CN113740883A - 基于多面相控阵的卫星导航干扰测向系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星导航领域，公开一种基于多面相控阵的卫星导航压制干扰、欺骗干扰测向系统和方法，利用多个相控相控阵天线覆盖360度方位角，每个相控阵天线覆盖一定空域，多个相控阵天线同时对卫星导航频段信号进行监测，通过功率门限判决来监测有无压制干扰信号，通过空域内收到的卫星来向与真实来向是否相符来判断是否存在欺骗干扰信号，如果判断出某些空域内存在压制干扰或者欺骗干扰信号，则在该空域内形成多个子波束，对该空域进行角度均匀切分，进一步判断压制干扰来向。本申请实施例可有效、可靠地实现全空域多来向多目标动态测向，测向精度优于1度。

Description

基于多面相控阵的卫星导航干扰测向系统和方法

技术领域

本发明涉及一种基于多面相控阵的卫星导航干扰测向系统和方法，属于卫星导航领域。

背景技术

当卫星导航信号微弱时，容易受到各种有意无意的压制干扰、甚至恶意欺骗干扰信号影响，从而造成卫星导航终端定位、导航和授时服务失效。但是卫星导航压制干扰和欺骗干扰信号属于电磁波，无声无息，如果没有专门的监测设备，就不可能及时发现，特别是那种压制干扰了就跑的，更不可能抓现行了。另一方面，卫星导航对抗是未来的趋势，也迫切需要能够实时监测定向全空域多目标压制干扰的设备。

无线电频谱监测和测向属于成熟技术，但是往往不能应对全空域多个压制干扰同时存在的情况，而且不能监测卫星导航欺骗干扰信号，因为欺骗干扰信号功率基本都很小，往往还低于噪声功率，如果采用通用的无线电频谱测向技术，就不能满足需求。

采用天线阵的干扰测向技术，同时测向的干扰来向数量最多只能比天线阵元数量少1个，受限于天线阵元数目，其同时测向的干扰来向数量有限。采用相控阵波束扫描的干扰测试技术，由于相控阵波束扫描角度一般只有120度，不能完全覆盖地平线以上的全部空域，因此存在干扰测向盲区。

发明内容

本发明旨在提供一种基于多面相控阵的卫星导航干扰测向系统和方法，能够实时对全空域所有干扰来向进行测向，干扰来向数量不受限制，从而克服现有技术中的不足。

本发明的技术方案如下：

包括全向接收天线、定位解算模块、N个相控阵天线、N个多波束生成模块、信号处理模块、干扰研判模块、控制与显示模块；所述的N≥3；

全向接收天线与定位解算模块连接，定位解算模块分别与控制与显示模块和干扰研判模块连接；

N个多波束生成模块分别连接N个相控阵天线，N个多波束生成模块均与信号处理模块连接，信号处理模块与干扰研判模块连接；

干扰研判模块与控制与显示模块连接；

控制与显示模块分别与N个多波束生成模块连接。

所述的全向接收天线及定位解算模块用于接收解算得到真实可见卫星数量及每颗可见卫星的来向、方位角，以及定位授时数据；

所述的N个相控阵天线覆盖360度方位角，每个相控阵天线方位上覆盖360/N度，仰角覆盖0到90度；

所述的多波束生成模块对相控阵天线信号进行分组加权生成M个多波束信号，M≥9， M个多波束均分360/N度方位角、0到90度仰角的空域，或者直接选择一路数字化的天线信号进行下变频和ADC采样数字化处理后输出；

所述的信号处理模块对N*M个波束信号或者一路数字化的天线信号分别进行功率测量、导航信号捕获跟踪；

所述的干扰研判模块根据N*M个功率测量值是否超过功率门限值来判断每个波束空域内是否存在压制干扰信号，通过N*M个波束空域内的可见卫星数目是否多于该空域内的真实卫星数目来判断每个波束空域内是否存在欺骗干扰信号。

N个相控阵天线同时对卫星导航频段信号进行监测，如果判断出某些空域内存在压制干扰或者欺骗干扰信号，则在该空域内形成M个子波束，对该空域进行角度均匀切分，进一步判断干扰来向。

基于多面相控阵的卫星导航干扰测向方法，包括干扰监测和干扰测向两个阶段，系统默认工作在干扰监测阶段，实时对全空域所有干扰来向进行测向，干扰来向数量不受限制；如果此阶段在某个空域内发现了压制干扰或者欺骗干扰信号，则转入干扰测向阶段，直到压制干扰或者欺骗干扰信号消失后，系统才又转入干扰监测阶段。

