CN110515099B - 一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备及防欺骗方法 - Google Patents

一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备及防欺骗方法 Download PDF

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Abstract

一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备及防欺骗方法，利用从北斗天线接收的北斗射频信号里分离欺骗信号，然后对欺骗信号进行分析，产生与欺骗信号各参数相同、载波相位相差180度的异常调零信号，将此异常调零信号反馈至射频段，利用异常调零信号对欺骗信号进行合路对消，达到抑制欺骗的功能，最终实现防欺骗。

Description

一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备及防欺骗方法
技术领域
本发明涉及北斗授时防欺骗技术领域，更具体的是指一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备及防欺骗方法。
背景技术
北斗卫星授时在电力控制、通信网络时钟同步等领域具有广泛的应用，但由于地面接收到的北斗卫星信号十分微弱，且北斗民用信号采用开放的信号体制，使得北斗卫星授时设备很容易受到欺骗式干扰。
欺骗源通过播发与真实卫星信号极为相似的欺骗信号，造成北斗授时系统输出错误的授时结果。早期的抗欺骗干扰技术研究主要集中在军事领域，而军用卫星导航信号采用加密信号，对生成式干扰就具有一定的抵抗能力，并且军用接收机可采用复杂的阵列天线、强大的处理单元等，可采取多种抗欺骗干扰的技术途径。而民用北斗授时接收机，由于受到体积、功耗和成本的限制，不适合采用类似军用的抗欺骗干扰技术，基于此，我方发明人设计了以下专利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、功耗小且成本低的易于实施使用的针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备及防欺骗方法。
为了达成上述目的，本发明的解决方案为：
采用上述方案后，因利用了本地设备对北斗天线接收的北斗射频信号进行了分析和筛选，并且分离欺骗信号，然后对欺骗信号进行分析，产生与欺骗信号各参数相同、载波相位相差180度的异常调零信号，将此异常调零信号反馈至射频段，利用异常调零信号对欺骗信号进行合路对消，达到抑制欺骗的功能，最终实现防欺骗，因设备使用的都是小规模模块组成，其设备成本低、体积小且功耗小，又因自身合理的设计流程，无需额外增加加密设备及流程，使得常规民用途径的北斗卫星授时使用更为简易和安全，降低了欺骗和干扰风险。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的流程示意图；
图3是本发明实施例的异常信号检测及处理模块其内部流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
实施例：
如图1所示，一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备1，包含射频分路器2、北斗接收机3、时间同步模块4、异常信号检测及处理模块5、实时信号发生模块6、射频合路器7；
所述射频分路器2与北斗接收机3、射频合路器7分别连接，射频分路器2从北斗天线8接收的北斗射频信号分为两路分别送至北斗接收机3和射频合路器7；所述射频分路器采用单端双输出有源射频分路器，频率通带覆盖1.4GHz-1.6GHz 范围，输出端增益差小于0.1dB。
北斗接收机3与时间同步模块4、异常信号检测及处理模块5以及实时信号发生模块6分别连接，所述时钟同步模块4采用可编程频率合成器实现，支持多路时钟输入，在此实施例中所用的器件型号为AD9361，且时钟同步模块4的内置参考时钟源采用有10M有源恒温晶振；所述时间同步模块4进一步外接一外部时频模块41，所述外部时频模块41，为10 MHz正弦信号和1 pps的秒脉冲信号，时间同步模块4接受外部时频模块41的正弦信号和GPS秒脉冲信号输入，将自身输出的10M本振信号的频率和相位调节至与外部时频模块41一致；
