CN111624627A - 一种基于位置欺骗的无人机诱导方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于位置欺骗的无人机诱导方法及系统，涉及卫星导航领域，解决了现有技术无法实现快速、高效、隐蔽的无人机导航欺骗的问题。系统包括：阵列天线单元，用于接收所有可见卫星的真实卫星导航信号；信号接收单元，用于根据接收到的所有可见卫星的真实卫星导航信号，获取星历信息；目标跟踪单元实时采集无人机的当前位置；策略生成单元，基于星历信息、无人机当前位置以及下一时刻的期望位置，输出伪距延时、进行延时的真实卫星导航信号、发射功率；诱导信号生成单元，分离延时的真实卫星导航信号与其他真实卫星导航信号；依次根据伪距延时、发射功率对分离出的真实卫星导航信号进行延时及功率增强，生成诱导信号，并发射至无人机。

Description

一种基于位置欺骗的无人机诱导方法及系统

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于位置欺骗的无人机诱导方法及系统。

背景技术

随着国家对低空飞行的逐步开放，大量容易操控的遥控直升飞机、多旋翼飞行器等无人机的应用也越来越广泛。由于无人机体积较小、价格低廉、操控简单，如果被不法分子利用将会给社会稳定及安全保卫工作带来极大的挑战。目前全球已经发生多起无人机非法进入敏感空域的事件，如何有效反制无人机已成为国内外的研究热点问题和难点问题。

目前，国内外反制无人机的技术手段呈现出多样化的发展趋势，主要可以分为物理击落和电磁干扰两大类。物理击落是目前常规的处置方法之一，主要采用网枪、火炮或者高能激光烧毁等手段对无人机进行处置，这种方法造价较高，且坠落的无人机如果携带危险物品，可能会产生更严的次生危害；电磁干扰手段主要通过切断或压制无人机控制、定位及图传信号，迫使无人机返航、悬停或原地降落，这种方法技术上较为容易实现，成本也相对较低，但随着无人机抗干扰能力逐步增强，普通干扰最多仅能使无人机作业失败，对于被干扰后无人机下一步将采取何等动作则较难判断，难以达到防范预期目标。

考虑到卫星导航已经在无人机等无人系统中作为核心导航手段得到广泛应用、以及民用卫星导航信号格式公开且导航电文易被估计的特性，近年来，电磁干扰手段逐渐由传统的压制干扰向“干扰+欺骗”发展，主要采用生成式导航欺骗干扰向目标无人机发射虚假卫星导航定位信号，诱使其偏离预设运动轨迹，逐步到达指定区域，达到低成本安全处置的目的。当前主要方法是通过发射幅值远大于真实信号的干扰信号，使载波环路失锁，接收机通道将进入重捕阶段，然后发射功率远大于真实信号的诱导信号，然而由于诱导信号与真实信号差异较大，这种方式易被识别，且欺骗信号切入时间较长，工程实施较为困难。

因此，亟需构建一种快速、高效、隐蔽的无人机导航欺骗系统及诱导方法。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于位置欺骗的无人机诱导方法及系统，用以解决现有方法无法实现快速、高效、隐蔽的目标无人机导航欺骗的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供了一种基于位置欺骗的无人机诱导系统，包括：

阵列天线单元，用于接收所有可见卫星的真实卫星导航信号；

信号接收单元，用于根据所述阵列天线接收到的所有可见卫星的真实卫星导航信号，获取所有可见卫星的星历信息；

目标跟踪单元，用于实时采集目标无人机的当前位置；

策略生成单元，用于当所述目标无人机的当前位置不在指定区域范围内时，基于所述所有可见卫星的星历信息、所述目标无人机的当前位置以及目标无人机下一时刻的期望位置，输出伪距延时、所选择的进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号，以及输出对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强的发射功率；

诱导信号生成单元，用于将所述进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号与卫星导航信号实时接收单元接收到的其他真实卫星导航信号进行分离；用于依次根据所述伪距延时、所述发射功率对分离出的真实卫星导航信号进行延时及功率增强，生成诱导信号，并向所述目标无人机发射所述诱导信号。

