CN109738873B - 一种ads-b抗干扰防欺骗地面单站系统 - Google Patents

一种ads-b抗干扰防欺骗地面单站系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种ADS‑B抗干扰防欺骗地面单站系统，该系统是在保留原ADS‑B系统所有功能的基础上，采用单脉冲和差测角处理技术，对目标源的方位进行精确探测，其能够对绝大多数方位的潜在虚假欺骗目标进行判别，从而实现ADS‑B抗干扰防欺骗的目的；同时，该系统还具备体积小、重量轻、易于架设、设备维护方便、实用性强、角度分辨率小于0.6°的特点，该系统在利用单脉冲和差技术进行测角处理的同时，还融入了目标几何一致性和目标意图一致性的判断，这样能够更加有效地实现ADS‑B抗干扰防欺骗的效果。

Description

一种ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统
技术领域
本发明涉及空管数据处理设备的技术领域，特别涉及一种ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统。
背景技术
随着广播式自动相关监视技术(ADS-B)在全球范围内的不断建设和推广，其在航空运输领域取得显著的技术效益和社会效益，但是该广播式自动相关监视技术自身的开放共享式自动监视架构同时也面临着易受人为虚假欺骗或者出现错误信息等安全问题的挑战。由于广播式自动相关监视系统是通过1090ES地空/空空数据链对飞机位置等信息进行广播式的自我报告，这种开放式的自主监视架构极容易受到黑客的侵入和虚假信息的欺骗，从而使得该广播式自动相关监视系统可能产生的虚假数据或者错误位置信息等对其他邻近的飞机或者地面监视只指挥系统造成误导，并导致飞机飞行混乱或者其他灾难性事故的发生。
针对上面介绍的广播式自动相关监视系统存在的安全性问题，美国联邦航空局和欧洲航行安全组织分别提出了ADS-B SCAP和CASCADE(ADS-B)-Security这两个研究项目，这两个项目均认为电子欺骗和无线电干扰是ADS-B OUT所面对的主要安全性问题，其实质上是恶意或者无疑地利用ADS-B发射机发射错误的飞行器位置信息或者飞行器代码，若对应的ADS-B接收机不具备抗虚假电子欺骗的能力，这会导致产生连续且无法消除的虚假目标，从而造成严重的安全隐患。目前。国内对于ADS-B安全性的研究主要集中在理论研究的层面上。现有的抗电子欺骗的手段主要是借助一次/二次雷达形成的航迹与ADS-B输出的航迹进行对比和校验以进行虚假目标的判定，但是这种手段属于消极被动式的事后处理。虽然上述手段能够通过航迹对比的方式剔除虚假目标，但是其依然无法准确地探测出ADS-B欺骗源的位置，即不能够实现自主式防欺骗目标识别，这样使得航管部门难以对ADS-B欺骗源采取进一步的应对处理措施，同时上述手段需要雷达进行对比辅助，其不适用于无雷达覆盖的区域，故其具有明显的应用局限性。
尽管ADS-B系统存在上述的诸多问题，但是ADS-B系统作为一种可靠的航天监视技术已经得到广泛的应用。为了保证ADS-B系统的运行安全性，需要研究出一套有效的ADS-B系统自主防欺骗检测机制和方法，从而尽快解决ADS-B系统易被人为恶意侵入和易受电子虚假欺骗的安全性问题。
发明内容
目前，在ADS-B系统运行过程中对虚假目标进行排查主要包括二次雷达虚假目标排查和使用多面阵列天线进行虚假目标排查这两种方案。其中，二次雷达虚假目标排查的方案要求将ADS-B接收站架设在装有航管二次雷达设备的附近，同时还需要额外开发与二次雷达信息对比兼容的硬件接口设备和对比软件，该方案容易受到使用环境的限制，其只能应用于二次雷达存在的区域附近，并且二次雷达设备安装成本太高和性价比较低；而使用多面阵列天线进行虚假目标排查的方案的排查率决定于天线数目，其无法对同一扇区中的目标进行区分，对于扇区交叉区域附近的目标也较容易误判，，这导致其虚假目标的综合排查率较低，并且为了确保接收机的接收性能，该方案通常采用多目天线，但是多目天线具有较大的体积和重量，其安装和调试的工作量相对较多。可见，现有的关于ADS-B系统的虚假目标排查手段并不能同时满足排查率高、应用环境无限制、价格低和安装调试简单的要求。