北斗接收机3利用时间同步模块4提供的本振信号作为参考信号对接收到的北斗射频信号进行跟踪，获取各颗卫星信号的实时参数，进而将该实时参数输出至异常信号检测及处理模块5及实时信号发生模块6；同时北斗接收机3输出秒脉冲信号至时间同步模块4，时间同步模块4使用该秒脉冲信号对本振信号的频率漂移量进行修正；所述北斗接收机具备北斗B1信号处理能力，跟踪通道数不少于36，支持实时信号参数输出，所述的实时信号参数包括码相位、载波相位、载波频率、载波周整模糊度、导航电文、信号强度等；在此实施例中北斗接收机3的型号为TD0D01。
异常信号检测及处理模块5进一步与实时信号发生模块6相连接，所述异常信号检测及处理模块5采用单片机实现，与北斗接收机3和实时信号发生模块6的数据通信采用串口实现；异常信号检测及处理模块5将从北斗接收机3收到的卫星信号实时参数进行欺骗信号识别，将所有卫星信号实时参数分类为真实信号和欺骗信号两类，并将欺骗信号的实时参数输出给实时信号发生模块6；
所述实时信号发生模块6使用FPGA实现，具备不少于16个北斗信号实时生成通道及1个合成通路射频输出接口；实时信号发生模块6进一步与时间同步模块4、射频合路器7相连接，实时信号发生模块6在异常信号检测及处理模块5的控制下，参照北斗接收机3发送给其的各颗卫星信号的实时参数，针对每个欺骗信号实时生成对应的异常调零信号，该异常调零信号与相应的欺骗信号在信号强度、载波频率、码相位、导航电文等参数上均相同，载波相位相差180度；进而将此异常调零信号发送给射频合路器7；
此实施例中射频合路器7采用双端单输出无源射频合路器，频率通带覆盖1.4GHz-1.6GHz范围，输入端增益差小于0.1dB；射频合路器7进一步接有射频输出接口71，射频合路器7将实时信号发生模块6生成的异常调零信号与射频分路器2发送的北斗天线8接收的那一路北斗射频信号进行合路，并通过射频输出接口71输出，实现对欺骗干扰的剔除。
如图2所示，涉及如上设备的一种针对北斗授时欺骗干扰的防欺骗方法，其特征在于：
步骤一：射频分路器2从北斗天线8接收的北斗射频信号，将北斗射频信号分为两路分别送至北斗接收机3和射频合路器7；
步骤二：时间同步模块4接受外部时频模块41的正弦信号和GPS秒脉冲信号输入，将自身输出的10M本振信号的频率和相位调节至与外部时频模块41一致，调节为为10 MHz正弦信号和1 pps的秒脉冲信号；北斗接收机3利用时间同步模块4提供的本振信号作为参考信号对接收到的北斗射频信号进行跟踪，获取各颗卫星信号的实时参数，进而将该实时参数输出至异常信号检测及处理模块5及实时信号发生模块6；同时北斗接收机3输出秒脉冲信号至时间同步模块4，时间同步模块4使用该秒脉冲信号对本振信号的频率漂移量进行修正；
步骤三：异常信号检测及处理模块5将从北斗接收机3收到的卫星信号实时参数进行欺骗信号识别，将所有卫星信号实时参数分类为真实信号和欺骗信号两类，并将欺骗信号的实时参数输出给实时信号发生模块6；
步骤四：实时信号发生模块6在异常信号检测及处理模块5的控制下，参照北斗接收机3发送给其的各颗卫星信号的实时参数，针对每个欺骗信号时实时生成对应的异常调零信号，该异常调零信号与相应的欺骗信号在信号强度、载波频率、码相位、导航电文等参数上均相同，载波相位相差180度；进而实时将此异常调零信号发送给射频合路器7；
步骤五：射频合路器7将实时信号发生模块6生成的异常调零信号和射频分路器2发送的北斗天线8接收的那一路北斗射频信号进行合路，并通过射频输出接口71输出，实现对欺骗干扰的剔除。
如图3所示，所述步骤三中异常信号检测及处理模块通过以下步骤将所有卫星信号的实时参数分为真实信号和欺骗信号两类：
SS0:针对每颗卫星的观测信号，按顺序进行如下检测，其中只要存在一个未通过的检测项，则将该颗卫星的观测信号判定为欺骗信号：
SS1:信号强度检测；检测卫星信号的强度是否高于所设定的门限，是则为欺骗信号，否则进入下一步检测；
SS2:相关峰数量检测；检测卫星信号的相关峰数量是否超过2个，是则为欺骗信号，否则进入下一步检测；
SS3:相关峰畸变检测；利用多个相关器抽头，检测卫星信号的相关峰是否不满足对称性，若不满足对称性则为欺骗信号，若满足对称性则进入下一步检测；
SS4:导航电文一致性检测；检测导航电文在有效周期内是否保持一致，若为一致则为欺骗信号，若不一致则进入下一步检测；
SS5:定位残差一致性检测；检测定位残差是否满足指定概率分布异常信号，若满足则为欺骗信号，若不满足则进入下一步检测；
SS6:钟差模型一致性检测；检测接收机钟差模型参数是否满足预设的模型，若满足则为欺骗信号，若不满足则为真实信号。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (9)