在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

进一步，所述策略生成单元通过执行以下操作生成伪距延时：

基于所述所有可见卫星的星历信息，获取所述可见卫星下一时刻的位置；基于所述目标无人机的当前位置，得到所述目标无人机下一时刻的预测位置；

利用下式计算得到所述伪距延时：

d＝G(x_p1-x_p2) (1)

x_p1表示目标无人机下一时刻的预测位置对应的状态矢量，x_p1＝[x₁,y₁,z₁,τ]^T，x₁、y₁、z₁分别表示目标无人机下一时刻的预测位置在x轴、y轴、z轴上的分量，τ表示钟差；x_p2表示目标无人机下一时刻的期望位置对应的状态矢量，x_p2＝[x₂,y₂,z₂,τ]^T，x₂、y₂、z₂分别表示目标无人机下一时刻的期望位置在x轴、y轴、z轴上的分量；G表示观测矩阵；

x_s,i、y_s,i、z_s,i分别表示第i颗可见卫星下一时刻位置在x轴、y轴、z轴上的分量；i＝1,2,···,n，n表示可见卫星的个数。

进一步，所述诱导信号生成单元包括：

信号分离单元，用于将所述进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号与卫星导航信号实时接收单元接收到的其他真实卫星导航信号进行分离；

时延控制单元，用于利用所述伪距延时对分离出的真实卫星导航信号进行延时；

功率控制单元，用于利用所述发射功率对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强，得到诱导信号。

进一步，所述策略生成单元基于DOP算法选择进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号。

进一步，在所述信号分离单元中，执行以下操作将所述进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号与卫星导航信号实时接收单元接收到的其他真实卫星导航信号进行分离：

基于所有可见卫星的真实卫星导航信号和阵列天线单元中的阵元位置信息，得到阵列天线单元接收的信号的协方差矩阵R_x：

其中，

为卫星导航信号到达阵列天线单元的期望功率，

为热噪声功率，ρ_n为单位矩阵，上标H表示共轭转置；

其中，d＝1,2,…,D，D表示可见卫星的总颗数；p_m＝[p_xm,p_my,p_mz]^T表示阵列天线单元中第m个阵元的坐标，m＝1,2,…,M；M表示阵列天线单元中阵元的总个数；

θ_d、

分别表示第d颗可见卫星的方位角和仰角；ω＝2πf为表示卫星导航信号角频率；c为真空中电磁波的传播速度；

基于所述协方差矩阵R_x，经空域滤波处理得到分离出的真实卫星导航信号y_l(t)：

其中，l表示待分离的真实卫星导航信号的编号；x(t)表示阵列天线单元接收到的信号：

x(t)＝A(K)s(t)+n(t) (7)

其中，s(t)＝[s₁(t),…,s_d(t),…,s_D(t)]^T，s_d(t)表示第d颗可见卫星的真实卫星导航信号，n(t)为热噪声，A(K)＝[a₁,…,a_d,…,a_D]；

其中，

diag(R_x,m)代表协方差矩阵R_x的第m个对角线元素；

P_d表示第d颗可见卫星的真实卫星导航信号的功率，P_l表示第l颗可见卫星的真实卫星导航信号的功率。

进一步，所述策略生成单元通过以下方式确定所述发射功率P_t：

其中，λ表示所述真实卫星导航信号的中心频率对应的波长，d₁表示目标无人机下一时刻的期望位置与发射天线之间的直线距离。

另一方面，提供了一种基于位置欺骗的无人机诱导方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：实时接收并解析所有可见卫星的真实卫星导航信号，获取所有可见卫星的星历信息；还实时获取目标无人机的当前位置；

步骤S2：基于所述所有可见卫星的星历信息、所述目标无人机的当前位置以及目标无人机下一时刻的期望位置，生成伪距延时；

步骤S3：选择并分离出进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号；

步骤S4：利用所述伪距延时对分离出的真实卫星导航信号进行延时，并对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强，生成诱导信号，并向所述目标无人机发射所述诱导信号；