所述的干扰监测阶段包括如下步骤：

S1，利用全向接收天线和导航定位模块得到可见卫星数量及每颗可见卫星信号的仰角、方位角；

S2，控制与监测模块设置N个多波束生成模块对应连接的相控阵天线中的一个天线接收信号进行下变频、ADC处理，得到的N组数字信号送给信号处理模块，N≥3；

S3，信号处理模块对N组信号进行功率测量、导航信号捕获跟踪并输出所有可见卫星号；

S4，干扰研判模块判断是否存在压制干扰信号，将N个功率测量值与功率门限值（此门限值稍高于噪声电平，本行业人员很容易根据专业知识设定合适的阿值）作比较，如果某个功率测量值超过功率门限值，则说明该相控阵天线对应的空域存在压制干扰信号，为避免误判，连续多次判断功率测量值是否超过功率门限，如果都超过，则转入压制干扰测向阶段；

S5，判断是否存在欺骗干扰信号，根据步骤S1得到的每颗可见卫星信号的仰角、方位角，结合每个相控阵天线所处的方位角和仰角区域，计算出每个相控阵天线应该接收的可见卫星数量及卫星号，如果某个相控阵天线从步骤S3得到的所有可见卫星数量大于该相控阵天线应该接收的可见卫星数量，说明该相控阵天线所在的区域存在欺骗干扰信号，系统转入干扰测向阶段。

所述的干扰测向阶段包括如下步骤：

S1，存在压制干扰或者欺骗干扰信号的相控阵天线区域，控制与监测模块设置该相控阵天线对应连接的多波束生成模块将该相控阵信号分为M组，M≥9，分别加权，得到M个多波束信号，M个波束均分该相控阵天线空域，每个波束覆盖该相控阵天线空域内一个区域，不同波束覆盖区域不同；

S2，信号处理模块对M个波束的信号进行处理，每个波束的信号都进行功率检测、捕获跟踪，如果捕获跟踪到导航信号则进一步进行定位解算，输出定位结果、可见卫星数量及卫星号；

S3，如果某个波束内的信号功率检测值大于门限值，说明该波束方向内存在压制干扰信号；

S4，如果某个波束内的可见卫星数量大于该波束空间内应该接收到的可见卫星数量，则说明该波束方向内存在欺骗干扰信号；

S5，存在压制干扰或者欺骗干扰信号的波束指向就是压制干扰或者欺骗干扰信号的来向，通过控制与监测模块显示干扰来向，并注明是压制干扰或者欺骗干扰，重复步骤S2到S4，直到所有波束内不再存在压制干扰或者欺骗干扰信号，系统转入干扰监测阶段。

本专利的有益效果是可以全空域多目标同时跟踪监测压制干扰、欺骗干扰信号，并实现定向，定向精度优于1度，多套本系统可以组网利用交叉定向定出压制干扰、欺骗干扰源的位置。

附图说明

图1是基于多面相控阵的卫星导航干扰测向系统。

图2是干扰监测与干扰测向关系图。

图3是一个基于四面16阵元相控阵天线的干扰测向具体实施例。

图4为图3的侧视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

以下将结合说明书附图1至4和基于四面16阵元相控阵的干扰测向具体实施例对本发明做进一步详细说明。

基于四面相控阵的卫星导航干扰测向系统包括全向接收天线、定位解算模块、4个16阵元相控阵天线、4个16波束生成模块、信号处理模块、干扰研判模块、控制与显示模块。16个相控阵天线同时对卫星导航频段信号进行监测，如果判断出某些空域内存在压制干扰或者欺骗干扰信号，则在该空域内形成16个子波束，对该空域进行角度均匀切分，进一步判断干扰来向。全向接收天线及定位解算模块用于接收解算得到真实可见卫星数量及每颗可见卫星的来向、方位角，以及定位授时数据；4个相控阵天线45度放置，覆盖360度方位角，每个相控阵天线方位上覆盖90度，仰角覆盖0到90度；4个16波束生成模块分别连接4个相控阵天线，每个12波束生成模块可对16阵元相控阵天线信号进行分组加权生成16个多波束信号，16个多波束均分90度方位角、0到90度仰角的空域，每个波束覆盖22.5*22.5度空域，也可直接选择一路天线信号进行下变频和ADC采样数字化处理后输出；信号处理模块对256个波束信号或者一路数字化的天线信号分别进行功率测量、导航信号捕获跟踪；干扰研判模块根据256个功率测量值是否超过功率门限值来判断每个波束空域内是否存在压制干扰信号，通过256个波束空域内的可见卫星数目是否多于该空域内的真实卫星数目来判断每个波束空域内是否存在欺骗干扰信号。