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统是在保留原ADS-B系统所有功能的基础上，采用单脉冲和差测角处理技术，对目标源的方位进行精确探测，其能够对绝大多数方位的潜在虚假欺骗目标进行判别，从而实现ADS-B抗干扰防欺骗的目的；同时，该系统还具备体积小、重量轻、易于架设、设备维护方便、实用性强、角度分辨率小于0.6°的特点，该系统在利用单脉冲和差技术进行测角处理的同时，还融入了目标几何一致性和目标意图一致性的判断，这样能够更加有效地实现ADS-B抗干扰防欺骗的效果；总的来说，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统具备标准的ADSB地面站的基本功能，能够在一定干扰条件下完成真实目标信号的接收处理，能够判定目标数据的真伪，能够给出目标数据信号所处的方位位置，具有抗多径干扰和同频干扰和分辨多重交织码的能力，能够识别出经过干扰源窜改的信号，以及能够识别出干扰源生成的虚假目标信号。
本发明提供一种ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于，所述ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统包括：
ADS-B全向接收天线，用于接收第一数据信号；
单脉冲和差天线，用于接收第二数据信号；
多通道报文解析模块，用于通过第一通道对所述第一数据信号进行解析处理以得到第一ADS-B报文数据及其对应的第一位置信息和第一时间信息，以及通过第二通道对所述第一数据信号进行解析处理以得到第二ADS-B报文数据及其对应的第二位置信息和第二时间信息，其中，所述第一通道不同于所述第二通道；
报文数据对比模块，用于根据所述第一位置信息、第一时间信息、第二位置信息和第二时间信息，基于同一方向和同一时刻，对所述第一ADS-B报文数据和所述第二ADS-B报文数据按照时戳时间的顺序进行逐项对比处理；
排查确定模块，用于根据所述逐项对比处理的结果，判断所述系统所检测的目标是属于正常目标还是干扰目标；
进一步，所述确定模块根据所述逐项对比处理的结果，判断所述系统所检测的目标是否属于干扰目标的具体过程为：当所述报文数据对比模块进行所述逐项对比处理确定所述第一ADS-B报文数据和所述第二ADS-B报文数据在同一方向和同一时刻上对应的每项数据均相同，则所述报文数据对比模块向所述排查确定模块发送第一信号，当所述报文数据对比模块进行所述逐项对比处理确定所述ADS-B报文数据和所述第二ADS-B报文数据在同一方向和同一时刻上对应的每项数据中的至少一项数据不相同，则所述报文数据对比模块向所述排查确定模块发送第二信号；接着，所述排查确定模块基于所述第一信号确定对应的目标为正常目标，或者基于所述第二信号确定对应的目标为干扰目标；
进一步，所述系统还包括报文数据接收状态确定模块，用于确定所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当所述报文数据接收状态确定模块确定所述ADS-B全向接收天线在某一方向上接收到来自某一目标的报文数据、并且确定所述单脉冲和差天线在同一方向上接收不到来自同一目标的报文数据，则所述报文数据接收状态确定模块向所述排查确定模块发送第三信号，所述排查确定模块基于所述第三信号确定对应的目标为干扰目标；
进一步，所述系统还包括报文数据接收状态确定模块，用于确定所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当所述报文数据接收状态确定模块确定所述单脉冲和差天线在某一方向上接收到来自某一目标的报文数据、并且确定所述ADS-B全向接收天线在同一方向上接收不到来自同一目标的报文数据，则所述报文数据接收状态确定模块向所述排查确定模块发送第四信号，所述排查确定模块基于所述第四信号确定对应的目标为异常目标；
进一步，所述系统还包括单脉冲和差天线控制模块和方向对比模块；
其中，所述单脉冲和差控制模块控制所述单脉冲和差天线在扫描时以主波束最大值的方式对准所述异常目标、并指示所述单脉冲和差天线接收此时来自所述异常目标的第三数据信号；
所述多通道报文解析模块对所述第三数据信号进行解析处理，以得到关于所述第三数据信号的方向信号；
所述方向对比模块将关于所述第三数据信号的方向信号、与所述报文数据接收状态确定模块确定所述单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号进行对比处理，若所述对比处理确定两个方向信号相匹配，则所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第五信号，否则，所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第六信号；