步骤S5：重复步骤S1-S4，直至所述目标无人机到达指定区域。

进一步，在所述步骤S2中，执行以下操作生成伪距延时：

步骤S21：基于所述所有可见卫星的星历信息，获取所述可见卫星下一时刻的位置；基于所述目标无人机的当前位置，得到所述目标无人机下一时刻的预测位置；

步骤S22：所述伪距延时：

d＝G(x_p1-x_p2) (11)

x_p1表示目标无人机下一时刻的预测位置对应的状态矢量，x_p1＝[x₁,y₁,z₁,τ]^T，x₁、y₁、z₁分别表示目标无人机下一时刻的预测位置在x轴、y轴、z轴上的分量，τ表示钟差；x_p2表示目标无人机下一时刻的期望位置对应的状态矢量，x_p2＝[x₂,y₂,z₂,τ]^T，x₂、y₂、z₂分别表示目标无人机下一时刻的期望位置在x轴、y轴、z轴上的分量；G表示观测矩阵；

x_s,i、y_s,i、z_s,i分别表示第i颗可见卫星下一时刻位置在x轴、y轴、z轴上的分量；i＝1,2,···,n，n表示可见卫星的个数。

进一步，在所述步骤S4中，利用发射功率P_t对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强，利用发射功率P_t：

其中，λ表示所述真实卫星导航信号的中心频率对应的波长，d₁表示目标无人机下一时刻的期望位置与发射天线之间的直线距离。

进一步，在所述步骤S3和所述步骤S4中，还对所述分离出进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号、诱导信号进行授时。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的基于位置欺骗的无人机诱导方法及系统，根据真实卫星导航信号及目标无人机目标跟踪结果、目标无人机期望位置，针对性地指定了分离策略、时延策略、功率控制策略，并基于以上策略生成了与真实卫星导航信号高度一致的诱导信号(生成的诱导信号仅是改变了真实卫星导航信号的时延和功率，因此具有一致性)，通过发生该诱导信号，使诱导目标无法识别或感知异常，无缝切换到跟踪播放的诱导信号上，进而采取逐步偏移调整实现诱导目的。通过这种方式，欺骗干扰可以在非常隐蔽的条件下使得导航终端得到虚假的时间、位置、速度等信息，与传统的先压制使接收机失锁进入重捕阶段、再实施欺骗的方法相比，诱导效果更好，诱导速度更快，可以实现秒级接管。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可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说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中基于位置欺骗的无人机诱导系统结构示意图；

图2为本发明实施例中基于位置欺骗的无人机诱导方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于位置欺骗的无人机诱导系统，结构示意图如图1所示，该系统包括：卫星导航信号实时接收单元、目标跟踪单元、策略生成单元、诱导信号生成单元；其中，

卫星导航信号实时接收单元，用于接收并解析所有可见卫星的真实卫星导航信号，获取所有可见卫星的星历信息；示例性地，在该过程中，可采用高性能卫星导航接收机实时接收所有可见卫星的真实导航信号，并完成真实卫星导航信号的捕获、跟踪、星历接收、定位解算以及导航信息存储/输出。示例性地，卫星导航信号实时接收单元可选用BDS/GPS/GLONASS/Galieo高性能多模组合接收机，需要具备实际卫星的星历、钟差、电离层等原始观测数据输出功能，用以实现导航信息同步；以及高性能授时功能，用以保证时频基准同步。具体卫星导航系统数量和频点可根据具体实施欺骗目标进行配置。

目标跟踪单元，用于实时采集目标无人机的当前位置。

策略生成单元，用于当所述目标无人机的当前位置不在指定区域范围内时，制定时延策略、分离策略、功率控制策略；指定区域范围指诱导(诱骗)目标无人机降落的区域范围，具体地，首先根据目标无人机的当前位置的三维坐标与指定区域三维坐标之间的关系，判断所述目标无人机的当前位置是否在指定区域范围内。

