CN110058267A - 一种无缝式快速无人机导航诱骗系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无缝式快速无人机导航诱骗系统，包括雷达监测子系统，用于对无人机的位置进行实时监测，得到无人机此刻的时间系统和无人机当前的大地坐标系下的位置信息；运算平台，用于根据星历参数和无人机的位置信息计算出当前位置无人机距每颗天上真实可见星伪距信息；欺骗信号生成子系统，用于根据此刻无人机内部接收机所对应的原子时、无人机的位置信息和真实可见星伪距信息实时模拟生成欺骗信号；信号发射子系统，用于将欺骗信号发送至目标无人机。本发明通过生成与无人机到天上星伪距相同的假星，使欺骗信号能够快速无缝接入到无人机的接收机中，接收机无需经过失锁和重捕等过程，大大缩短了接入时间，提高了欺骗效率。

Description

一种无缝式快速无人机导航诱骗系统及方法

技术领域

本发明属于导航攻防技术领域，具体涉及一种无缝式快速无人机导航诱骗系统及方法。

背景技术

近年来，无人机产业得到飞速发展，无论是在军事还是民用领域，无人机的应用都呈爆炸式成长。多次黑飞无人机干扰航班飞行事件，造成航班备降、数百个航班延误、数万旅客出行受阻滞留机场。因此，从城市空域安全、防恐、维护公共治安等方面考虑，急需对黑飞或者恶意黑飞无人机采取强有力的管控手段。

目前针对黑飞无人机的管控干扰方式大多现有采用大功率无线电压制干扰和导航信号欺骗等方式。大功率无线电压制干扰虽然方式操作简单、成本低、干扰距离较远，但是这种方式会导致黑飞无人机受到干扰后不会立即下坠，且其失控后的飞行方向及坠落地点不可预控。导航信号欺骗技术还不够成熟，现如今市场上广泛应用的导航欺骗设备只能先屏蔽掉无人机的天上星信号，之后逐步完成对欺骗信号的捕获和跟踪。欺骗时间比较长，在此时间段中无法掌控无人机的飞行轨迹，也可能造成二次伤害的技术问题。

无人机导航诱骗通常采用转发式欺骗干扰、压制式欺骗干扰、同步生成式欺骗干扰等欺骗干扰方式。转发式欺骗干扰，这种方法就是直接接收真实的卫星信号，经延时和功率放大，转发出去。这种方法虽然容易实现，但是，转发后时间和路径都和实际无人机接收到的天上星信号有很大差别。无人机的接收机在接收到欺骗信号后只能进行先失锁之后重新捕获和跟踪，定位时间比较长。压制式欺骗干扰，这种方式就是直接通过卫星信号模拟器产生欺骗信号，这样就无法保证信号的同步，无人机的接收机仍然只能先失锁后重捕，定位时间也比较长。综上所述，无论是转发式欺骗还是生成式欺骗，都是要覆盖天上卫星信号达到欺骗的目的，上述所描述几种欺骗方式都面临成功率低、诱导时间长、隐蔽性差、实现难度大的问题。针对这些问题，无人机导航信号无缝快速诱骗显得尤为重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无缝式快速无人机导航诱骗系统及方法，可以有效的解决了成功率低、隐蔽性差、欺骗时间长的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无缝式快速无人机导航诱骗系统，该系统包括：

雷达监测子系统，用于对无人机当前的位置和UTC时间进行实时监测，得到当前无人机的时间和位置信息；还用于当前星历保存；

运算平台，用于根据所述当前星历更新范围内的星历参数和无人机的位置、时间信息计算出无人机当前位置距每颗天上真实可见星伪距信息；

欺骗信号生成子系统，用于将无人机的当前UTC时间转换为原子时，之后根据所述当前时刻所对应的原子时、所述位置信息和所述真实可见星伪距信息实时模拟生成欺骗信号；

信号发射子系统，用于将所述欺骗信号发送至目标无人机，目标无人机的接收机捕获跟踪与真实伪距相同的欺骗信号。

可选地，所述欺骗信号通过以下方法获得：

确定可用于生成欺骗信号的卫星；

对可用于生成欺骗信号的卫星的载波相位、码相位、载波NCO、码NCO进行计算，生成载波和伪码；

把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号。

可选地，所述确定可用于生成欺骗信号的卫星的方法为：

将模拟可见星的伪距与真实可见星的伪距信息进行逐一对比，当两者误差小于一个码片，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成。

