。
诱骗系统模拟多种情况下卫星导航接收机所接收到导航卫星的广播信号。
上述的多模卫星导航诱骗反无人机系统，其中，控制计算机选用CPCI接口的工业级主板，运行用户控制端软件，该软件为图形用户界面软件，主要完成模拟器的初始化设置和实时状态显示。
上述的多模卫星导航诱骗反无人机系统，其中，仿真计算机选用CPCI接口的工业级主板。仿真计算机运行仿真软件，该软件主要包含仿真模型计算软件、仿真控制软件和专用中频信号处理板设备驱动。
上述的多模卫星导航诱骗反无人机系统，其中，所述中频信号处理器包括中频信号处理板，中频信号处理板安装在控制计算机的主板CPCI插槽上，接收仿真计算机的仿真软件实时计算的仿真星广播信号状态，实时重构仿真星广播的中频信号。
上述的多模卫星导航诱骗反无人机系统，其中，中频信号处理板由高速数字信号处理器(DSP)TMS320C6416T、超大规模现场可编程逻辑门阵列(FPGA)XC4VLX60和50MHz高稳定度恒温晶体振荡器(OCXO)为核心，辅以非易失NORFALSH存储DSP和FPGA二进制程序数据、AD9777实现高速数模转换、TC1-1T和LNA实现差分模拟电流信号到模拟电压信号的转换、高精度多路时钟缓冲器实现基准时钟分配、板上隔离式二次电源为整板电路部分提供纯净的供电电源；
上述的多模卫星导航诱骗反无人机系统，其中，仿真软件运行于windows xp系统下，基于VC++6.0软件开发环境开发。核心算法基于C++按照面向对象的算法设计规范开发，所有算法经过优化和检查，提高运行效率，避免指针溢出等算法错误。
上述的多模卫星导航诱骗反无人机系统，其中，所述射频模块中微控器(LPC915)控制RF合成器(Si4133)将高精度时钟晶振提供的50MHz时钟直接上变频到对应频点上，作为正交调制器11(RF2422)的本振(LO)输入；正交调制器将DA输出的I、Q中频模拟信号调制成GPS、GLONASS、BD2射频信号，本案设计只用I路与中频卡相连，Q路输入接地；六位数字可调衰减器13(HMC624LP4)用来控制射频信号输出功率，其增益控制范围为0.5dB～31.5dB；所述射频模块中设有电阻网络，所述电阻网络12包括并联连接的四个100欧的电阻和串联连接的两个75欧的电阻。
3.有益效果
综上所述，本发明的有益效果在于：
(1)本发明能够对卫星信号的传播环境、射频干扰、环境噪声、电离层误差、对流层误差进行了理论分析，实现了对多模卫星信号的真实模拟。
(2)本发明采用时空统一、直接数字频率合成、多载波信号合成技术，实现了对多模卫星信号的合成，实现生成GPS星座(32颗)，GLONASS星座(24颗)，BD2星座及其混合卫星轨道、导航电文即观测数据等信息，并由此生成任意指定位置和速度的卫星导航模拟信号。
(3)本发明通过发射低功率诱骗信号对黑飞无人机进行驱离、防御或迫降，具有对周边电子设备影响小、对人体没有辐射伤害、捕获过程不会误伤人员、不会造成不良社会影响、可全天候24小时连续防御等独特优势。
附图说明
图1为一种多模卫星导航诱骗反无人机系统的工作原理框图；
图2为一种多模卫星导航诱骗反无人机系统中射频模块的框图；
图3为一种多模卫星导航诱骗反无人机系统中电阻网络的电路图。
图中：1-控制计算机；2-仿真计算机；3-中频信号处理器；4-FPGA信号合成；5-DSPPCI接口；6-时钟晶振；7-DAC数模转换及信号调理；8-射频模块；9-RF合成器；10-微控器；11-正交调制器；12-电阻网络；13-数字可调衰减器；14-天线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1：
请参阅附图1至附图3所示，一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，包括控制计算机1、仿真计算机2、中频信号处理器3和射频模块8，所述控制计算机基于Windows操作系统，用于诱骗系统的人机交互界面显示控制；美观友好、操作简单的用户界面装载在控制机上，实现用户仿真初始时刻、初始位置、运动轨迹等初始化设置，用户状态、仿真状态的实时显示。
所述仿真计算机2作为诱骗系统数值计算的核心；仿真计算机用于数字计算，包括导航电文产生、载体轨迹生成、传播环境仿真和各种控制字的计算等，并通过CPCI端口将计算所得数据传给中频信号处理器；
所述中频信号处理器3是一块独立的CPCI中频信号扩展卡，它接收仿真计算机的计算信息并最终合成模拟中频信号；中频信号处理器的核心部件为DSPPCI接口5、FPGA信号合成4和DAC数模转换及信号调理7；DSPPCI接口5的任务是按时序将控制字传输给FPGA信号合成4；FPGA信号合成4则主要实现多载波数字中频信号合成以及与DSPPCI接口5、DAC的通信；由FPGA信号合成4合成的各系统数字中频信号在DAC数模转换及信号调理7中转换为模拟中频信号，还包括时钟晶振6。
所述射频模块8主要由RF合成器9、微控器10、正交调制器11、电阻网络12、数字可调衰减器13等五部分组成，实现模拟中频信号上变频到相应导航卫星信号的射频段，并最终通过发射天线14发射出去。
诱骗系统模拟多种情况下卫星导航接收机所接收到导航卫星的广播信号。
所述控制计算机1选用CPCI接口的工业级主板，运行用户控制端软件，该软件为图形用户界面软件，主要完成模拟器的初始化设置和实时状态显示。
所述仿真计算机2选用CPCI接口的工业级主板。仿真计算机运行仿真软件，该软件主要包含仿真模型计算软件、仿真控制软件和专用中频信号处理板设备驱动。其模拟器软件功能组成；
所述中频信号处理器3包括中频信号处理板，中频信号处理板安装在控制计算机1主板CPCI插槽上，接收仿真计算机2的仿真软件实时计算的仿真星广播信号状态，实时重构仿真星广播的中频信号。