所述单脉冲和差天线控制模块控制所述单脉冲和差天线在扫描时以主波束最大值的方式对准所述异常目标、并指示所述单脉冲和差天线接收此时来自所述异常目标的第三数据信号具体为，获取关于所述主波束空间函数的傅里叶展开式G(jw)
Figure BDA0001978831010000051
在所述傅里叶展开式中，
Figure BDA0001978831010000052
表示傅里叶级数算子，C(n)表示主波束空间函数经过傅里叶级数展开后第n项的幅值系数，j表示虚数因子，香表示主波束的基础角频率，n表示主波束空间函数经过傅里叶级数展开后的第n项，σ表示主波束的波动因子；
选取所述傅里叶展开式中具有最大值的C(n)对应的正弦波展开式作为所述主波束最大值，接着以所述主波束最大值的当时对准所述异常目标、并指示所述单脉冲和差天线接收此时来自所述异常目标的第三数据信号；
所述方向对比模块进行所述对比处理具体为，获取关于所述第三数据信号的方向信号、与所述单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号之间的信号近似度S，其中
Figure BDA0001978831010000053
在上述信号近似度S的计算公式中，
Figure BDA0001978831010000054
为所述第三数据信号的方向信号对应的傅里叶展开式，/>
Figure BDA0001978831010000055
为所述单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号对应的傅里叶展开式，a为/>
Figure BDA0001978831010000056
和/>
Figure BDA0001978831010000057
中相同正弦波的个数，b为/>
Figure BDA0001978831010000061
和
Figure BDA0001978831010000062
中不同正弦波的个数；再根据一近似度阈值S0判断两个方向信号之间的匹配程度η，其中
Figure BDA0001978831010000063
若η高于一预设值，则所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第五信号，否则，所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第六信号；
进一步，当所述排查确定模块接收到所述第五信号，则确定对应的异常目标为正常目标；当所述排查模块接收到所述第六信号，则确定对应的异常目标为干扰目标，同时所述多通道报文解析模块对所述异常目标对应的报文数据进行解析处理，以得到所述异常目标发出的干扰信号的形式和数量；
进一步，所述系统还包括报文数据接收状态确定模块用于确定所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当所述报文数据接收状态确定模块确定在所述ADS-B全向接收天线接收到数据信号的某一方向上、所述单脉冲和差天线存在多次未接受到数据信号的情况时，则所述报文数据接收状态确定模块向所述排查确定模块发送第七信号，则所述排查确定模块基于所述第七信号确定对应的目标为干扰目标；同时，所述多通道报文解析模块对所述干扰目标对应的报文数据进行解析处理，以得到所述干扰目标发射干扰信号的频率和确定所述干扰目标是否为转发干扰目标；
进一步，所述系统包括接口通信模块和显示模块；其中所述接口通信模块用于信号连接所述多通道报文解析模块与所述显示模块、以及所述排查确定模块与所述显示模块；所述显示模块用于根据所述正常目标的具有标准格式的报文数据进行航迹显示；
进一步，所述系统还包括GNSS天线和定位授时处理模块；其中，所述定位授时模块用于信号连接所述GNSS天线和所述多通道报文解析模块，所述定位授时模块用于向所述多通道报文解析模块发送定位授时信息，以使所述多通道报文解析模块根据所述定位授时信息进行所述解析处理；
进一步，所述系统还包括伺服转台，所述伺服转台用于承载所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线，以使所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线分别进行360°的全方位旋转。