可选地，所述欺骗信号生成子系统包括DSP模块、FPGA模块和D/A模块；

所述DSP模块用于根据所述无人机当前UTC时刻所对应的原子时、所述无人机当前位置所对应地心地固直角坐标系下的坐标信息和和所述当前位置无人机距每颗可见星的伪距信息实时模拟生成欺骗信号；所述欺骗信号生成子系统还用于将模拟可见星的伪距信息与真实可见星的伪距信息进行对比，当两者误差小于设定误差时，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成；所述DSP模块还用于对欺骗卫星的电文编写、载波初始相位、码初始相位、载波NCO、码NCO进行计算。

所述FPGA模块用于根据载波初始相位、码初始相位、载波NCO、码NCO的值进行载波生成和码生成，最后把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号；

所述D/A模块用于对FPGA模块调节后的信号进行数模转换，生成模拟中频信号。

可选地，所述信号发射子系统包括：

上变频模块，用于对模拟中频信号的频率进行变换，变换成对应频点的射频信号；

功放控制模块，用于对欺骗信号进行补偿使目标无人机接收到的欺骗信号的功率大于天上星的功率；

发射天线，用于将对应于各频点的射频信号发射出去。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种无缝式快速无人机导航诱骗方法，该诱骗方法包括以下步骤：

对无人机的位置进行实时监测，得到当前无人机的时间和位置信息；

对无人机的位置进行实时监测，得到当前无人机的UTC时间和大地坐标系下的位置信息，之后，将UTC时间转换成所对应的原子时，位置信息转换到地心地固直角坐标系下的坐标；

根据当前星历更新范围内的星历参数和无人机的位置信息计算出当前位置无人机距每颗天上真实可见星伪距信息；

根据所述无人机当前时刻所对应的原子时、所述地心地固直角坐标系下的位置信息和所述真实可见星伪距信息实时模拟生成欺骗信号；

将所述欺骗信号发送至目标无人机，目标无人机的接收机捕获跟踪与真实伪距相同的欺骗信号。

不断修改欺骗信号的方向和速度信息，实现对无人机不同方向和速度的欺骗。

可选地，所述欺骗信号通过以下方法获得：

确定可用于生成欺骗信号的卫星；

对可用于生成欺骗信号的卫星的载波相位、码相位、载波NCO、码NCO进行计算，生成载波和伪码；

把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号。

可选地，所述确定可用于生成欺骗信号的卫星的方法为：

将模拟可见星的伪距与真实可见星的伪距信息进行逐一对比，当两者误差小于一个码片，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成。

如上所述，本发明的一种无缝式快速无人机导航诱骗系统及方法，具有以下有益效果：

本发明通过生成与无人机到天上星伪距相同的假星，使欺骗信号能过快速无缝接入到无人机的接收机中，接收机无需经过失锁和重捕等过程，大大缩短了接入时间，提高了欺骗效率。实现对黑飞无人机飞行方向及速度的欺骗。

附图说明

为了进一步阐述本发明所描述的内容，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。

图1为无缝式快速欺骗无人机原理图；

图2为无缝式快速欺骗信号生成流程图；

图3为欺骗信号生成示意图；

图4为码NCO模块结构框图；

图5为载波信号生成结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例提供一种无缝式快速无人机导航诱骗系统，该系统包括：

雷达监测子系统，用于对无人机当前的位置和UTC时间进行实时监测，得到当前无人机的时间和位置信息；还用于当前星历保存；

运算平台，用于根据所述当前星历更新范围内的星历参数和无人机的位置、时间信息计算出无人机当前位置距每颗天上真实可见星伪距信息；

欺骗信号生成子系统，用于将无人机的当前UTC时间转换为原子时，之后根据所述当前时刻所对应的原子时、所述位置信息和所述真实可见星伪距信息实时模拟生成欺骗信号；

信号发射子系统，用于将所述欺骗信号发送至目标无人机，目标无人机的接收机捕获跟踪与真实伪距相同的欺骗信号。

具体地，所述雷达监测子系统用于探测出无人机的具体位置。

首先，雷达测试出此刻无人机距离整个系统的距离L、相对地平面的仰角α₁和方位角E₁。通过这些参数和系统所在的坐标可以得到无人机在大地坐标系下的的具体位置U(x_u,y_u,z_u)和检测到当前无人机的UTC时间t_u＝tⁿ-L/C，其中tⁿ表示雷达接收到无人机反射信号的时刻，C表示光速。之后将无人机在大地坐标系下的坐标位置转换到地心地固直角坐标系中，将当前UTC时间转换成相对应的原子时。

系统接收机实时输出当前星历更新范围内的星历参数和当前各颗卫星的坐标E(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2,3….32。通过这两组参数可以计算得到无人机和各个卫星之间的仰角θ_i(i＝1,2...N)、方位角ε_i(i＝1,2.....,N)。