基于多面相控阵的卫星导航干扰测向方法包括干扰监测和干扰测向两个阶段，系统默认工作在干扰监测阶段，如果此阶段在某个空域内发现了压制干扰或者欺骗干扰信号，则转入干扰测向阶段，直到压制干扰或者欺骗干扰信号消失后，系统才又转入干扰监测阶段。

干扰监测阶段包括如下步骤：

S1，利用全向接收天线和导航定位模块得到可见卫星数量及每颗可见卫星信号的仰角、方位角；

S2，控制与监测模块设置16个多波束生成模块只对其对应连接的相控阵天线中的一个天线接收信号进行下变频、ADC处理，得到的16组数字信号送给信号处理模块；

S3，信号处理模块对16组信号进行功率测量、导航信号捕获跟踪并输出所有可见卫星号；

S4，干扰研判模块判断是否存在压制干扰信号，将16个功率测量值与功率门限值（此门限值稍高于噪声电平，本行业人员很容易根据专业知识设定合适的阿值）作比较，如果某个功率测量值超过功率门限值，则说明该相控阵天线对应的空域存在压制干扰信号，为避免误判，连续多次判断功率测量值是否超过功率门限，如果都超过，则转入压制干扰测向阶段；

S4，判断是否存在欺骗干扰信号，根据步骤S1得到的每颗可见卫星信号的仰角、方位角，结合每个相控阵天线所处的方位角和仰角区域，计算出每个相控阵天线应该接收的可见卫星数量及卫星号，如果某个相控阵天线从步骤S3得到的所有可见卫星数量大于该相控阵天线应该接收的可见卫星数量，说明该相控阵天线所在的区域存在欺骗干扰信号，系统转入干扰测向阶段。

干扰测向阶段包括如下步骤：

S1，存在压制干扰或者欺骗干扰信号的相控阵天线区域，控制与监测模块设置该相控阵天线对应连接的多波束生成模块将该相控阵信号分为16组、分别加权，得到16个多波束信号，16个波束均分该相控阵天线空域，每个波束覆盖22.5度方位角、22.5仰角区域；

S2，信号处理模块对16个波束的信号进行处理，每个波束的信号都进行功率检测、捕获跟踪，如果捕获跟踪到导航信号则进一步进行定位解算，输出定位结果、可见卫星数量及卫星号；

S3，如果某个波束内的信号功率检测值大于门限值，说明该波束方向内存在压制干扰信号；

S4，如果某个波束内的可见卫星数量大于该波束空间内应该接收到的可见卫星数量，则说明该波束方向内存在欺骗干扰信号；

S5，存在压制干扰或者欺骗干扰信号的波束指向就是压制干扰或者欺骗干扰信号的来向，通过控制与监测模块显示干扰来向，并注明是压制干扰或者欺骗干扰，重复步骤S2到S4，直到所有波束内不再存在压制干扰或者欺骗干扰信号，系统转入干扰监测阶段。

本专利的有益效果是可以全空域多目标同时跟踪监测压制干扰、欺骗干扰信号，并实现定向，定向精度优于1度，多套本系统可组网利用交叉定向定出压制干扰、欺骗干扰源的位置。

Claims (6)

1.基于多面相控阵的卫星导航干扰测向系统，其特征在于：

包括全向接收天线、定位解算模块、N个相控阵天线、N个多波束生成模块、信号处理模块、干扰研判模块、控制与显示模块；所述的N≥3；

全向接收天线与定位解算模块连接，定位解算模块分别与控制与显示模块和干扰研判模块连接；

N个多波束生成模块分别连接N个相控阵天线，N个多波束生成模块均与信号处理模块连接，信号处理模块与干扰研判模块连接；

干扰研判模块与控制与显示模块连接；

控制与显示模块分别与N个多波束生成模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于多面相控阵的卫星导航干扰测向系统，其特征在于：

