CN115061160A - 一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统及方法，所述系统包括接收天线阵列和干扰发生装置，接收天线阵列包括全向接收天线和多面对应不同空域范围的模拟相控天线阵列，用于当全向接收天线接收的导航信号包括授权信号时，按设定周期T离散式调整各模拟相控天线阵列相控参数对各空域范围中指定授权信号输出转发式数字中频基带信号波束；干扰发生装置用于当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，同步产生生成式数字中频基带信号波束，将生成式和转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行调整得到欺骗干扰射频信号并输出。本申请成本低、数据处理量少、体积小、节省能耗且频点覆盖范围广。

Description

一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统及方法
技术领域
本申请涉及卫卫星导航干扰技术领域，特别地，涉及一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统及方法。
背景技术
为了解决生成式欺骗信号无法干扰授权服务体制（未知码序列）的弊端，现行的干扰手段多采用大功率压制和转发的方式。大功率压制需要高增益，随着接收终端抗干扰性能的不断增强，对频域、时域、幅域、空域的全方位压制要求干扰装置中功放的造价和复杂度提高、发射天线（一般采用抛物面天线）的体积上升；任意地点转发（需对空域滤波）一般采用相控阵天线，通过多天线分别跟踪单颗卫卫星进行空域剥离再延迟转发。
相控阵天线的形式有很多种，例如线阵、平面阵、球面阵等。对于平面相控阵列，其覆盖空域有限，不能覆盖低仰角，且在扫描角过大时将导致整个阵列的增益降低；对于球面阵，其增益较低，所有阵元一体组装需要集中供电处理，且球面阵阵面复杂导致阵列的装配、测试、维护以及波束形成算法也有很大的难度；采用多面阵可以大大降低由于扫描而引起的增益下降，波束宽度增大等负面效应，且多面阵的实现工艺较简单，阵面可以分开布置，分布灵活，在相同阵元数间隔情况下，多面阵的增益高。
多面阵被广泛应用于空域覆盖和部署追踪，文献(“一种全空域覆盖卫星通信多面相控阵天线”，梁剑锋等，《电子世界》，2013.23.044，第58-59页)中对全空域覆盖并分区的思想有一定体现，但其并未采用空域多波束并行扫描、每面波束分配等方式实现波束跟踪，同时其范围划分目的为控制面阵构型波束不重叠，通过开关控制单波束全域指向变化。
潘点飞等构建的十三面阵（“全空域多面阵天线性能分析与遮挡判决”，潘点飞等，微波学报，第30卷第3期，2014年6月）和张誉怀在其硕士毕业论文（“多面天线阵列波束资源分配优化算法的研究”，张誉怀，南京邮电大学，2016）中提到了资源分配算法，张誉怀等人的相控阵列研究均基于全域资源分配和如何使用整个多面相控阵去跟踪一个或多个目标，通过面间预留重叠，实现多波束完整的追踪。
显然上述做法都在将模拟相控阵作为一个整体使用，无论是否预留重叠、无论追踪的是单波束还是多波束，他们都是基于调用全部的天线阵元去实现，这样很难实现结构和算法的简化。尤其是张誉怀为了提升天线阵性能完成实时性跟踪，增多面数并采用穷举法、回溯法、贪婪算法和遗传算法结合的资源分配方式，对工程实施提升了不可忽略的难度。
发明内容
本发明一方面提供了一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，旨在解决现有技术中全域接收的多面阵天线结构复杂、造价成本高、跟踪算法复杂、能耗高的技术问题。
本申请采用的技术方案如下：
一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，包括：
接收天线阵列，包括全向接收天线和多面由若干接收阵元构成且对应不同空域范围的模拟相控天线阵列，用于当全向接收天线接收的导航信号中包括有未公开服务体制的授权信号时，按设定周期T离散式调整各面模拟相控天线阵列相控参数，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP值最优的前H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出H个转发式数字中频基带信号波束，H为大于1的正整数；
干扰发生装置，用于当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整、模数转化、上变频得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰射频信号并输出。