得到无人机此刻位置的可见星坐标，最后计算出当前位置无人机距每颗可见星的真实可见星伪距r_i(i＝1,2....n)n表示可见星的总数。

式中：(x_u,y_u,z_u)表示无人机的坐标位置，(xⁱ,yⁱ,zⁱ)表示每颗可见星对应的坐标(i＝1,2...n)。

于一实施例中，所述欺骗信号通过以下方法获得：

确定可用于生成欺骗信号的卫星；

对可用于生成欺骗信号的卫星的载波相位、码相位、载波NCO、码NCO进行计算，生成载波和伪码；

把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号。

于一实施例中，所述确定可用于生成欺骗信号的卫星的方法为：

将模拟可见星的伪距与真实可见星的伪距信息进行逐一对比，当两者误差小于一个码片，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成。

于一实施例中，所述欺骗信号生成子系统包括DSP模块、FPGA模块和D/A模块；整个工作流程如图2所示。

所述DSP模块用于根据所述无人机当前UTC时刻所对应的原子时、所述无人机当前位置所对应地心地固直角坐标系下的坐标信息和和所述当前位置无人机距每颗可见星的伪距信息实时模拟生成欺骗信号；所述欺骗信号生成子系统还用于将模拟可见星的伪距信息与真实可见星的伪距信息进行对比，当两者误差小于设定误差时，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成；所述DSP模块还用于对欺骗卫星的电文编写、载波初始相位、码初始相位、载波NCO、码NCO进行计算。

所述FPGA模块用于根据载波初始相位、码初始相位、载波NCO、码NCO的值进行载波生成和码生成，最后把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号；

所述D/A模块用于对FPGA模块调节后的信号进行数模转换，生成模拟中频信号。

具体地，所述DSP模块用于根据运算平台传输过来的无人机当前所处地心地固坐标系下的位置信息、无人机当前时刻所对应的原子时和当前位置无人机距每颗真实可见星的伪距信息和仰角θ_i'(i＝1,2...N)、方位角ε_i'(i＝1,2.....,N)，利用当前时刻星历更新范围内的星历参数计算得到无人机坐标此刻位置的可见模拟星坐标，最后计算出距离模拟可见星的伪距r_i'(i＝1,2....n)n表示模拟可见星的总数。

式中：(x_u,y_u,z_u)表示无人机的坐标位置，

(x'ⁱ,y'ⁱ,z'ⁱ)表示模拟可见星对应的坐标(i＝1,2...n)。

之后将r'和r相对比，当有四个以上不同的伪距误差在300m以内，则开始对这些卫星进行载波初始相位、码初始相位、载波频率控制字、码频率控制字的计算和电文编写。之后，将这些数据传输给FPGA。FPGA利用传输过来的值进行载波生成和码生成，接着进行载波、伪码和电文的调制，最后经过D/A模块将信号输出。

于一实施例中，欺骗信号生成子系统还包括时序控制模块和数据通信模块，

所述的时序控制模块的作用是根据输入时钟进行严谨的计数控制，产生高精度、高稳定、高可靠性的定时中断脉冲。在首次上电初始化完成之后，时序控制模块就立刻生成高精度的计数和中断脉冲，为整个基带板系统输出所有的时间基准信号。

所述的数据通信模块作用是实现FPGA模块与DSP模块之间的EMIF传输。

所述的D/A模块，主要用于将生成的数字中频信号转化成模拟中频信号。

于一实施例中，所述信号发射子系统包括：

上变频模块，用于对模拟中频信号的频率进行变换，变换成对应频点的射频信号；

功放控制模块，用于对欺骗信号进行补偿使目标无人机接收到的欺骗信号的功率大于天上星的功率；功放控制模块根据衰减的功率值计算出功率补偿值来及时控制发射欺骗信号功率大小。

发射天线，用于将对应于各频点的射频信号发射出去。

本实施例还提供一种无缝式快速无人机导航诱骗方法，该诱骗方法包括以下步骤：

对无人机的位置进行实时监测，得到当前无人机的UTC时间和大地坐标系下的位置信息，之后，将UTC时间转换成所对应的原子时，位置信息转换到地心地固直角坐标系下的坐标；

根据当前星历更新范围内的星历参数和无人机的位置信息计算出当前位置无人机距每颗天上真实可见星伪距信息；

根据所述无人机当前时刻所对应的原子时、所述地心地固直角坐标系下的位置信息和所述真实可见星伪距信息实时模拟生成欺骗信号；

将所述欺骗信号发送至目标无人机，目标无人机的接收机捕获跟踪与真实伪距相同的欺骗信号。

不断修改欺骗信号的方向和速度信息，实现对无人机不同方向和速度的欺骗。

于一实施例中，所述欺骗信号通过以下方法获得：

确定可用于生成欺骗信号的卫星；

对可用于生成欺骗信号的卫星的载波相位、码相位、载波NCO、码NCO进行计算，生成载波和伪码；

把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号。

于一实施例中，所述确定可用于生成欺骗信号的卫星的方法为：

将模拟可见星的伪距与真实可见星的伪距信息进行逐一对比，当两者误差小于一个码片，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成。