(1)时延策略的制定：

基于所述所有可见卫星的星历信息、所述目标无人机的当前位置以及目标无人机下一时刻的期望位置(即希望通过诱导信号使得目标无人机下一时刻到达的位置)，生成伪距延时；在该过程中，首先基于所述所有可见卫星的星历信息，可以得到所述可见卫星的实时轨道及下一时刻的位置；基于所述目标无人机的当前位置，预测其航迹，并得到所述目标无人机下一时刻的预测位置(即目标无人机的自动驾驶系统将控制目标无人机飞到的位置，基于目标无人机的当前位置得到目标无人机下一时刻的预测位置的过程可采用现有方式实现，此处不再赘述)；

然后根据伪距延时公式生成伪距延时，伪距延时公式如公式(1)所示：

d＝G(x_p1-x_p2) (1)

其中，x_p1表示目标无人机下一时刻的预测位置对应的状态矢量，x_p1＝[x₁,y₁,z₁,τ]^T，x₁、y₁、z₁分别表示目标无人机下一时刻的预测位置在x轴、y轴、z轴上的分量，τ表示钟差；x_p2表示目标无人机下一时刻的期望位置对应的状态矢量，x_p2＝[x₂,y₂,z₂,τ]^T，x₂、y₂、z₂分别表示目标无人机下一时刻的期望位置在x轴、y轴、z轴上的分量；G表示观测矩阵；

x_s,i、y_s,i、z_s,i分别表示第i颗可见卫星下一时刻位置在x轴、y轴、z轴上的分量；i＝1,2,···,n，n表示可见卫星的个数。

上述公式(1)可基于以下分析过程得到：

在本实施例中，所生成的诱导策略的目的是，使得目标无人机使用诱导信号解得的位置为下一时刻的预测位置P1，而其实际位置(根据真实信号解得的位置)为下一时刻的期望位置P2。

即，在预测的下一个时刻，目标无人机的真实位置为P2，根据卫星导航原理，目标无人机在P2位置的目标无人机的观测伪距方程为：

ρ＝Gx_p2 (2)

其中，ρ＝[ρ₁,···,ρ_i,···,ρ_n]^T，ρ_i为目标无人机到第i颗卫星测得的伪距。

此时，希望目标无人机使用诱导信号解得的位置为其期望的位置点P1，即：

ρ+d＝Gx_p1 (3)

联立公式(2)、(3)，即可得到伪距延时的计算公式(1)。将计算得到的伪距延时作为本实施例执行的时延策略。

在上述过程中，示例性地，可根据无人机的当前位置和指定区域之间的位置进行路径规划，得到目标无人机下一时刻的期望位置，也可以根据其他路径规划策略得到目标无人机下一时刻的期望位置。

(2)分离策略的制定

在该过程中，策略生成模块需要选择出进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号，具体地，选星算法的依据是：在参与定位的卫星数量一定的情况下，优先选择定位精度较高的卫星组合。考虑到硬件运算能力与定位的时效性要求，还要合理设计选星算法的结构来压缩运算量，保证定位速度。在本实施例中，选用DOP算法选择进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号。由于该算法为现有技术，此处不再赘述。

(3)功率控制策略的制定：

在该过程中，策略生成模块需要对选择出的真实卫星导航信号进行功率增强，进行功率增强的发射功率P_t通过以下方式计算得到：

其中，λ表示所述真实卫星导航信号的中心频率对应的波长，d₁表示目标无人机下一时刻的期望位置与发射天线之间的直线距离。在该公式中，“-100dBm”的含义是保持诱导信号达到目标无人机接收天线口面电平为-100dBm。

在策略生成单元制定好时延策略、分离策略、功率控制策略后，即可将上述策略结果发送至诱导信号生成单元，诱导信号生成单元基于上述策略生成诱导信号。具体地，诱导信号生成单元包括信号分离单元、时延控制单元、功率控制单元；

