CN114884585A - 多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法及装置，属于无线通信领域的干扰感知与防护技术领域，包括以下步骤：基于鉴别多方面信息进行感知后，采用多维联合的防护决策来控制波束合成、信号捕获、频率测量和环路跟踪，完成转发式干扰检测和规避。本发明显著提升转发式干扰感知与防护性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域的干扰感知与防护技术领域，更为具体的，涉及一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法及装置。
背景技术
航天测控系统是对运行中的运载火箭、卫星、导弹等飞行器进行跟踪、测量和控制的大型电子系统，由地面测控站和装载在飞行器上的测控设备两部分组成，两者之间形成上行测控链路和下行测控链路，实现对飞行器的测控。
飞行器发射下行测控信号，经过无线传输后到达航天测控地面系统，传输距离远，容易被空中干扰平台侦收，形成转发式干扰信号，对地面测控站接收机形成欺骗。转发式干扰信号是将接收到的测控信号经过信号延时、功率放大后再转发出去形成的欺骗信号，与真实的测控信号相似度极高，难以辨别，直接导致航天测控系统获得错误的测量结果，导致航天测控系统无法对飞行器进行正常跟踪和测量，影响飞行器工作效能发挥。
为了避免转发式干扰对地面测控站的影响，需要采取技术手段对转发式干扰进行感知和防护。现有研究采用相关峰个数判别、功率分析、循环相关捕获等方法进行转发式干扰检测，在特定场景下能够识别转发式干扰，从而进行干扰规避处理，但在转发式干扰与真实信号延时接近扩频码周期整倍数、目标飞行器高速运动、干扰平台高速运动等场景下，干扰检测和防护性能不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法及装置，显著提升转发式干扰感知与防护性能。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，包括以下步骤：
基于鉴别多方面信息进行感知后，采用多维联合的防护决策来控制波束合成、信号捕获、频率测量和环路跟踪，完成转发式干扰检测和规避。
进一步地，所述鉴别多方面信息包括鉴别方向、峰值、多普勒和距离。
进一步地，在鉴别方向时，包括以下子步骤：
对接收波束合成后的阵元级数据，采用多波束搜索算法、Capon算法、MUSIC算法和压缩感知算法中任一算法，对接收信号进行测向，同时估计出目标信号、转发式干扰信号以及其它干扰信号的方向信息；通过辅助信息预估飞行器目标的方向范围，与估计得到的各个信号的方向信息进行比对，将目标预估方向范围之外的信号标记为疑似干扰信号。
进一步地，在鉴别峰值时，包括以下子步骤：
对信号捕获后输出的多个相关峰信息，包括相位信息、频率信息、功率信息；通过辅助信息预估飞行器目标信号到达接收机的信号功率，基于信号处理过程预估目标信号对应的相关峰功率范围，与信号捕获后输出的多个相关峰的功率值进行比对，将目标预估相关峰功率范围之外的信号标记为疑似干扰信号。
进一步地，在鉴别多普勒时，包括以下子步骤：
接收频率测量后输出的多普勒精确估计结果，通过辅助信息预估飞行器目标信号的多普勒范围，与频率测量模块送来的多普勒精确估计结果进行比对，如果超出预估的多普勒范围，则将接收信号标记为疑似干扰信号。
进一步地，在鉴别距离时，包括以下子步骤：
根据环路跟踪输出信息进行距离测量，通过辅助信息预估飞行器与地面测控站之间的距离范围，与距离测量值进行比对，如果超出距离范围，则将接收信号标记为疑似干扰信号。
进一步地，在采用多维联合的防护决策来控制波束合成、信号捕获、频率测量和环路跟踪时，包括以下子步骤：