进一步地，所述接收天线阵列沿正M棱锥台表面设置，M≥4，包括：
全向接收天线，设置在所述正M棱锥台的顶面，用于全向接收完整导航信号；
M面模拟相控天线阵列，分别设置在所述正M棱锥台的M个侧面，其中，每面模拟相控天线阵列均单独设置有多通道移相器，每面模拟相控天线阵列扫描俯仰角为0°~90°、方位角为360°/M的空域范围，并根据控制单元输出的相控参数分别从每面对应的空域范围中对DOP值最优的H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪，并下变频、模数转化为H个转发式数字中频基带信号波束输出；
接收单元，与所述全向接收天线信号连接，用于实时接收全向接收天线捕获的真实卫卫星信号，完成信号捕获、跟踪、信道监测，并解析输出所有可见星的真实卫星历和定位信息、1PPS和信道接收状态；
控制单元，分别与所述接收单元和各模拟相控天线阵列信号连接，用于按设定周期T循环执行以下操作：更新所有可见星的真实卫星历并计算各卫星在各面模拟相控天线阵列的映射位置；在每面模拟相控天线阵列映射的各卫星中分别筛选出DOP值最优的前H个卫星；根据所选的DOP值最优的卫星波束来向调整每面模拟相控天线阵列的相控参数。
进一步地，所述干扰发生装置包括：
生成单元，与所述接收单元信号连接，用于当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，通过数学模型和来自接收单元获取的对天驯服1PPS同步生成公开服务体制的H*M个生成式数字中频基带信号波束；
合路器，分别与各模拟相控天线阵列的输出端和生成单元的输出端信号连接，用于将所有转发式数字中频基带信号波束与生成式数字中频基带信号波束进行两两合路后得到H*M个复合数字中频基带信号波束；
动态拟合单元，分别与所述生成单元和合路器的输出端信号连接，用于根据接收单元采集的真实卫星历，结合用户输入的欺骗位置、动态参数对合路器输出的H*M个复合数字中频基带信号波束同步进行时延量、频偏量、幅度值调整得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰中频信号；
DAC模块，与所述动态拟合单元合路输出端连接，用于对所述欺骗干扰中频信号进行数模转换；
射频模块，与所述DAC模块信号输出端连接，用于对数模转换后的欺骗干扰中频信号上变频为欺骗干扰射频信号输出。
进一步地， H的取值为2或3。
进一步地，在规划各接收阵元的间距时，采用导航终端所支持的各频段的平均波长计算半波长，各接收阵元的间距大于等于所述半波长。
本申请另一方面还提供了一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法，基于所述的系统，包括步骤：
S1、当全向接收天线接收的导航信号中包括有未公开服务体制的授权信号时，按设定周期T离散式调整各面模拟相控天线阵列相控参数，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP值最优的前H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出H个转发式数字中频基带信号波束，H为大于1的正整数；
S2、当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整、模数转化、上变频得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰射频信号并输出。
进一步地，步骤S1具体包括步骤：
S11、基于全向接收天线获取的真实卫星星历，将坐标系转换后，构造一个所有星相对于接收天线阵列的二维矩阵：
Figure 434051DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 765806DEST_PATH_IMAGE002
代表此时天空所有可见星相对于接收天线阵列的方位角，下标为可见星编号；
Figure 786852DEST_PATH_IMAGE003
代表此时天空所有可见星相对于接收天线阵列的俯仰角，下标m为所有可见星编号；
S12、根据各面模拟相控天线阵列划分的空域范围，将所述二维矩阵P中的可见星按照方位角分类映射到各面模拟相控天线阵列得到子矩阵P1、P2、P1…PM，
S13、分类后，在每个子矩阵P1、P2、P1…PM中，分别筛选出DOP值最优的前H个可见星形成追踪优选星集合；
