CN113589331A - 静态导航欺骗干扰源的定位装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卫星导航领域,具体提供一种静态导航欺骗干扰源的定位装置、系统及方法。定位装置包括依次连接的时钟驯服模块、接收模块、和测距模块,时钟驯服模块输出与卫星导航系统同步的基准频率;接收模块接收导航欺骗干扰信号,测距模块基于基准频率对导航欺骗干扰信号进行测距,输出导航欺骗干扰信号中至少一颗卫星信号的伪距;伪距用于计算导航欺骗干扰源的位置。以某一个测量位置作为参考位置,其它测量位置测量的伪距值与参考测量位置测量的伪距值的差值,以导航欺骗干扰源为未知量,基于距离差和已知的测量位置建立方程组,即可解算出静态导航欺骗干扰源的位置。本发明实现简单、成本低,实现对微弱的静态导航欺骗干扰信号的定位。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航领域,尤其涉及一种静态导航欺骗干扰源的定位装置、系统及方法。
背景技术
通过与卫星导航系统时间同步后,微功率的小型化卫星导航欺骗干扰源可以在一个几百米至若干公里的范围内快速入侵导航接收机,影响卫星导航设备的正常使用,从而带来较大的安全隐患。
现有的欺骗干扰源定位技术,主要包括到达角(AOA)、接收信号强度(RSS)、到达时间差(TDOA)、到达频率差(FDOA)等,但这些技术主要针对高功率压制干扰,而欺骗干扰由于功率较低,则这些技术无法定位欺骗干扰源,如传统的无线电定向定位设备可通过频谱分析的方法来发现明显高于噪底的非正常信号,而对于微功率的导航欺骗干扰信号,当无线电定向定位设备与干扰源存在一定距离时,欺骗干扰信号的功率仅略高于噪底,甚至低于噪底,导致传统的无线电探测设备无法定位该干扰源;同时现有导航对抗技术主要致力于在对导航欺骗信号的识别和消除上,无法对干扰源进行有效定位。因此迫切需要一种能够对导航欺骗干扰源的定位装置和方法。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种简便的、可对静态导航欺骗干扰源进行定位的装置、系统及方法。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种静态导航欺骗干扰源的定位装置,包括依次连接的时钟驯服模块、接收模块、测距模块、所述时钟驯服模块输出与卫星导航系统同步的基准频率;所述接收模块接收导航欺骗干扰信号,所述测距模块基于所述的基准频率对所述导航欺骗干扰信号进行测距,输出所述导航欺骗干扰信号中至少一颗卫星信号的伪距;所述伪距用于计算导航欺骗干扰源的位置。
进一步地,所述时钟驯服模块接收导航欺骗干扰信号的非同频的导航信号或通过指向型天线在导航欺骗干扰信号覆盖区域获取GNSS时间。
进一步地,所述测距模块为带有PPS输入、基准频率输入的GNSS接收机或GNSS信号处理设备。
本发明还提供一种静态导航欺骗干扰源的定位系统,包括如上所述的定位装置,还包括控制单元、处理单元,所述测距模块通过所述控制单元与所述处理单元连接,所述处理单元根据所述控制单元的处理指令,对至少2个伪距进行计算,得到所述导航欺骗干扰源的位置。
进一步地,还包括存储单元,所述存储单元与所述测距模块连接,将每次测距得到的伪距进行存储。
进一步地,所述测距模块与存储单元无线或有线连接;或者所述测距模块与所述控制单元无线或有线连接。
本发明还提供一种静态导航欺骗干扰源的定位方法,包括以下步骤:
S1.通过时钟驯服,输出与GNSS时间同步的基准频率;
S2.在N个不同的测量位置接收并处理导航欺骗干扰信号,其中N≥2,每次输出测量到导航欺骗干扰信号的一个卫星的伪距ρi,其中1≤i≤N;
S3.以其中一个测量位置k作为参考测量位置,计算导航欺骗干扰源到非参考测量位置的伪距与导航欺骗干扰源到所述参考测量位置的伪距差Δρi=ρi-ρk,其中1≤i,k≤N,i≠k;
S4.以导航欺骗干扰源位置为未知量,基于伪距差和各已知的测量位置信息建立方程组,计算得到导航欺骗干扰源的位置。
进一步地,在步骤S2中,当导航欺骗信号中包括M颗卫星信号时,其中M>1,第i个非参考测量位置与参考测量位置分别输出到M颗卫星的伪距进行求差得到M个伪距差,计算M个伪距差的均值其中i∈[1,N],m∈[1,M]且i≠k。