采用专家案例决策方法、BP神经网络决策方法、强化学习决策方法和深度强化学习决策方法中任一决策方法进行防护策略选择，并控制波束合成过程进行空域调零，对疑似干扰信号方向进行置零处理，实现干扰抑制和规避；控制信号捕获过程进行相关峰识别，将疑似干扰信号对应的相关峰剔除，不再作为信号捕获结果，实现干扰规避；控制频率测量过程进行频率并行槽位设置，避开疑似干扰信号对应频率，实现干扰规避；控制环路跟踪过程进行环路初始参数设置，避开疑似干扰信号的码相位和载波频率，实现干扰规避。
进一步地，辅助信息包括卫星星历信息、导弹弹道信息、惯导系统输出信息、地面测控站坐标、跟踪接收机状态信息、地面测控站信道及AGC状态信息。
一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护装置，运行如上所述的方法，且包括波束合成模块、信号捕获模块、频率测量模块、环路跟踪模块、解调译码模块、方向鉴别模块、峰值鉴别模块、多普勒鉴别模块、距离鉴别模块和防护决策模块；
所述波束合成模块，用于对天线接收后的信号进行阵列信号合成和信号方向估计，合成后信号送给信号捕获模块，信号方向估计信息送给方向鉴别模块；
所述信号捕获模块，用于对信号进行伪码、频率二维捕获，输出相关峰；
所述频率测量模块，用于对信号进行频率精确估计；
所述环路跟踪模块，用于根据信号捕获和频率估计设置环路初始参数，驱动载波环和码环对信号进行环路跟踪；
所述解调译码模块，用于对信号进行解调译码处理，得到比特流，送给后端模块进行信息处理；
所述方向鉴别模块、峰值鉴别模块、多普勒鉴别模块和距离鉴别模块根据飞行器已知信息进行方向、峰值、多普勒、距离合理性判决，判决结果送给防护决策模块；
所述防护决策模块，基于方向、峰值、多普勒、距离判决结果，进行转发式干扰识别，进而控制波束合成模块、信号捕获模块、频率测量模块和环路跟踪模块进行转发式干扰规避处理。
本发明的有益效果包括：
本发明基于方向、功率、多普勒、距离等多方面信息进行感知辅助，采用多维联合的防护决策，控制波束合成、信号捕获、频率测量、环路跟踪等环节相互配合，完成转发式干扰检测和规避，显著提升转发式干扰感知与防护性能。
本发明在接收端基于“参数判决-干扰识别-干扰规避”形成闭环，以较小的硬件资源实现了转发式干扰的感知和防护，能够有效避免转发式干扰对地面测控站的欺骗，保障飞行器测控能够正常工作。
本发明能够用于航天测控系统，对转发式干扰进行感知和防护，使地面测控站能够不受转发式干扰影响，正常完成测控业务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提出的航天测控地面系统的转发式干扰感知与防护装置的结构框图；
图中，1-波束合成模块、2-信号捕获模块、3-频率测量模块、4-环路跟踪模块、5-解调译码模块、6-方向鉴别模块、7-峰值鉴别模块、8-多普勒鉴别模块、9-距离鉴别模块、10-防护决策模块。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1所示，本发明实施例提供一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护装置，包括波束合成模块1、信号捕获模块2、频率测量模块3、环路跟踪模块4、解调译码模块5、方向鉴别模块6、峰值鉴别模块7、多普勒鉴别模块8、距离鉴别模块9和防护决策模块10。其中，波束合成模块1对天线接收后的信号进行阵列信号合成和信号方向估计，合成后信号送给信号捕获模块2，方向估计信息送给方向鉴别模块6；信号捕获模块2对信号进行伪码、频率二维捕获，输出相关峰；频率测量模块3对信号进行频率精确估计；环路跟踪模块4根据信号捕获和频率估计设置环路初始参数，驱动载波环和码环对信号进行环路跟踪；解调译码模块5对信号进行解调译码处理，得到比特流，送给后端模块进行信息处理；方向鉴别模块6、峰值鉴别模块7、多普勒鉴别模块8和距离鉴别模块9根据飞行器已知信息进行方向、峰值、多普勒、距离合理性判决，判决结果送给防护决策模块10。