S14、根据追踪优选星集合中各个可见星的方位角和俯仰角分别调整各面模拟相控天线阵列的相控参数，独立完成每面模拟相控天线阵列的波束方向图调整，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP值最优的前H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出H个转发式数字中频基带信号波束；
S15、当设定周期T到期时，重复前述步骤直到结束跟踪。
进一步地，步骤S1中，所述设定周期T通过以下步骤确定：
假定每波束合成3dB波束宽度为θ wb 将所有跟踪卫星伪距中最小的记为L min (P sdo )，求得最小跟踪区域半径R t ：
R t =tanθ wb * L min (P sdo )；
以所述R t 为门限值，根据星历外推出可见星跑出所述最小跟踪区域的时间t作为搜星时间间隔，其中t<t el ，t el 为真实卫星星历有效时间。
进一步地，步骤S2中，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束时，生成单元在产生生成式数字中频基带信号波束时采用来自接收单元获取的对天驯服1PPS，从而实现转发式数字中频基带信号波束和生成式数字中频基带信号波束的对天时间同步。
进一步地，步骤S2中，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整包括欺骗位置同步调整、动态参数同步调整、衰落参数同步调整，其中：
所述欺骗位置同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合用户输入的欺骗位置，推算出此时合路后的每波束需要调整的时延量；
所述动态参数同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合用户输入的动态参数，包括速度、加速度、加加速度，推算出此时合路后的每波束需要调整的频偏量；
所述衰落参数同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合欺骗伪距和空间衰减公式推算出每颗卫星幅度修正量得到此时每波束需要调整的幅度值。
相比现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统及方法，所述系统包括接收天线阵列和干扰发生装置，相较其他系统，本系统的优势包括：
（1）硬件配置量减少
本申请的模拟相控阵节省了高速数据处理单元、多个DAC和射频模块，各模拟相控天线阵列分区独立使用，减少了每面模拟相控天线阵列俯仰角重叠部分布置的阵元，减少了为配合全空域多面结合扫描需配置的硬件组件。
（2）数据处理量减少
本系统只有基带信号生成和星历计算使用少量数字数据处理，无需高速数据采集和交互传输；各面模拟相控天线阵列之间不再具备联系，每面负责区域限定死，基于该设计，无需对所有面模拟相控天线阵列的信号统一进行移相处理生成波束，而是每面设一个多通道移相器负责每面波束生成，减少了模拟数据处理量。
（3）转发延迟减少
转发直接在射频上进行，无需数字加权，减少了链路时延。
（4）体制融合
从时间、欺骗位置、动态参数、衰落参数四个方面，将同步生成式和空域滤波转发式两种来源的欺骗信号，在时延、幅值、频偏等信号层面统一。
（5）节省能耗
接收天线阵列中除了接收单元连续工作，其他所有部分均只离散地按周期T调整状态，离散工作模式下，模拟相控天线阵列每周期T时间隔更新一次状态，如相控参数，同时当监测到发生系统据止现象时将及时关闭公开体制欺骗信号输出，节省能耗，适用于外场使用场景。
(6)信号覆盖范围广
为了能够实现公开与非公开信号覆盖，本申请采用“转发+生成”的复合欺骗策略。对公开已知码序列信号使用生成式欺骗干扰策略、对非公开服务信号使用转发式欺骗干扰策略，同时因为两者时间同步（同10MHz、共1PPS），且通过载体轨迹集将信号动态信息同步，将两种体制（来源）的信号整合为一整套复合欺骗干扰，以此实现全频点覆盖。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请优选实施例的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统模块示意图。
图2是本申请优选实施例的空域范围划分示意图。
图3是本申请优选实施例的四棱锥台示意图。
图4是本申请优选实施例的接收天线阵列俯视示意图。
图5是本申请优选实施例的接收天线阵列左视示意图。
图6是本申请优选实施例的接收天线阵列中的一面模拟相控天线阵列扫描范围示意图。