相比于现有技术，本发明的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统是在保留原ADS-B系统所有功能的基础上，采用单脉冲和差测角处理技术，对目标源的方位进行精确探测，其能够对绝大多数方位的潜在虚假欺骗目标进行判别，从而实现ADS-B抗干扰防欺骗的目的；同时，该系统还具备体积小、重量轻、易于架设、设备维护方便、实用性强、角度分辨率小于0.6°的特点，该系统在利用单脉冲和差技术进行测角处理的同时，还融入了目标几何一致性和目标意图一致性的判断，这样能够更加有效地实现ADS-B抗干扰防欺骗的效果；总的来说，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统具备标准的ADSB地面站的基本功能，能够在一定干扰条件下完成真实目标信号的接收处理，能够判定目标数据的真伪，能够给出目标数据信号所处的方位位置，具有抗多径干扰和同频干扰和分辨多重交织码的能力，能够识别出经过干扰源窜改的信号，以及能够识别出干扰源生成的虚假目标信号等不同的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作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。
参阅图1，为本发明实施例提供的一种ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统的结构示意图。优选地，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统可包括但不限于ADS-B全向接收天线、单脉冲和差天线、多通道报文解析模块、报文数据对比模块、排查确定模块、报文数据接收状态确定模块、单脉冲和差天线控制模块、方向对比模块、接口通信模块、显示模块、GNSS天线、定位授时处理模块、伺服转台、∑路接收机、差△路接收机和电源模块等不同功能部件。优选地，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统还可具有接收旁瓣抑制功能和BIT测试功能。
优选地，上述不同功能部件可集成在一设备外壳中，以便于该系统的架设安装。优选地，该ADS-B全向接收天线的尺寸Φ≤70mm*2000mm，重量w≤15kg；优选地，该单脉冲和差天线的尺寸Φ≤880mm*230mm*20mm，重量w≤3.5kg；优选地，该系统的主机尺寸Φ≤394mm*334mm*100mm，重量w≤10kg，该伺服转台的尺寸Φ≤230mm*152mm*166mm，重量w≤5kg。
优选地，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统可采用三角架支撑、车载或者其他固定方式进行固定；优选地，该系统的主机通常安装在三角架、车辆顶部或者其他固定位置上；优选地，该系统可通过螺纹连接、卡式连接或者铰链连接等不同方式进行连接固定，其中，本领域的技术人员可根据实际需要开设置螺纹连接中采用的螺钉数量，从而提高系统进行螺纹连接的稳固性。
优选地，该系统的主机与伺服转台可采用一体式机箱的方式设计，即该主机和伺服转台可分别采用两个不同部分设计，但是两者组合起来能够形成一个机箱整体；优选地，该主机与伺服转台各自对应的两部分均可采用密封式的设计方式；优选地，该主机与伺服转台各自对应的两部分之间的连接部件可为防水连接部件；优选地，该伺服转台可为直流伺服转台；优选地，该伺服转台的顶部转子部分可为单脉冲和差天线连接结构；优选地，该单脉冲和差天线连接结构可采用螺纹连接的方式与单脉冲和差天线进行连接，从而带动该单脉冲和差天线进行旋转。优选地，该伺服转台可在15r/min-0.5r/min的范围内进行转速调节；优选地，该伺服转台还可包括带有编码盘的角度反馈传感器，该角度反馈传感器能够实时检测天线的当前角度，从而通过该角度反馈传感器获取该天线当前接收信号的角度，即目标信号源与当前地面单站之间的相对方位角度，以为后续排除虚假目标提供相应的参考角度。
优选地，该系统的机箱上可设计安装有ADS-B全向接收天线接口和GNSS天线接口，以用于ADS-B全向接收天线和GNSS天线接口的数据传输；优选地，该ADS-B全向接收天线和GNSS天线接口均为可拆卸的形式。
优选地，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统在工作时，通过ADS-B全向接收天线接收飞行器广播的ADS-B报文，进而通过下变频、数字信号处理和数据处理等过程解析目标的相关信息；其中，该目标的相关信息可包括AA码、高度、位置、航班号、航速、航向等。通过解析目标报文对应的相关信息，能够实时清晰地了解飞行器的态势和状态信息。