进一步地,在步骤S4中,根据所述方程组,当N=2时,所述导航欺骗干扰源的位置确定在一个三维空间的曲面上;当N=3时,所述导航欺骗干扰源的位置确定在一条曲线上;当N=4时,所述导航欺骗干扰源的位置确定在两个点位上;当N>4时,所述导航欺骗干扰源的位置为1个点位。
与现有技术相比,本发明的优点及积极效果在于:
1.可以实现对微弱的导航欺骗干扰信号的定位:本发明提出利用一个定位装置在多个不同的测量位置对同一静态导航欺骗干扰信号进行伪距测量,通过伪距差与测量位置的计算,实现静态导航欺骗干扰源欺骗源定位,实现对微弱的静态导航欺骗干扰信号的定位,在干扰监测网络、干扰源定位中具有重要应用价值;
2.成本低、便于推广:本发明定位装置可基于测距等基本设备和技术的集成,用户只需要布置一套定位装置/系统即可主动获取导航欺骗干扰源的位置,不需要对导航欺骗干扰信号进行检测,也不需要对干扰源进行辨识,也不需要多个用户同步时间,不需要计算时间差等复杂的过程,设备成本低、操作简单、利用推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例的定位装置构成示意图;
图2为本发明实施例的定位系统示意图;
图3为本发明实施例的定位系统示意图;
图4为本发明实施例的方法流程图;
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
以下介绍本发明提供的一种静态导航欺骗干扰源的定位装置,图1示出了该实施例的定位装置构成示意图,包括依次连接的时钟驯服模块、接收模块、测距模块,其中时钟驯服模块输出与卫星导航系统同步的基准频率;接收模块接收导航欺骗干扰信号,测距模块基于基准频率对导航欺骗干扰信号进行测距,输出导航欺骗干扰信号中至少一颗卫星信号的伪距;伪距用于计算导航欺骗干扰源的位置。其中,时钟驯服模块实现本地时钟及频率与GNSS卫星导航系统同步。
在本实施例中,时钟驯服模块可以直接采用接收与导航欺骗干扰信号非同频的导航信号或采用指向型天线在导航欺骗干扰信号覆盖区域对GNSS时间的获取。时钟驯服模块可以直接驯服与导航欺骗干扰信号非同频的导航信号为基准频率,及和基准时间。在有些实施例中,抗干扰天线就是用的指向型天线,可以直接接收真实的GNSS信号,获取时间信息。本实施例中,非同频的导航信号,例如北斗导航信号中B1信号(频点1559.052MHz-1591.788MHz)与B3信号(频点1166.22MHz-1217.37MHz)就是互为非同频的导航信号,那么在本发明中,只要能接收与静态导航欺骗干扰信号非同频(非同频点)的导航信号,就可以以该非同频的导航信号作为基准频率。
在本实施例中,测距模块可以为带有PPS输入、基准频率输入的GNSS接收机或GNSS信号处理设备。该测距模块可以独立设置,定位装置可基于现有设备和技术的集成即可实现,设备成本低、操作简单、利用推广应用。测距模块发送测距信号并接收测距信号,测量定位距离或定位装置与导航欺骗信号之间的定位距离之差。通过在2个以上不同位置进行测距,综合计算,得出导航欺骗干扰源的位置。
本发明还提供一种静态导航欺骗干扰源的定位系统,如图2所示,包括定位装置,还包括控制单元、处理单元,其中测距模块通过控制单元与处理单元连接,处理单元根据控制单元的处理指令,对至少2个不同位置的伪距进行计算,得到导航欺骗干扰源的位置,具体计算过程在本发明以下方法中描述。控制单元,处理单元可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明的控制处理过程。
当然在本发明中,也可以如图3所示,定位装置可以总集成,包括依次连接的时钟驯服模块、接收模块、测距模块、存储单元、控制单元、处理单元,一体化设置,在图2所示中,在测量位置1时,定位装置的接收模块接收导航欺骗干扰信号,在测量位置2……测量位置N时,接收模块均接收静态导航欺骗干扰信号(图未一一示出,均为在测量位置1时的方式一样),本领域技术人员应当理解本发明中的接收模块不是用于接收真实导航卫星信号的。