其中，信号分离单元，由于卫星导航信号实时接收单元接收到的真实卫星导航信号为所有可见卫星的信号之和，因此，需要基于策略生成模块选择出的进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号，将其与卫星导航信号实时接收单元接收到的其他真实卫星导航信号进行分离；

优选地，可通过以下方式实现信号分离：

(1)基于所有可见卫星的真实卫星导航信号和阵列天线单元中的阵元位置信息，得到阵列天线单元接收的信号的协方差矩阵R_x：

其中，

为卫星导航信号到达阵列天线单元的期望功率，

为热噪声功率，ρ_n为单位矩阵，上标H表示共轭转置；考虑卫星信号发射功率、发射天线增益，卫星高度、地球半径、接收天线增益和导航信号的其他因素，期望功率的典型值为

在解扩前。系统热噪声功率在20.46MHz内的典型值为

其中，d＝1,2,…,D，D表示可见卫星的总颗数；p_m＝[p_xm,p_my,p_mz]^T表示阵列天线单元中第m个阵元的坐标，m＝1,2,…,M；M表示阵列天线单元中阵元的总个数；

θ_d、

分别表示第d颗可见卫星的方位角和仰角；ω＝2πf为表示卫星导航信号角频率；(各卫星的卫星导航信号的角频率相同)；c为真空中电磁波的传播速度，c＝3×10⁸m/s；

(2)基于所述协方差矩阵R_x，经空域滤波处理得到分离出的真实卫星导航信号y_l(t)：

其中，l表示待分离的真实卫星导航信号的编号，l＝1,2,…,D；x(t)表示阵列天线单元接收到的信号：

x(t)＝A(K)s(t)+n(t) (8)

其中，s(t)＝[s₁(t),…,s_d(t),…,s_D(t)]^T，s_d(t)表示第d颗可见卫星的真实卫星导航信号，n(t)为热噪声，A(K)＝[a₁,…,a_d,…,a_D]；

其中，

diag(R_x,m)代表协方差矩阵R_x的第m个对角线元素；

目标信号成分和最大非目标信号成分功率之比定义为卫星信号纯度的测量，描述为：

上标s代表卫星，P_d表示第d颗可见卫星的真实卫星导航信号的功率，P_l表示第l颗可见卫星的真实卫星导航信号的功率。

时延控制单元，用于基于策略生成模块生成的伪距延时，对分离出的真实卫星导航信号进行延时；

功率控制单元，用于基于策略生成模块确定的发射功率，对延时后的真实卫星导航信号进行功率增强，得到诱导信号，并将所述诱导信号发送至所述目标无人机，以使目标无人机根据所述诱导信号调整运行方向。通过功率控制单元，能够满足目标无人机接收该诱导信号的功率要求；同时，由于本实施例生成的诱导信号与真实导航卫星发送信号特性一致，因此，能够实现快速、高效、隐蔽的目标无人机导航欺骗问题。

示例性地，可采用发射天线将诱导信号发送至目标无人机，发射天线可根据作用距离选择全向天线或定向螺旋天线。

此外，系统还包括时间同步单元，利用目标无人机诱导系统内置的卫星导航接收机和恒温晶振，利用接收机对晶振进行驯服，保证生成的时频基准信号(10MHz和1PPS)与真实卫星系统的时间同步。本实施例中，时间同步设备根据诱导时长选择内置恒温晶振或铷原子钟，秒稳一般要求优于1E-9，精密控制偏移调整范围±3×10-6，最小调制步进1×10-13。通过精密微调信号生成参考频率，间接实现导航信号时间偏移，还可用于支持对授时目标无人机信号的诱偏控制。

实施例2

本发明的实施例2中，还提供了一种基于位置欺骗的无人机诱导方法，流程图如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1：实时接收并解析所有可见卫星的真实卫星导航信号，获取所有可见卫星的星历信息；还实时获取目标无人机的当前位置；

步骤S2：基于所述所有可见卫星的星历信息、所述目标无人机的当前位置以及目标无人机下一时刻的期望位置，生成伪距延时；

步骤S3：选择并分离出进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号；

步骤S4：利用所述伪距延时对分离出的真实卫星导航信号进行延时，并对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强，生成诱导信号，并将所述诱导信号发送至所述目标无人机，以使目标无人机根据所述诱导信号调整运行方向；