优选地，在该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统中，该ADS-B全向接收天线用于接收第一数据信号；该单脉冲和差天线用于接收第二数据信号；该多通道报文解析模块用于通过第一通道对该第一数据信号进行解析处理以得到第一ADS-B报文数据及其对应的第一位置信息和第一时间信息，以及通过第二通道对该第一数据信号进行解析处理以得到第二ADS-B报文数据及其对应的第二位置信息和第二时间信息；其中，该第一通道不同于所述第二通道；报文数据对比模块，用于根据该第一位置信息、该第一时间信息、该第二位置信息和该第二时间信息，基于同一方向和同一时刻，对该第一ADS-B报文数据和该第二ADS-B报文数据按照时戳时间的顺序进行逐项对比处理；该排查确定模块用于根据该逐项对比处理的结果，判断该系统所检测的目标是属于正常目标还是干扰目标。
优选地，该确定模块根据所述逐项对比处理的结果，判断该系统所检测的目标是否属于干扰目标的具体过程为：当该报文数据对比模块进行该逐项对比处理确定该第一ADS-B报文数据和该第二ADS-B报文数据在同一方向和同一时刻上对应的每项数据均相同，则该报文数据对比模块向该排查确定模块发送第一信号，当该报文数据对比模块进行该逐项对比处理确定该ADS-B报文数据和该第二ADS-B报文数据在同一方向和同一时刻上对应的每项数据中的至少一项数据不相同，则该报文数据对比模块向该排查确定模块发送第二信号；接着，该排查确定模块基于该第一信号确定对应的目标为正常目标，或者基于该第二信号确定对应的目标为干扰目标。
优选地，该报文数据接收状态确定模块用于确定该ADS-B全向接收天线和该单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当该报文数据接收状态确定模块确定该ADS-B全向接收天线在某一方向上接收到来自某一目标的报文数据、并且确定该单脉冲和差天线在同一方向上接收不到来自同一目标的报文数据，则该报文数据接收状态确定模块向该排查确定模块发送第三信号，该排查确定模块基于该第三信号确定对应的目标为干扰目标。
优选地，该报文数据接收状态确定模块用于确定该ADS-B全向接收天线和该单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当该报文数据接收状态确定模块确定该单脉冲和差天线在某一方向上接收到来自某一目标的报文数据、并且确定该ADS-B全向接收天线在同一方向上接收不到来自同一目标的报文数据，则该报文数据接收状态确定模块向该排查确定模块发送第四信号，该排查确定模块基于该第四信号确定对应的目标为异常目标。
优选地，该单脉冲和差控制模块控制所述单脉冲和差天线在扫描时以主波束最大值的方式对准该异常目标、并指示该单脉冲和差天线接收此时来自该异常目标的第三数据信号；该多通道报文解析模块对该第三数据信号进行解析处理，以得到关于该第三数据信号的方向信号；该方向对比模块将关于该第三数据信号的方向信号、与该报文数据接收状态确定模块确定该单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号进行对比处理，若该对比处理确定两个方向信号相匹配，则该方向对比模块向所述该排查确定模块发送第五信号，否则，该方向对比模块向该排查确定模块发送第六信号。
优选地，所述单脉冲和差天线控制模块控制所述单脉冲和差天线在扫描时以主波束最大值的方式对准所述异常目标、并指示所述单脉冲和差天线接收此时来自所述异常目标的第三数据信号具体为，获取关于所述主波束空间函数的傅里叶展开式G(jw)
Figure BDA0001978831010000111
在所述傅里叶展开式中，
Figure BDA0001978831010000112
表示傅里叶级数算子，C(n)表示主波束空间函数经过傅里叶级数展开后第n项的幅值系数，j表示虚数因子，香表示主波束的基础角频率，n表示主波束空间函数经过傅里叶级数展开后的第n项，σ表示主波束的波动因子；
选取所述傅里叶展开式中具有最大值的C(n)对应的正弦波展开式作为所述主波束最大值，接着以所述主波束最大值的当时对准所述异常目标、并指示所述单脉冲和差天线接收此时来自所述异常目标的第三数据信号；
所述方向对比模块进行所述对比处理具体为，获取关于所述第三数据信号的方向信号、与所述单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号之间的信号近似度S，其中