所述中频信号处理板由高速数字信号处理器(DSP)TMS320C6416T、超大规模现场可编程逻辑门阵列(FPGA)XC4VLX60和50MHz高稳定度恒温晶体振荡器(OCXO)为核心，辅以非易失NORFALSH存储DSP和FPGA二进制程序数据、AD9777实现高速数模转换、TC1-1T和LNA实现差分模拟电流信号到模拟电压信号的转换、高精度多路时钟缓冲器实现基准时钟分配、板上隔离式二次电源为整板电路部分提供纯净的供电电源；
仿真软件运行于windows xp系统下，基于VC++6.0软件开发环境开发。核心算法基于C++按照面向对象的算法设计规范开发，所有算法经过优化和检查，提高运行效率，避免指针溢出等算法错误。
所述射频模块8中微控器(LPC915)控制RF合成器9(Si4133)将高精度时钟晶振6提供的50MHz时钟直接上变频到对应频点上，作为正交调制器11(RF2422)的本振(LO)输入；正交调制器11将DA输出的I、Q中频模拟信号调制成GPS、GLONASS、BD2射频信号(I、Q两路为后续可能采用IQ正交两路方式来降低数字信号采样率而预留)，本案设计只用I路与中频卡相连，Q路输入接地；六位数字可调衰减器13(HMC624LP4)用来控制射频信号输出功率，其增益控制范围为0.5dB～31.5dB；所述射频模块8中设有电阻网络12，所述电阻网络12包括并联连接的四个100欧的电阻和串联连接的两个75欧的电阻。
实施例2：
本实施例与实施例1之间的唯一区别在于，用无人车代替无人机。
实施例3：
本实施例与实施例1之间的唯一区别在于，用无人船代替无人机。
使用时，首先，目标机和欺骗系统都正常接收GNSS导航电文，然后，欺骗系统更新同步GNSS信号，之后，欺骗控制系统初始化欺骗配置，生成伪GNSS信号，接着，系统大功率发送伪GNSS信号，侵入目标GNSS接收终端，最后，GNSS训服目标机时钟，目标机定位到伪GNSS信号，将模拟位置和速度参数的信号注入到无人机卫星导航系统，实现对无人机的卫星导航诱骗。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：包括控制计算机(1)、仿真计算机(2)、中频信号处理器(3)和射频模块(8)；所述仿真计算机(2)作为诱骗系统数值计算的核心，并通过CPCI端口将计算所得数据传给中频信号处理器(3)；所述中频信号处理器(3)是一块独立的CPCI中频信号扩展卡，接收仿真计算机(2)的计算信息并最终合成模拟中频信号。
2.根据权利要求(1)所述的一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：所述中频信号处理器(3)包括DSPPCI接口(5)、FPGA信号合成(4)和DAC数模转换及信号调理(7)；DSPPCI接口(5)的任务是按时序将控制字传输给FPGA信号合成(4)；由FPGA信号合成(4)合成的各系统数字中频信号在DAC数模转换及信号调理(7)中转换为模拟中频信号，还包括时钟晶振(6)。
3.根据权利要求(1)所述的一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：所述射频模块(8)由RF合成器(9)、微控器(10)、正交调制器(11)、电阻网络(12)和数字可调衰减器(13)五部分组成，实现模拟中频信号上变频到相应导航卫星信号的射频段，并最终通过发射天线(14)发射出去，所述电阻网络(12)包括并联连接的四个100欧的电阻和串联连接的两个75欧的电阻。
4.根据权利要求1所述的一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：所述控制计算机(1)选用CPCI接口的工业级主板，所述仿真计算机选用CPCI接口的工业级主板。
5.根据权利要求2所述的一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：所述中频信号处理器(3)包括中频信号处理板，中频信号处理板安装在便携式工控计算机主板CPCI插槽上，接收计算机仿真软件实时计算的仿真星广播信号状态，实时重构仿真星广播的中频信号。
6.根据权利要求6所述的一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：所述中频信号处理板由高速数字信号处理器、超大规模现场可编程逻辑门阵列和50MHz高稳定度恒温晶体振荡器为核心，辅以非易失存储DSP和FPGA二进制程序数据、AD9777实现高速数模转换、TC1-1T和LNA实现差分模拟电流信号到模拟电压信号的转换、高精度多路时钟缓冲器实现基准时钟分配、板上隔离式二次电源为整板电路部分提供纯净的供电电源。
7.根据权利要求3所述的一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：所述射频模块(8)中微控器控制RF合成器(9)将高精度时钟晶振提供的50MHz时钟直接上变频到对应频点上，作为正交调制器(11)的本振LO输入；正交调制器(11)将DA输出的I、Q中频模拟信号调制成GPS、GLONASS、BD2射频信号；还包括用来控制射频信号输出功率的六位数字可调衰减器(13)，其增益控制范围为0.5dB至31.5dB。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：用无人车代替无人机。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一种多模卫星导航诱骗反无人机系统，其特征在于：用无人船代替无人机。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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