本发明实施例提供一种防护决策模块采用多维联合转发式干扰防护决策方法，基于方向、峰值、多普勒、距离判决结果，进行转发式干扰识别，进而控制波束合成模块1、信号捕获模块2、频率测量模块3和环路跟踪模块4进行转发式干扰规避处理。
方向鉴别模块6接收波束合成模块1发送过来的阵元级数据，采用多波束搜索算法、Capon算法、MUSIC算法和压缩感知算法中任一算法，对接收信号进行测向，同时估计出目标信号、转发式干扰信号以及其它干扰信号的方向信息；通过辅助信息预估飞行器目标的方向范围，与估计得到的各个信号的方向信息进行比对，将目标预估方向范围之外的信号标记为疑似干扰信号。
峰值鉴别模块7接收信号捕获模块2输出的多个相关峰信息，包括相位信息、频率信息、功率信息；通过辅助信息预估飞行器目标信号到达接收机的信号功率，基于信号处理过程预估目标信号对应的相关峰功率范围，与信号捕获模块2输出的多个相关峰的功率值进行比对，将目标预估相关峰功率范围之外的信号标记为疑似干扰信号。
多普勒鉴别模块8接收频率测量模块3输出的多普勒精确估计结果，通过辅助信息预估飞行器目标信号的多普勒范围，与频率测量模块3送来的多普勒精确估计结果进行比对，如果超出预估的多普勒范围，则将接收信号标记为疑似干扰信号。
距离鉴别模块9根据环路跟踪模块4输出信息进行距离测量，通过辅助信息预估飞行器与地面测控站之间的距离范围，与距离测量值进行比对，如果超出距离范围，则将接收信号标记为疑似干扰信号。
防护决策模块10采用专家案例决策方法、BP神经网络决策方法、强化学习决策方法和深度强化学习决策方法中任一决策方法进行防护策略选择；控制波束合成模块1进行空域调零，对疑似干扰信号方向进行置零处理，实现干扰抑制和规避；控制信号捕获模块进行相关峰识别，将疑似干扰信号对应的相关峰剔除，不再作为信号捕获结果，实现干扰规避；控制频率测量模块3进行频率并行槽位设置，避开疑似干扰信号对应频率，实现干扰规避；控制环路跟踪模块4进行环路初始参数设置，避开疑似干扰信号的码相位和载波频率，实现干扰规避。
辅助信息包括卫星星历信息、导弹弹道信息、惯导系统输出信息、地面测控站坐标、跟踪接收机状态信息、地面测控站信道及AGC状态信息。
描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
实施例1
一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，包括以下步骤：
基于鉴别多方面信息进行感知后，采用多维联合的防护决策来控制波束合成、信号捕获、频率测量和环路跟踪，完成转发式干扰检测和规避。
实施例2
在实施例1的基础上，所述鉴别多方面信息包括鉴别方向、峰值、多普勒和距离。
实施例3
在实施例2的基础上，在鉴别方向时，包括以下子步骤：
对接收波束合成后的阵元级数据，采用多波束搜索算法、Capon算法、MUSIC算法和压缩感知算法中任一算法，对接收信号进行测向，同时估计出目标信号、转发式干扰信号以及其它干扰信号的方向信息；通过辅助信息预估飞行器目标的方向范围，与估计得到的各个信号的方向信息进行比对，将目标预估方向范围之外的信号标记为疑似干扰信号。
实施例4
在实施例2的基础上，在鉴别峰值时，包括以下子步骤：
对信号捕获后输出的多个相关峰信息，包括相位信息、频率信息、功率信息；通过辅助信息预估飞行器目标信号到达接收机的信号功率，基于信号处理过程预估目标信号对应的相关峰功率范围，与信号捕获后输出的多个相关峰的功率值进行比对，将目标预估相关峰功率范围之外的信号标记为疑似干扰信号。
实施例5
在实施例2的基础上，在鉴别多普勒时，包括以下子步骤：