Figure BDA0001978831010000113
在上述信号近似度S的计算公式中，
Figure BDA0001978831010000114
为所述第三数据信号的方向信号对应的傅里叶展开式，/>
Figure BDA0001978831010000115
为所述单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号对应的傅里叶展开式，a为/>
Figure BDA0001978831010000116
和/>
Figure BDA0001978831010000117
中相同正弦波的个数，b为/>
Figure BDA0001978831010000121
和
Figure BDA0001978831010000122
中不同正弦波的个数；
再根据一近似度阈值S0判断两个方向信号之间的匹配程度η，其中
Figure BDA0001978831010000123
若η高于一预设值，则所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第五信号，否则，所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第六信号，其中，该预设值可优选为90％。
按照以上方法，可以更快地确定出主波束最大值，提高整个处理过程的速度和效率；可更为准确地计算出信号近似度；以及，利用匹配程度来判断如何发送第五信号、第六信号，提高了对信号发送控制的便捷性，提高效率。
优选地，当该排查确定模块接收到该第五信号，则确定对应的异常目标为正常目标；当该排查模块接收到该第六信号，则确定对应的异常目标为干扰目标，同时该多通道报文解析模块对该异常目标对应的报文数据进行解析处理，以得到该异常目标发出的干扰信号的形式和数量。
优选地，该报文数据接收状态确定模块用于确定该ADS-B全向接收天线和该单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当该报文数据接收状态确定模块确定在该ADS-B全向接收天线接收到数据信号的某一方向上、该单脉冲和差天线存在多次未接受到数据信号的情况时，则该报文数据接收状态确定模块向该排查确定模块发送第七信号，则该排查确定模块基于该第七信号确定对应的目标为干扰目标；同时，该多通道报文解析模块对该干扰目标对应的报文数据进行解析处理，以得到该干扰目标发射干扰信号的频率和确定该干扰目标是否为转发干扰目标。
优选地，该接口通信模块用于信号连接该多通道报文解析模块与该显示模块、以及该排查确定模块与该显示模块；该显示模块用于根据该正常目标的具有标准格式的报文数据进行航迹显示。
优选地，该定位授时模块用于信号连接该GNSS天线和该多通道报文解析模块，该定位授时模块用于向该多通道报文解析模块发送定位授时信息，以使该多通道报文解析模块根据该定位授时信息进行该解析处理。
优选地，该伺服转台用于承载该ADS-B全向接收天线和该单脉冲和差天线，以使该ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线分别进行360°的全方位旋转。
从上述实施例可以看出，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统是在保留原ADS-B系统所有功能的基础上，采用单脉冲和差测角处理技术，对目标源的方位进行精确探测，其能够对绝大多数方位的潜在虚假欺骗目标进行判别，从而实现ADS-B抗干扰防欺骗的目的；同时，该系统还具备体积小、重量轻、易于架设、设备维护方便、实用性强、角度分辨率小于0.6°的特点，该系统在利用单脉冲和差技术进行测角处理的同时，还融入了目标几何一致性和目标意图一致性的判断，这样能够更加有效地实现ADS-B抗干扰防欺骗的效果；总的来说，该ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统具备标准的ADSB地面站的基本功能，能够在一定干扰条件下完成真实目标信号的接收处理，能够判定目标数据的真伪，能够给出目标数据信号所处的方位位置，具有抗多径干扰和同频干扰和分辨多重交织码的能力，能够识别出经过干扰源窜改的信号，以及能够识别出干扰源生成的虚假目标信号。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于，所述ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统包括：