1.一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备，包含射频分路器、北斗接收机、时间同步模块、异常信号检测及处理模块、实时信号发生模块、射频合路器，其特征在于：所述射频分路器与北斗接收机、射频合路器分别连接，射频分路器从北斗天线接收的北斗射频信号分为两路分别送至北斗接收机和射频合路器；
北斗接收机与时间同步模块、异常信号检测及处理模块以及实时信号发生模块分别连接，北斗接收机利用时间同步模块提供的本振信号作为参考信号对接收到的北斗射频信号进行跟踪，获取各颗卫星信号的实时参数，进而将该实时参数输出至异常信号检测及处理模块及实时信号发生模块；同时北斗接收机输出秒脉冲信号至时间同步模块，时间同步模块使用该秒脉冲信号对本振信号的频率漂移量进行修正；
异常信号检测及处理模块进一步与实时信号发生模块相连接，异常信号检测及处理模块将从北斗接收机收到的卫星信号实时参数进行欺骗信号识别，将所有卫星信号实时参数分类为真实信号和欺骗信号两类，并将欺骗信号的实时参数输出给实时信号发生模块；
实时信号发生模块进一步与时间同步模块、射频合路器相连接，实时信号发生模块在异常信号检测及处理模块的控制下，利用欺骗信号的实时参数，针对每个欺骗信号实时生成对应的异常调零信号，该异常调零信号与相应的欺骗信号在信号强度、载波频率、码相位、导航电文等参数上均相同，载波相位相差180度；进而将此异常调零信号发送给射频合路器；
射频合路器进一步接有射频输出接口，射频合路器将实时信号发生模块生成的异常调零信号和射频分路器发送的北斗天线端接收的那一路北斗射频信号进行合路，并通过射频接口输出，实现对欺骗干扰的剔除。
2.如权利要求1所述的一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备，其特征在于：时间同步模块进一步外接一外部时频模块，时间同步模块接受外部时频模块的正弦信号和GPS秒脉冲信号输入，并将自身输出的本振信号的频率和相位调节至与外部时频模块一致。
3.如权利要求2所述的一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备，其特征在于：所述外部时频模块，为10MHz正弦信号和1pps的秒脉冲信号，时间同步模块接受外部时频模块的正弦信号和GPS秒脉冲信号输入，将自身输出的10M本振信号的频率和相位调节至与外部时频模块一致。
4.如权利要求1所述的一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备，其特征在于：所述北斗接收机具备北斗B1信号处理能力，跟踪通道数不少于36，支持实时信号参数输出，所述实时信号参数包括码相位、载波相位、载波频率、载波周整模糊度、导航电文、信号强度。
5.如权利要求1所述的一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备，其特征在于：所述异常信号检测及处理模块采用单片机实现，与北斗接收机和实时信号发生模块的数据通信采用串口实现。
6.如权利要求1所述的一种针对北斗授时欺骗干扰的防火墙设备，其特征在于：所述实时信号发生模块使用FPGA实现，具备不少于16个北斗信号实时生成通道及1个合成通路射频输出接口。
7.一种针对北斗授时欺骗干扰的防欺骗方法，其特征在于：从北斗天线接收的北斗射频信号里分离欺骗信号，然后对欺骗信号进行分析，产生与欺骗信号各参数相同、载波相位相差180度的异常调零信号，将此异常调零信号反馈至射频段，利用异常调零信号对欺骗信号进行合路对消，达到抑制欺骗的功能，最终实现防欺骗；具体如以下步骤：
步骤一：射频分路器从北斗天线接收的北斗射频信号，将北斗射频信号分为两路分别送至北斗接收机和射频合路器；
步骤二：北斗接收机利用时间同步模块提供的本振信号作为参考信号对接收到的北斗射频信号进行跟踪，获取各颗卫星信号的实时参数，进而将该实时参数输出至异常信号检测及处理模块及实时信号发生模块；同时北斗接收机输出秒脉冲信号至时间同步模块，时间同步模块使用该秒脉冲信号对本振信号的频率漂移量进行修正；
步骤三：异常信号检测及处理模块将从北斗接收机收到的卫星信号实时参数进行欺骗信号识别，将所有卫星信号实时参数分类为真实信号和欺骗信号两类，并将欺骗信号的实时参数输出给实时信号发生模块；
步骤四：实时信号发生模块在异常信号检测及处理模块的控制下，利用欺骗信号的实时参数，针对每个欺骗信号时实时生成对应的异常调零信号，该异常调零信号与相应的欺骗信号在信号强度、载波频率、码相位、导航电文等参数上均相同，载波相位相差180度；进而实时将此异常调零信号发送给射频合路器；
步骤五：射频合路器将实时信号发生模块生成的异常调零信号和射频分路器发送的北斗天线端接收的那一路北斗射频信号进行合路，并通过射频接口输出，实现对欺骗干扰的剔除。
8.如权利要求7所述的一种针对北斗授时欺骗干扰的防欺骗方法，其特征在于：所述步骤二中，当时间同步模块与外部时频模块连接时，时间同步模块接受外部时频模块的正弦信号和GPS秒脉冲信号输入，并将自身输出的本振信号的频率和相位调节至与外部时频模块一致。
9.如权利要求7所述的一种针对北斗授时欺骗干扰的防欺骗方法，其特征在于：所述步骤三中异常信号检测及处理模块通过以下步骤将所有卫星信号的实时参数分为真实信号和欺骗信号两类：
SS0:针对每颗卫星的观测信号，按顺序进行如下检测，其中只要存在一个未通过的检测项，则将该颗卫星的观测信号判定为欺骗信号：
SS1:信号强度检测；检测卫星信号的强度是否高于所设定的门限，是则为欺骗信号，否则进入下一步检测；
SS2:相关峰数量检测；检测卫星信号的相关峰数量是否超过2个，是则为欺骗信号，否则进入下一步检测；
SS3:相关峰畸变检测；利用多个相关器抽头，检测卫星信号的相关峰是否不满足对称性，若不满足对称性则为欺骗信号，若满足对称性则进入下一步检测；
SS4:导航电文一致性检测；检测导航电文在有效周期内是否保持一致，若为一致则为欺骗信号，若不一致则进入下一步检测；
SS5:定位残差一致性检测；检测定位残差是否满足指定概率分布异常信号，若满足则为欺骗信号，若不满足则进入下一步检测；
SS6:钟差模型一致性检测；检测接收机钟差模型参数是否满足预设的模型，若满足则为欺骗信号，若不满足则为真实信号。
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