接收频率测量后输出的多普勒精确估计结果，通过辅助信息预估飞行器目标信号的多普勒范围，与频率测量模块送来的多普勒精确估计结果进行比对，如果超出预估的多普勒范围，则将接收信号标记为疑似干扰信号。
实施例6
在实施例2的基础上，在鉴别距离时，包括以下子步骤：
根据环路跟踪输出信息进行距离测量，通过辅助信息预估飞行器与地面测控站之间的距离范围，与距离测量值进行比对，如果超出距离范围，则将接收信号标记为疑似干扰信号。
实施例7
在任一实施例3～实施例6的基础上，在采用多维联合的防护决策来控制波束合成、信号捕获、频率测量和环路跟踪时，包括以下子步骤：
采用专家案例决策方法、BP神经网络决策方法、强化学习决策方法和深度强化学习决策方法中任一决策方法进行防护策略选择，并控制波束合成过程进行空域调零，对疑似干扰信号方向进行置零处理，实现干扰抑制和规避；控制信号捕获过程进行相关峰识别，将疑似干扰信号对应的相关峰剔除，不再作为信号捕获结果，实现干扰规避；控制频率测量过程进行频率并行槽位设置，避开疑似干扰信号对应频率，实现干扰规避；控制环路跟踪过程进行环路初始参数设置，避开疑似干扰信号的码相位和载波频率，实现干扰规避。
实施例8
在实施例7的基础上，辅助信息包括卫星星历信息、导弹弹道信息、惯导系统输出信息、地面测控站坐标、跟踪接收机状态信息、地面测控站信道及AGC状态信息。
实施例9
一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护装置，运行如实施例1所述的方法，且包括波束合成模块1、信号捕获模块2、频率测量模块3、环路跟踪模块4、解调译码模块5、方向鉴别模块6、峰值鉴别模块7、多普勒鉴别模块8、距离鉴别模块9和防护决策模块10；
所述波束合成模块1，用于对天线接收后的信号进行阵列信号合成和信号方向估计，合成后信号送给信号捕获模块2，信号方向估计信息送给方向鉴别模块6；
所述信号捕获模块2，用于对信号进行伪码、频率二维捕获，输出相关峰；
所述频率测量模块3，用于对信号进行频率精确估计；
所述环路跟踪模块4，用于根据信号捕获和频率估计设置环路初始参数，驱动载波环和码环对信号进行环路跟踪；
所述解调译码模块5，用于对信号进行解调译码处理，得到比特流，送给后端模块进行信息处理；
所述方向鉴别模块6、峰值鉴别模块7、多普勒鉴别模块8和距离鉴别模块9根据飞行器已知信息进行方向、峰值、多普勒、距离合理性判决，判决结果送给防护决策模块10；
所述防护决策模块10，基于方向、峰值、多普勒、距离判决结果，进行转发式干扰识别，进而控制波束合成模块1、信号捕获模块2、频率测量模块3和环路跟踪模块4进行转发式干扰规避处理。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于鉴别多方面信息进行感知后，采用多维联合的防护决策来控制波束合成、信号捕获、频率测量和环路跟踪，完成转发式干扰检测和规避。
2.根据权利要求1所述的多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，其特征在于，所述鉴别多方面信息包括鉴别方向、峰值、多普勒和距离。
3.根据权利要求2所述的多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，其特征在于，在鉴别方向时，包括以下子步骤：
对接收波束合成后的阵元级数据，采用多波束搜索算法、Capon算法、MUSIC算法和压缩感知算法中任一算法，对接收信号进行测向，同时估计出目标信号、转发式干扰信号以及其它干扰信号的方向信息；通过辅助信息预估飞行器目标的方向范围，与估计得到的各个信号的方向信息进行比对，将目标预估方向范围之外的信号标记为疑似干扰信号。