ADS-B全向接收天线，用于接收第一数据信号；
单脉冲和差天线，用于接收第二数据信号；
多通道报文解析模块，用于通过第一通道对所述第一数据信号进行解析处理以得到第一ADS-B报文数据及其对应的第一位置信息和第一时间信息，以及通过第二通道对所述第一数据信号进行解析处理以得到第二ADS-B报文数据及其对应的第二位置信息和第二时间信息，其中，所述第一通道不同于所述第二通道；
报文数据对比模块，用于根据所述第一位置信息、第一时间信息、第二位置信息和第二时间信息，基于同一方向和同一时刻，对所述第一ADS-B报文数据和所述第二ADS-B报文数据按照时戳时间的顺序进行逐项对比处理；
排查确定模块，用于根据所述逐项对比处理的结果，判断所述系统所检测的目标是属于正常目标还是干扰目标。
2.如权利要求1所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：所述排查确定模块根据所述逐项对比处理的结果，判断所述系统所检测的目标是否属于干扰目标的具体过程为：当所述报文数据对比模块进行所述逐项对比处理确定所述第一ADS-B报文数据和所述第二ADS-B报文数据在同一方向和同一时刻上对应的每项数据均相同，则所述报文数据对比模块向所述排查确定模块发送第一信号，当所述报文数据对比模块进行所述逐项对比处理确定所述ADS-B报文数据和所述第二ADS-B报文数据在同一方向和同一时刻上对应的每项数据中的至少一项数据不相同，则所述报文数据对比模块向所述排查确定模块发送第二信号；接着，所述排查确定模块基于所述第一信号确定对应的目标为正常目标，或者基于所述第二信号确定对应的目标为干扰目标。
3.如权利要求1所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：所述系统还包括报文数据接收状态确定模块，用于确定所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当所述报文数据接收状态确定模块确定所述ADS-B全向接收天线在某一方向上接收到来自某一目标的报文数据、并且确定所述单脉冲和差天线在同一方向上接收不到来自同一目标的报文数据，则所述报文数据接收状态确定模块向所述排查确定模块发送第三信号，所述排查确定模块基于所述第三信号确定对应的目标为干扰目标。
4.如权利要求1所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：所述系统还包括报文数据接收状态确定模块，用于确定所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当所述报文数据接收状态确定模块确定所述单脉冲和差天线在某一方向上接收到来自某一目标的报文数据、并且确定所述ADS-B全向接收天线在同一方向上接收不到来自同一目标的报文数据，则所述报文数据接收状态确定模块向所述排查确定模块发送第四信号，所述排查确定模块基于所述第四信号确定对应的目标为异常目标。
5.如权利要求4所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：所述系统还包括单脉冲和差天线控制模块和方向对比模块；
其中，所述单脉冲和差控制模块控制所述单脉冲和差天线在扫描时以主波束最大值的方式对准所述异常目标、并指示所述单脉冲和差天线接收此时来自所述异常目标的第三数据信号；
所述多通道报文解析模块对所述第三数据信号进行解析处理，以得到关于所述第三数据信号的方向信号；
所述方向对比模块将关于所述第三数据信号的方向信号、与所述报文数据接收状态确定模块确定所述单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号进行对比处理，若所述对比处理确定两个方向信号相匹配，则所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第五信号，否则，所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第六信号；
所述单脉冲和差天线控制模块控制所述单脉冲和差天线在扫描时以主波束最大值的方式对准所述异常目标、并指示所述单脉冲和差天线接收此时来自所述异常目标的第三数据信号具体为，获取关于所述主波束空间函数的傅里叶展开式G(jw)
Figure FDA0004089546760000031
在所述傅里叶展开式中，