图7是本申请优选实施例的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统的详细模块示意图。
图8是本申请优选实施例的分离使用固定分区的原理示意图。
图9是本申请优选实施例的切星过程示意图。
图10是本申请另一优选实施例的接收天线阵列立体示意图。
图11是本申请另一优选实施例应用25阵元（共101阵元）低能耗复合欺骗干扰系统展开尺寸示意图。
图12是本申请优选实施例的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法流程示意图。
图13是图12中步骤S1的详细子步骤流程示意图。
图14是本申请另一优选实施例的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法流程示意图。
图中：1、接收天线阵列；2、转发生成一体式欺骗源；3、便携式功放；4、三脚架；5、二维转台。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参照图1，本申请的优选实施例提供了一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，包括：
接收天线阵列，包括全向接收天线和多面由若干接收阵元构成且对应不同空域范围的模拟相控天线阵列，用于当全向接收天线接收的导航信号中包括有未公开服务体制的授权信号时，按设定周期T离散式调整各面模拟相控天线阵列相控参数，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP(Dilution of Precision，精度衰减因子)值最优的前H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出H个转发式数字中频基带信号波束，H为大于1的正整数；
干扰发生装置，用于当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整、模数转化、上变频得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰射频信号并输出。
本实施例提供了一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，所述系统包括接收天线阵列和干扰发生装置，相较其他系统，本系统的优势包括：
（1）硬件配置量减少
本实施例的模拟相控阵节省了高速数据处理单元、多个DAC和射频模块，各模拟相控天线阵列分区独立使用，减少了每面模拟相控天线阵列俯仰角重叠部分布置的阵元，减少了为配合全空域多面结合扫描需配置的硬件组件。
（2）数据处理量减少
本系统只有基带信号生成和星历计算使用少量数字数据处理，无需高速数据采集和交互传输；各面模拟相控天线阵列之间不再具备联系，每面负责区域限定死，基于该设计，无需对所有面模拟相控天线阵列的信号统一进行移相处理生成波束，而是每面设一个多通道移相器负责每面波束生成，减少了模拟数据处理量。
（3）转发延迟减少
转发直接在射频上进行，无需数字加权，减少了链路时延。
（4）体制融合
从时间、欺骗位置、动态参数、衰落参数四个方面，将同步生成式和空域滤波转发式两种来源的欺骗信号，在时延、幅值、频偏等信号层面统一。
（5）节省能耗
接收天线阵列中除了接收单元连续工作，其他所有部分均只离散地按周期T调整状态，离散工作模式下，模拟相控天线阵列每周期T时间隔更新一次状态，如相控参数，同时当监测到发生系统据止现象时将及时关闭公开体制欺骗信号输出，节省能耗，适用于外场使用场景。
(6)信号覆盖范围广
为了能够实现公开与非公开信号覆盖，本申请采用“转发+生成”的复合欺骗策略。对公开已知码序列信号使用生成式欺骗干扰策略、对非公开服务信号使用转发式欺骗干扰策略，同时因为两者时间同步（同10MHz、共1PPS），且通过载体轨迹集将信号动态信息同步，将两种体制（来源）的信号整合为一整套复合欺骗干扰，以此实现全频点覆盖。
具体地，如图8所示，在本申请的优选实施例中，所述接收天线阵列沿正M棱锥台表面设置，M≥4，本实施例中M=4，包括：
全向接收天线，设置在所述正4棱锥台的顶面，用于全向接收完整导航信号；
4面模拟相控天线阵列，分别设置在所述正4棱锥台的4个侧面，其中，每面模拟相控天线阵列均单独设置有多通道移相器，每面模拟相控天线阵列扫描俯仰角为0°~90°、方位角覆盖90°的空域范围，并根据控制单元输出的相控参数分别从每面对应的空域范围中对DOP值最优的H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪，并下变频、模数转化为H个转发式数字中频基带信号波束输出；