步骤S5：重复步骤S1-S4，直至所述目标无人机到达指定区域。

在实施步骤S1之前，需要启动方法中涉及到的各设备，并确保通信联通。

在所述步骤S2中，执行以下操作生成伪距延时：

步骤S21：基于所述所有可见卫星的星历信息，获取所述可见卫星下一时刻的位置；基于所述目标无人机的当前位置，得到所述目标无人机下一时刻的预测位置；

步骤S22：所述伪距延时：

d＝G(x_p1-x_p2) (11)

x_p1表示目标无人机下一时刻的预测位置对应的状态矢量，x_p1＝[x₁,y₁,z₁,τ]^T，x₁、y₁、z₁分别表示目标无人机下一时刻的预测位置在x轴、y轴、z轴上的分量，τ表示钟差；x_p2表示目标无人机下一时刻的期望位置对应的状态矢量，x_p2＝[x₂,y₂,z₂,τ]^T，x₂、y₂、z₂分别表示目标无人机下一时刻的期望位置在x轴、y轴、z轴上的分量；G表示观测矩阵；

x_s,i、y_s,i、z_s,i分别表示第i颗可见卫星下一时刻位置在x轴、y轴、z轴上的分量；i＝1,2,···,n，n表示可见卫星的个数。

在所述步骤S3中，基于DOP算法选择进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号。还可通过以下方式实现信号分离：

步骤S31：基于所有可见卫星的真实卫星导航信号和阵列天线单元中的阵元位置信息，得到阵列天线单元接收的信号的协方差矩阵R_x：

其中，

为卫星导航信号到达阵列天线单元的期望功率，

为热噪声功率，ρ_n为单位矩阵，上标H表示共轭转置；考虑卫星信号发射功率、发射天线增益，卫星高度、地球半径、接收天线增益和导航信号的其他因素，期望功率的典型值为

在解扩前。系统热噪声功率在20.46MHz内的典型值为

其中，d＝1,2,…,D，D表示可见卫星的总颗数；p_m＝[p_xm,p_my,p_mz]^T表示阵列天线单元中第m个阵元的坐标，m＝1,2,…,M；M表示阵列天线单元中阵元的总个数；

θ_d、

分别表示第d颗可见卫星的方位角和仰角；ω＝2πf为表示卫星导航信号角频率；(各卫星的卫星导航信号的角频率相同)；c为真空中电磁波的传播速度，c＝3×10⁸m/s；

(2)基于所述协方差矩阵R_x，经空域滤波处理得到分离出的真实卫星导航信号y_l(t)：

其中，l表示待分离的真实卫星导航信号的编号，l＝1,2,…,D；x(t)表示阵列天线单元接收到的信号：

x(t)＝A(K)s(t)+n(t) (15)

其中，s(t)＝[s₁(t),…,s_d(t),…,s_D(t)]^T，s_d(t)表示第d颗可见卫星的真实卫星导航信号，n(t)为热噪声，A(K)＝[a₁,…,a_d,…,a_D]；

其中，

diag(R_x,m)代表协方差矩阵R_x的第m个对角线元素；

目标信号成分和最大非目标信号成分功率之比定义为卫星信号纯度的测量，描述为：

上标s代表卫星，P_d表示第d颗可见卫星的真实卫星导航信号的功率，P_l表示第l颗可见卫星的真实卫星导航信号的功率。

在所述步骤S4中，利用发射功率P_t对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强，利用发射功率P_t：

其中，λ表示所述真实卫星导航信号的中心频率对应的波长，d₁表示目标无人机下一时刻的期望位置与发射天线之间的直线距离。

在所述步骤S3和所述步骤S4中，还对所述分离出进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号、诱导信号进行授时。