Figure FDA0004089546760000032
表示傅里叶级数算子，C(n)表示主波束空间函数经过傅里叶级数展开后第n项的幅值系数，j表示虚数因子，w表示主波束的基础角频率，n表示主波束空间函数经过傅里叶级数展开后的第n项，σ表示主波束的波动因子；
选取所述傅里叶展开式中具有最大值的C(n)对应的正弦波展开式作为所述主波束最大值，接着以所述主波束最大值的当时对准所述异常目标、并指示所述单脉冲和差天线接收此时来自所述异常目标的第三数据信号；
所述方向对比模块进行所述对比处理具体为，获取关于所述第三数据信号的方向信号、与所述单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号之间的信号近似度S，其中
Figure FDA0004089546760000033
在上述信号近似度S的计算公式中，
Figure FDA0004089546760000034
为所述第三数据信号的方向信号对应的傅里叶展开式，/>
Figure FDA0004089546760000035
为所述单脉冲和差天线接收到的报文数据对应的方向信号对应的傅里叶展开式，a为/>
Figure FDA0004089546760000036
和/>
Figure FDA0004089546760000037
中相同正弦波的个数，b为/>
Figure FDA0004089546760000038
和/>
Figure FDA0004089546760000039
中不同正弦波的个数；
再根据一近似度阈值S0判断两个方向信号之间的匹配程度η，其中
Figure FDA0004089546760000041
若η高于一预设值，则所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第五信号，否则，所述方向对比模块向所述排查确定模块发送第六信号。
6.如权利要求5所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：当所述排查确定模块接收到所述第五信号，则确定对应的异常目标为正常目标；当所述排查确定模块接收到所述第六信号，则确定对应的异常目标为干扰目标，同时所述多通道报文解析模块对所述异常目标对应的报文数据进行解析处理，以得到所述异常目标发出的干扰信号的形式和数量。
7.如权利要求1所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：所述系统还包括报文数据接收状态确定模块用于确定所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线各自的报文数据接收状态；当所述报文数据接收状态确定模块确定在所述ADS-B全向接收天线接收到数据信号的某一方向上、所述单脉冲和差天线存在多次未接受到数据信号的情况时，则所述报文数据接收状态确定模块向所述排查确定模块发送第七信号，则所述排查确定模块基于所述第七信号确定对应的目标为干扰目标；同时，所述多通道报文解析模块对所述干扰目标对应的报文数据进行解析处理，以得到所述干扰目标发射干扰信号的频率和确定所述干扰目标是否为转发干扰目标。
8.如权利要求1-7中任一项所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：所述系统包括接口通信模块和显示模块；其中所述接口通信模块用于信号连接所述多通道报文解析模块与所述显示模块、以及所述排查确定模块与所述显示模块；所述显示模块用于根据所述正常目标的具有标准格式的报文数据进行航迹显示。
9.如权利要求1所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：所述系统还包括GNSS天线和定位授时处理模块；其中，所述定位授时处理模块用于信号连接所述GNSS天线和所述多通道报文解析模块，所述定位授时处理模块用于向所述多通道报文解析模块发送定位授时信息，以使所述多通道报文解析模块根据所述定位授时信息进行所述解析处理。
10.如权利要求1所述的ADS-B抗干扰防欺骗地面单站系统，其特征在于：所述系统还包括伺服转台，所述伺服转台用于承载所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线，以使所述ADS-B全向接收天线和所述单脉冲和差天线分别进行360°的全方位旋转。
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