所述的全向接收天线及定位解算模块用于接收解算得到真实可见卫星数量及每颗可见卫星的来向、方位角，以及定位授时数据；

所述的N个相控阵天线覆盖360度方位角，每个相控阵天线方位上覆盖360/N度，仰角覆盖0到90度；

所述的多波束生成模块对相控阵天线信号进行分组加权生成M个多波束信号，M≥9， M个多波束均分360/N度方位角、0到90度仰角的空域，或者直接选择一路数字化的天线信号进行下变频和ADC采样数字化处理后输出；

所述的信号处理模块对N*M个波束信号或者一路数字化的天线信号分别进行功率测量、导航信号捕获跟踪；

所述的干扰研判模块根据N*M个功率测量值是否超过功率门限值来判断每个波束空域内是否存在压制干扰信号，通过N*M个波束空域内的可见卫星数目是否多于该空域内的真实卫星数目来判断每个波束空域内是否存在欺骗干扰信号。

3.根据权利要求2所述的基于多面相控阵的卫星导航干扰测向系统，其特征在于：N个相控阵天线同时对卫星导航频段信号进行监测，如果判断出某些空域内存在压制干扰或者欺骗干扰信号，则在该空域内形成M个子波束，对该空域进行角度均匀切分，进一步判断干扰来向。

4.基于多面相控阵的卫星导航干扰测向方法，其特征在于：

包括干扰监测和干扰测向两个阶段，系统默认工作在干扰监测阶段，实时对全空域所有干扰来向进行测向，干扰来向数量不受限制；如果此阶段在某个空域内发现了压制干扰或者欺骗干扰信号，则转入干扰测向阶段，直到压制干扰或者欺骗干扰信号消失后，系统才又转入干扰监测阶段。

5.根据权利要求4所述的基于多面相控阵的卫星导航干扰测向方法，其特征在于：

所述的干扰监测阶段包括如下步骤：

S1，利用全向接收天线和导航定位模块得到可见卫星数量及每颗可见卫星信号的仰角、方位角；

S2，控制与监测模块设置N个多波束生成模块对应连接的相控阵天线中的一个天线接收信号进行下变频、ADC处理，得到的N组数字信号送给信号处理模块，N≥3；

S3，信号处理模块对N组信号进行功率测量、导航信号捕获跟踪并输出所有可见卫星号；

S4，干扰研判模块判断是否存在压制干扰信号，将N个功率测量值与功率门限值（此门限值稍高于噪声电平，本行业人员很容易根据专业知识设定合适的阿值）作比较，如果某个功率测量值超过功率门限值，则说明该相控阵天线对应的空域存在压制干扰信号，为避免误判，连续多次判断功率测量值是否超过功率门限，如果都超过，则转入压制干扰测向阶段；

S5，判断是否存在欺骗干扰信号，根据步骤S1得到的每颗可见卫星信号的仰角、方位角，结合每个相控阵天线所处的方位角和仰角区域，计算出每个相控阵天线应该接收的可见卫星数量及卫星号，如果某个相控阵天线从步骤S3得到的所有可见卫星数量大于该相控阵天线应该接收的可见卫星数量，说明该相控阵天线所在的区域存在欺骗干扰信号，系统转入干扰测向阶段。

6.根据权利要求4所述的基于多面相控阵的卫星导航干扰测向方法，其特征在于：

所述的干扰测向阶段包括如下步骤：

S1，存在压制干扰或者欺骗干扰信号的相控阵天线区域，控制与监测模块设置该相控阵天线对应连接的多波束生成模块将该相控阵信号分为M组，M≥9，分别加权，得到M个多波束信号，M个波束均分该相控阵天线空域，每个波束覆盖该相控阵天线空域内一个区域，不同波束覆盖区域不同；

S2，信号处理模块对M个波束的信号进行处理，每个波束的信号都进行功率检测、捕获跟踪，如果捕获跟踪到导航信号则进一步进行定位解算，输出定位结果、可见卫星数量及卫星号；

S3，如果某个波束内的信号功率检测值大于门限值，说明该波束方向内存在压制干扰信号；

S4，如果某个波束内的可见卫星数量大于该波束空间内应该接收到的可见卫星数量，则说明该波束方向内存在欺骗干扰信号；

S5，存在压制干扰或者欺骗干扰信号的波束指向就是压制干扰或者欺骗干扰信号的来向，通过控制与监测模块显示干扰来向，并注明是压制干扰或者欺骗干扰，重复步骤S2到S4，直到所有波束内不再存在压制干扰或者欺骗干扰信号，系统转入干扰监测阶段。

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