本发明提供的基于位置欺骗的无人机诱导方法及系统，根据真实卫星导航信号及目标无人机目标跟踪结果、目标无人机期望位置，针对性地指定了分离策略、时延策略、功率控制策略，并基于以上策略生成了与真实卫星导航信号高度一致的诱导信号(生成的诱导信号仅是改变了真实卫星导航信号的时延和功率，因此具有一致性)，通过发生该诱导信号，使诱导目标无法识别或感知异常，无缝切换到跟踪播放的诱导信号上，进而采取逐步偏移调整实现诱导目的。通过这种方式，欺骗干扰可以在非常隐蔽的条件下使得导航终端得到虚假的时间、位置、速度等信息，与传统的先压制使接收机失锁进入重捕阶段、再实施欺骗的方法相比，诱导效果更好，诱导速度更快，可以实现秒级接管。

上述系统实施例和方法实施例基于相同的原理实现，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于位置欺骗的无人机诱导系统，其特征在于，包括：

阵列天线单元，用于接收所有可见卫星的真实卫星导航信号；

信号接收单元，用于根据所述阵列天线接收到的所有可见卫星的真实卫星导航信号，获取所有可见卫星的星历信息；

目标跟踪单元，用于实时采集目标无人机的当前位置；

策略生成单元，用于当所述目标无人机的当前位置不在指定区域范围内时，基于所述所有可见卫星的星历信息、所述目标无人机的当前位置以及目标无人机下一时刻的期望位置，输出伪距延时、所选择的进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号，以及输出对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强的发射功率；

诱导信号生成单元，用于将所述进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号与卫星导航信号实时接收单元接收到的其他真实卫星导航信号进行分离；用于依次根据所述伪距延时、所述发射功率对分离出的真实卫星导航信号进行延时及功率增强，生成诱导信号，并向所述目标无人机发射所述诱导信号。

2.根据权利要求1所述的基于位置欺骗的无人机诱导系统，其特征在于，所述策略生成单元通过执行以下操作生成伪距延时：

基于所述所有可见卫星的星历信息，获取所述可见卫星下一时刻的位置；基于所述目标无人机的当前位置，得到所述目标无人机下一时刻的预测位置；

利用下式计算得到所述伪距延时：

d＝G(x_p1-x_p2) (1)

x_p1表示目标无人机下一时刻的预测位置对应的状态矢量，x_p1＝[x₁,y₁,z₁,τ]^T，x₁、y₁、z₁分别表示目标无人机下一时刻的预测位置在x轴、y轴、z轴上的分量，τ表示钟差；x_p2表示目标无人机下一时刻的期望位置对应的状态矢量，x_p2＝[x₂,y₂,z₂,τ]^T，x₂、y₂、z₂分别表示目标无人机下一时刻的期望位置在x轴、y轴、z轴上的分量；G表示观测矩阵；

x_s,i、y_s,i、z_s,i分别表示第i颗可见卫星下一时刻位置在x轴、y轴、z轴上的分量；i＝1,2,···,n，n表示可见卫星的个数。

3.根据权利要求1或2所述的基于位置欺骗的无人机诱导系统，其特征在于，所述诱导信号生成单元包括：

信号分离单元，用于将所述进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号与卫星导航信号实时接收单元接收到的其他真实卫星导航信号进行分离；

时延控制单元，用于利用所述伪距延时对分离出的真实卫星导航信号进行延时；

功率控制单元，用于利用所述发射功率对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强，得到诱导信号。

4.根据权利要求1所述的基于位置欺骗的无人机诱导系统，其特征在于，所述策略生成单元基于DOP算法选择进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号。

5.根据权利要求3所述的基于位置欺骗的无人机诱导系统，其特征在于，在所述信号分离单元中，执行以下操作将所述进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号与卫星导航信号实时接收单元接收到的其他真实卫星导航信号进行分离：