在本发明中,测距模块与存储单元连接,将在不同测量位置时,测距模块每次测距得到的伪距发存储单元进行存储,即测距模块通过存储单元与控制单元、处理单元连接,伪距传给控制单元,给处理单元进行处理计算。存储单元可以包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储数据的介质。
本实施例中,定位装置与存储单元可以无线或有线连接;或者定位装置与控制单元也可以无线或有线连接;或者时钟驯服模块、测距模块、存储单元、控制单元、处理单元依次连接,单独组成定位装置。在模块化的实现下,做成一个集成的定位装置,使用更方便,当然,在特殊情况下,也可以用现有设备独立工作,由控制单元统一控制处理即可。
如图4所示,本发明还提供一种静态导航欺骗干扰源的定位方法,包括以下步骤:
S1.通过时钟驯服输出与GNSS时间同步的基准频率;本方法中,包括时钟驯服模块和测距模块,时钟驯服模块可以直接采用接收与导航欺骗干扰信号非同频的导航信号或采用指向型天线在导航欺骗干扰信号覆盖区域对GNSS时间的获取,输出与卫星导航系统同步的基准频率;
S2.在Ⅳ个不同的测量位置接收并处理导航欺骗干扰信号,其中N≥2,每次输出测量到导航欺骗干扰信号的一个卫星的伪距ρi(1≤i≤N);针对导航欺骗信号中的某一颗卫星信号,定位装置在N(N≥2)个不同的测量位置接收并处理该卫星信号,获取不同的导航欺骗干扰信号的卫星伪距值ρi(1≤i≤N);在本方法实施步骤中,测距模块基于时钟驯服模块提供的基准频率对导航欺骗干扰信号进行测距,输出导航欺骗信号中至少一颗卫星信号的伪距,在不同的测量位置,输出不同的卫星信号的伪距。
S3.以其中一个测量位置k作为参考测量位置,计算导航欺骗干扰源到非参考测量位置的伪距与导航欺骗干扰源到所述参考测量位置的伪距差Δρi=ρi-ρk(1≤i,k≤N,i≠k);如,设置三个测量位置,令其中一个测量位置为参考测量位置,其余两个测量位置都为非参考测量位置,通过将定位装置在不同测量位置,输出不同的卫星信号的伪距,计算导航欺骗干扰源到非参考测量位置的伪距与导航欺骗干扰源到参考测量位置的伪距的差值,即伪距差。
S4.以导航欺骗干扰源位置为未知量,基于伪距差和各已知的测量位置信息建立方程组,计算得到导航欺骗干扰源的位置,该位置可以是区域,也可以为具体的坐标点位。
具体计算方式如下:
已知N个不同的测量位置,以其中一测量位置k为原点,作为参考测量位置,建立笛卡尔三维直角坐标系Cxyz,令导航欺骗干扰源在该坐标系内的位置为(x,y,z);
S12.将定位装置在参考测量位置k、第一测量装置(a,b,c)时,分别对导航欺骗信号进行测距处理,输出导航欺骗信号包含的至少一颗卫星的伪距信息,分别为Sj为导航欺骗信号中的卫星编号,j∈[1,M],M(M≥1)为导航欺骗信号中包含的卫星信号的数量;
S15.根据测量获得的伪距差建立方程组:
x2+y2+z2=r2 (0)
方程(2)-方程(1)、方程(4)-方程(3)得到
方程(6)-方程(5)即可求解r,将r代入方程(5)或(6)即可求解x;
同理方程(3)-方程(1)、方程(4)-方程(2)得到
已知r或方程(8)-方程(7)求解r,将r代入方程(7)或(8)即可求解y;已知x,y代入方程(0)即可求解z。
在本发明的以上计算过程中,仅以最直接简单的坐标字母表示,任意字母均可按照实际数值进行计算。
更优选地是,在各测量位置,重复测距三次以上,取各伪距差的均值代入步骤S15中,构成方程组,减少测距误差,求得的导航欺骗干扰源的定位更精确。
在另一本实施例中,在步骤S2中,当静态导航欺骗干扰源中存在M(M>1)颗卫星信号,对第i个非参考测量位置、所述参考测量位置k分别输出到M颗卫星的伪距进行求差得到M个距离差,且取M个距离差的平均值,即作为第i个非参考测量位置、所述参考测量位置k输出到M颗卫星的伪距的距离差,更可以减少测距误差,求得的导航欺骗干扰源的定位更精确。
根据所述方程组,具体在步骤S3中,当N=2时,仅存在一个伪距差,可以确定导航欺骗干扰源的位置在一个三维空间曲面上,曲面上的任一点到两个测量位置的距离差相等;当N=3时,存在两个距离差,可以确定导航欺骗干扰源的位置在一个三维空间曲线上,曲线上的任一点到三个测量位置的距离差满足步骤S15所述方程;当N=4时,存在三个距离差,可以确定导航欺骗干扰源的位置在两个以内的点位上,所述点位到四个测量位置的距离差满足步骤S15所述方程;当N>4时,可以确定该静态导航欺骗干扰源位置为唯一的坐标点位,该位置到N个测量位置的距离差满足步骤S15所述方程。