4.根据权利要求2所述的多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，其特征在于，在鉴别峰值时，包括以下子步骤：
对信号捕获后输出的多个相关峰信息，包括相位信息、频率信息、功率信息；通过辅助信息预估飞行器目标信号到达接收机的信号功率，基于信号处理过程预估目标信号对应的相关峰功率范围，与信号捕获后输出的多个相关峰的功率值进行比对，将目标预估相关峰功率范围之外的信号标记为疑似干扰信号。
5.根据权利要求2所述的多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，其特征在于，在鉴别多普勒时，包括以下子步骤：
接收频率测量后输出的多普勒精确估计结果，通过辅助信息预估飞行器目标信号的多普勒范围，与频率测量模块送来的多普勒精确估计结果进行比对，如果超出预估的多普勒范围，则将接收信号标记为疑似干扰信号。
6.根据权利要求2所述的多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，其特征在于，在鉴别距离时，包括以下子步骤：
根据环路跟踪输出信息进行距离测量，通过辅助信息预估飞行器与地面测控站之间的距离范围，与距离测量值进行比对，如果超出距离范围，则将接收信号标记为疑似干扰信号。
7.根据权利要求3～6任一项所述的多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，其特征在于，在采用多维联合的防护决策来控制波束合成、信号捕获、频率测量和环路跟踪时，包括以下子步骤：
采用专家案例决策方法、BP神经网络决策方法、强化学习决策方法和深度强化学习决策方法中任一决策方法进行防护策略选择，并控制波束合成过程进行空域调零，对疑似干扰信号方向进行置零处理，实现干扰抑制和规避；控制信号捕获过程进行相关峰识别，将疑似干扰信号对应的相关峰剔除，不再作为信号捕获结果，实现干扰规避；控制频率测量过程进行频率并行槽位设置，避开疑似干扰信号对应频率，实现干扰规避；控制环路跟踪过程进行环路初始参数设置，避开疑似干扰信号的码相位和载波频率，实现干扰规避。
8.根据权利要求7所述的多维联合决策的转发式干扰感知与防护方法，其特征在于，辅助信息包括卫星星历信息、导弹弹道信息、惯导系统输出信息、地面测控站坐标、跟踪接收机状态信息、地面测控站信道及AGC状态信息。
9.一种多维联合决策的转发式干扰感知与防护装置，其特征在于，运行如权利要求1所述的方法，且包括波束合成模块(1)、信号捕获模块(2)、频率测量模块(3)、环路跟踪模块(4)、解调译码模块(5)、方向鉴别模块(6)、峰值鉴别模块(7)、多普勒鉴别模块(8)、距离鉴别模块(9)和防护决策模块(10)；
所述波束合成模块(1)，用于对天线接收后的信号进行阵列信号合成和信号方向估计，合成后信号送给信号捕获模块(2)，信号方向估计信息送给方向鉴别模块(6)；
所述信号捕获模块(2)，用于对信号进行伪码、频率二维捕获，输出相关峰；
所述频率测量模块(3)，用于对信号进行频率精确估计；
所述环路跟踪模块(4)，用于根据信号捕获和频率估计设置环路初始参数，驱动载波环和码环对信号进行环路跟踪；
所述解调译码模块(5)，用于对信号进行解调译码处理，得到比特流，送给后端模块进行信息处理；
所述方向鉴别模块(6)、峰值鉴别模块(7)、多普勒鉴别模块(8)和距离鉴别模块(9)根据飞行器已知信息进行方向、峰值、多普勒、距离合理性判决，判决结果送给防护决策模块(10)；
所述防护决策模块(10)，基于方向、峰值、多普勒、距离判决结果，进行转发式干扰识别，进而控制波束合成模块(1)、信号捕获模块(2)、频率测量模块(3)和环路跟踪模块(4)进行转发式干扰规避处理。
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