基于所有可见卫星的真实卫星导航信号和阵列天线单元中的阵元位置信息，得到阵列天线单元接收的信号的协方差矩阵R_x：

其中，

为卫星导航信号到达阵列天线单元的期望功率，

为热噪声功率，ρ_n为单位矩阵，上标H表示共轭转置；

其中，d＝1,2,…,D，D表示可见卫星的总颗数；p_m＝[p_xm,p_my,p_mz]^T表示阵列天线单元中第m个阵元的坐标，m＝1,2,…,M；M表示阵列天线单元中阵元的总个数；

θ_d、

分别表示第d颗可见卫星的方位角和仰角；ω＝2πf为表示卫星导航信号角频率；c为真空中电磁波的传播速度；

基于所述协方差矩阵R_x，经空域滤波处理得到分离出的真实卫星导航信号y_l(t)：

其中，l表示待分离的真实卫星导航信号的编号；x(t)表示阵列天线单元接收到的信号：

x(t)＝A(K)s(t)+n(t) (7)

其中，s(t)＝[s₁(t),…,s_d(t),…,s_D(t)]^T，s_d(t)表示第d颗可见卫星的真实卫星导航信号，n(t)为热噪声，A(K)＝[a₁,…,a_d,…,a_D]；

其中，

diag(R_x,m)代表协方差矩阵R_x的第m个对角线元素；

P_d表示第d颗可见卫星的真实卫星导航信号的功率，P_l表示第l颗可见卫星的真实卫星导航信号的功率。

6.根据权利要求1所述的基于位置欺骗的无人机诱导系统，其特征在于，所述策略生成单元通过以下方式确定所述发射功率P_t：

其中，λ表示所述真实卫星导航信号的中心频率对应的波长，d₁表示目标无人机下一时刻的期望位置与发射天线之间的直线距离。

7.一种基于位置欺骗的无人机诱导方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：实时接收并解析所有可见卫星的真实卫星导航信号，获取所有可见卫星的星历信息；还实时获取目标无人机的当前位置；

步骤S2：基于所述所有可见卫星的星历信息、所述目标无人机的当前位置以及目标无人机下一时刻的期望位置，生成伪距延时；

步骤S3：选择并分离出进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号；

步骤S4：利用所述伪距延时对分离出的真实卫星导航信号进行延时，并对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强，生成诱导信号，并向所述目标无人机发射所述诱导信号；

步骤S5：重复步骤S1-S4，直至所述目标无人机到达指定区域。

8.根据权利要求7所述的基于位置欺骗的无人机诱导方法，其特征在于，在所述步骤S2中，执行以下操作生成伪距延时：

步骤S21：基于所述所有可见卫星的星历信息，获取所述可见卫星下一时刻的位置；基于所述目标无人机的当前位置，得到所述目标无人机下一时刻的预测位置；

步骤S22：所述伪距延时：

d＝G(x_p1-x_p2) (11)

x_p1表示目标无人机下一时刻的预测位置对应的状态矢量，x_p1＝[x₁,y₁,z₁,τ]^T，x₁、y₁、z₁分别表示目标无人机下一时刻的预测位置在x轴、y轴、z轴上的分量，τ表示钟差；x_p2表示目标无人机下一时刻的期望位置对应的状态矢量，x_p2＝[x₂,y₂,z₂,τ]^T，x₂、y₂、z₂分别表示目标无人机下一时刻的期望位置在x轴、y轴、z轴上的分量；G表示观测矩阵；

x_s,i、y_s,i、z_s,i分别表示第i颗可见卫星下一时刻位置在x轴、y轴、z轴上的分量；i＝1,2,···,n，n表示可见卫星的个数。

9.根据权利要求8所述的基于位置欺骗的无人机诱导方法，其特征在于，在所述步骤S4中，利用发射功率P_t对延时后的真实导航卫星信号进行功率增强，利用发射功率P_t：

其中，λ表示所述真实卫星导航信号的中心频率对应的波长，d₁表示目标无人机下一时刻的期望位置与发射天线之间的直线距离。

10.根据权利要求7所述的基于位置欺骗的无人机诱导方法，其特征在于，在所述步骤S3和所述步骤S4中，还对所述分离出进行延时的可见卫星的真实卫星导航信号、诱导信号进行授时。

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