在本施例中，由于方法的技术方案与装置的技术方案相似，其方法功能的实现都可以通过装置技术方案来实现，此处不再赘述。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种无缝式快速无人机导航诱骗系统，其特征在于，该系统包括：

雷达监测子系统，用于对无人机当前的位置和UTC时间进行实时监测，得到当前无人机的时间和位置信息；还用于当前星历保存；

运算平台，用于根据所述当前星历更新范围内的星历参数和无人机的位置、时间信息计算出无人机当前位置距每颗天上真实可见星伪距信息；

欺骗信号生成子系统，用于将无人机的当前UTC时间转换为原子时，之后根据所述当前时刻所对应的原子时、所述位置信息和所述真实可见星伪距信息实时模拟生成欺骗信号；

信号发射子系统，用于将所述欺骗信号发送至目标无人机，目标无人机的接收机捕获跟踪与真实伪距相同的欺骗信号。

2.根据权利要求1所述的一种无缝式快速无人机导航诱骗系统，其特征在于，所述欺骗信号通过以下方法获得：

确定可用于生成欺骗信号的卫星；

对可用于生成欺骗信号的卫星的载波相位、码相位、载波NCO、码NCO进行计算，生成载波和伪码；

把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号。

3.根据权利要求2所述的一种无缝式快速无人机导航诱骗系统，其特征在于，所述确定可用于生成欺骗信号的卫星的方法为：

将模拟可见星的伪距与真实可见星的伪距信息进行逐一对比，当两者误差小于一个测距码码片，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成。

4.根据权利要求1所述的一种无缝式快速无人机导航诱骗系统，其特征在于，所述欺骗信号生成子系统包括DSP模块、FPGA模块和D/A模块；

所述DSP模块用于根据所述无人机当前UTC时刻所对应的原子时、所述无人机当前位置所对应地心地固直角坐标系下的坐标信息和和所述当前位置无人机距每颗可见星的伪距信息实时模拟生成欺骗信号；所述欺骗信号生成子系统还用于将模拟可见星的伪距信息与真实可见星的伪距信息进行对比，当两者误差小于设定误差时，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成；所述DSP模块还用于对欺骗卫星的电文编写、载波初始相位、码初始相位、载波NCO、码NCO进行计算。

所述FPGA模块用于根据载波初始相位、码初始相位、载波NCO、码NCO的值进行载波生成和码生成，最后把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号；

所述D/A模块用于对FPGA模块调节后的信号进行数模转换，生成模拟中频信号。

5.根据权利要求1所述的一种无缝式快速无人机导航诱骗系统，其特征在于，所述信号发射子系统包括：

上变频模块，用于对模拟中频信号的频率进行变换，变换成对应频点的射频信号；

功放控制模块，用于对欺骗信号进行补偿使目标无人机接收到的欺骗信号的功率大于天上星的功率；

发射天线，用于将对应于各频点的射频信号发射出去。

6.一种无缝式快速无人机导航诱骗方法，其特征在于，该诱骗方法包括以下步骤：

对无人机的位置进行实时监测，得到当前无人机的UTC时间和大地坐标系下的位置信息，之后，将UTC时间转换成所对应的原子时，位置信息转换到地心地固直角坐标系下的坐标；

根据当前星历更新范围内的星历参数和无人机的位置信息计算出当前位置无人机距每颗天上真实可见星伪距信息；

根据所述无人机当前时刻所对应的原子时、所述地心地固直角坐标系下的位置信息和所述真实可见星伪距信息实时模拟生成欺骗信号；

将所述欺骗信号发送至目标无人机，目标无人机的接收机捕获跟踪与真实伪距相同的欺骗信号。

不断修改欺骗信号的方向和速度信息，实现对无人机不同方向和速度的欺骗。

7.根据权利要求6所述的一种无缝式快速无人机导航诱骗方法，其特征在于，所述欺骗信号通过以下方法获得：

确定可用于生成欺骗信号的卫星；

对可用于生成欺骗信号的卫星的载波相位、码相位、载波NCO、码NCO进行计算，生成载波和伪码；

把电文、伪码和载波进行调制，生成欺骗信号。

8.根据权利要求7所述的一种无缝式快速无人机导航诱骗方法，其特征在于，所述确定可用于生成欺骗信号的卫星的方法为：

将模拟可见星的伪距与真实可见星的伪距信息进行逐一对比，当两者误差小于一个测距码码片，则认为此卫星可用于欺骗信号的生成。