现有欺骗干扰检测、识别技术,例如:单天线、双天线、多天线、功率检测、信号质量监测、载波相位双差、环路状态监测、接收机自主完好性监测、转发式聚类、最大似然估计等技术,辩别出哪些是真实信号、哪些是导航欺骗干扰信号。而本发明无需对欺骗干扰信号进行检测与识别,不管有无欺骗干扰信号,都可以利用本发明对欺骗干扰源进行定位,如能计算出定位信息,则直接获取了导航欺骗干扰源的位置信息,因此,本发明无需再进行导航欺骗干扰信号检测。
综上所述,1.可以实现对微弱的导航欺骗干扰信号的定位:本发明提出利用一个定位装置在多个不同的测量位置对同一导航欺骗干扰信号进行伪距测量,通过伪距差与测量位置的计算,实现静态导航欺骗干扰源定位,相对现有导航欺骗干扰源定位中的到达角(AOA)、接收信号强度(RSS)、到达时间差(TDOA)、到达频率差(FDOA)等技术,本发明可以实现对微弱的导航欺骗干扰信号的定位,在干扰监测网络、干扰源定位中具有重要应用价值;
2.成本低、便于推广:本发明定位装置可基于测距等基本设备和技术的集成,用户只需要布置一套定位装置/系统即可主动获取导航欺骗干扰源的位置,不需要对导航欺骗干扰信号进行检测,也不需要对欺骗干扰源进行辩识,也不需要多个用户同步时间,不需要计算时间差等复杂的过程,,设备成本低、操作简单、利用推广应用。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种静态导航欺骗干扰源的定位装置,其特征在于,包括依次连接的时钟驯服模块、接收模块、和测距模块,所述时钟驯服模块输出与卫星导航系统同步的基准频率;所述接收模块接收导航欺骗干扰信号,所述测距模块基于所述基准频率对所述导航欺骗干扰信号进行测距,输出所述导航欺骗干扰信号中至少一颗卫星信号的伪距;所述伪距用于计算导航欺骗干扰源的位置。
2.根据权利要求1所述的定位装置,其特征在于,所述时钟驯服模块接收与所述导航欺骗干扰信号的非同频的导航信号或通过指向型天线在所述导航欺骗干扰信号覆盖区域获取GNSS时间。
3.根据权利要求1所述的定位装置,其特征在于,所述测距模块为带有PPS输入、基准频率输入的GNSS接收机或GNSS信号处理设备。
4.一种静态导航欺骗干扰源的定位系统,其特征在于,包括如权利要求1-3任意一项所述的定位装置,还包括控制单元、处理单元,所述测距模块通过所述控制单元与所述处理单元连接,所述处理单元根据所述控制单元的处理指令,对至少2个伪距进行计算,得到所述导航欺骗干扰源的位置。
5.根据权利要求4所述的定位系统,其特征在于,还包括存储单元,所述存储单元与所述测距模块连接,将每次测距得到的伪距进行存储。
6.根据权利要求5所述的定位系统,其特征在于,所述测距模块与存储单元无线或有线连接;或者所述测距模块与所述控制单元无线或有线连接。
7.一种静态导航欺骗干扰源的定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.通过时钟驯服,输出与GNSS时间同步的基准频率;
S2.在N个不同的测量位置接收并处理导航欺骗干扰信号,其中N≥2,每次输出测量到导航欺骗干扰信号的一颗卫星信号的伪距ρi,其中1≤i≤N;
S3.以其中一个测量位置k作为参考测量位置,计算导航欺骗干扰源到非参考测量位置的伪距与导航欺骗干扰源到所述参考测量位置的伪距差Δρi=ρi-ρk,其中1≤i,k≤N,i≠k;
S4.以导航欺骗干扰源的位置为未知量,基于伪距差和各已知的测量位置信息建立方程组,计算得到所述导航欺骗干扰源的位置。
9.根据权利要求7所述的静态导航欺骗干扰源的定位方法,其特征在于,在步骤S4中,根据所述方程组,当N=2时,所述导航欺骗干扰源的位置确定在一个三维空间的曲面上;当N=3时,所述导航欺骗干扰源的位置确定在一条曲线上;当N=4时,所述导航欺骗干扰源的位置确定在两个点位上;当N>4时,所述导航欺骗干扰源的位置为1个点位。
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