接收单元，与所述全向接收天线信号连接，用于实时接收全向接收天线捕获的真实卫卫星信号，完成信号捕获、跟踪、信道监测，并解析输出所有可见星的真实卫星历和定位信息、1PPS和信道接收状态；
控制单元，分别与所述接收单元和各模拟相控天线阵列信号连接，用于按设定周期T循环执行以下操作：更新所有可见星的真实卫星历并计算各卫星在各面模拟相控天线阵列的映射位置；在每面模拟相控天线阵列映射的各卫星中分别筛选出DOP值最优的前H个卫星；根据所选的DOP值最优的卫星波束来向调整每面模拟相控天线阵列的相控参数(幅值和相位)，完成波束加权，实现空域分离。
本实施例中构建一个M=4面模拟相控天线阵列和干扰发生装置，顶面安放一个全向接收天线，侧面每面具备N行*N列接收阵元的模拟相控天线阵列，并行追踪H个波束。
用于转发的面数与转发需要的波束相关，M可以是3、4、5、6面等，站在节省成本和满足欺骗干扰效果的角度思考，已知最小仅需4波束即可定位，从空间构型出发，将空域范围均分4区域，共转发DOP值最优的4星；同时，如果转发面数为3，则为了转发4个波束，必定有一面的波束数与其余面相异，这创造了非正态的异形结构（完全按照每面波束数创造接收阵列），徒然增加实施工程量。
同时模拟相控天线阵列的面数与最大扫描角反相关，随着最大扫描角的减小，因扫描导致的增益减小的影响变化也随之减小。当面数增大，每面面积随之减小，取内接于半径为R的圆柱体，高度为h的M棱柱，则每个平面的面积为:
Figure 271185DEST_PATH_IMAGE004
要求最大扫描角为π/M，因此最小的天线有效面积为:
Figure 149011DEST_PATH_IMAGE005
上式M=4时取得最大值，即最小天线有效面积最大，性价比最高。
对于每面追踪H个波束而言，工程实践证明，当H=1时，共转发4波束，很难完成欺骗，这是因为在接收环路中原有的对天接收星数远高于这4颗星，很难让接收终端采用欺骗波束进行定位，即使欺骗波束已经进入其跟踪环路；当H＞3，又对每面的天线阵基元波束宽度和密度提出了要求，进一步增大了整个天线阵列的体积和成本，不够经济实惠。两相权衡之下，H=2或H=3为较优的取值，即每面并行追逐2~3波束，共追踪8或12波束，从而达到欺骗效果与经济实惠的平衡。
综上，针对空域范围方位角0~360°、俯仰角0~180°的范围，为了平衡波束跟踪性能和硬件结构实施成本，如图2至图3所示，本实施例其划分为4个区域，每区域方位角、俯仰角各为90°。为了均匀分配各个接收面，且接收角度涵盖低仰角，不妨构建一个四棱锥台，四棱锥台的侧面与底部夹角为
Figure 92696DEST_PATH_IMAGE006
，然后，在四棱锥台包括顶面和四个侧棱面共五个面，顶面设置全向接收天线用于接收全部导航信号获取星历、定位信息、1PPS等，对各波束的追踪提供星历、卫星状态等信息作为参考。四个侧棱面上各设置有模拟相控天线阵列用于空域滤波，侧棱面与地面夹角θ=45°，为正台体，外覆防护罩体，内部具备中心承重支柱，单阵元扫描角±45°、每面可扫描俯仰角0°~90°度范围，如图4、图5、图6所示。
对于天线阵列而言，已知阵列合成波束理想增益G MAX =g+10*log10K，其中K为波束阵元数量，g为单阵元增益。从成本和体积综合考虑，阵元采用贴片天线满足6dB增益(扫描角±45°内)，可知单面25阵元、36阵元的理想功率分别为G25=20dB 、G36=21.6dB。
优选地，如图7所示，在本申请的优选实施例中，接收天线阵列的每面模拟相控天线阵列包括有5*5=25阵元（加上顶部全向接收天线共101阵元），每面接收2波束信号，共接收8颗可见星，每波束采用N*N（N=5）个接收阵元合成。
基于上述接收天线阵列的结构可知，本申请采用一种分离使用固定分区的思想进行工作，如8波束接收可以分为如图9所示的工作区域，区别于现有的多面相控阵工作模式，本申请不再采用根据各种算法进行资源分配的方式，调用全部的天线阵元生成1个或多个合成波束跟踪调整，而是采用全新的接收天线阵列将空域范围划分为固定的4个区域，每面区域负责的阵元数固定，一面生成H个波束只负责在该面对H颗可见星进行跟踪。
这种思想最显著的特点就是相控阵不再作为一个整体，而是各面“各司其职”。在这种工作模式下，多面相控阵变成了一种结构上趋近于球形（共形）阵，应用上趋近于平面阵的天线阵列。显然，这不仅减少了多波束游移于各面的输出量，还避免了各面间的控制单元有过多联系（减少硬件组件）。
之所以能将各面分离使用，是因为在空域滤波的使用场景下，各面接收波束分布本就比较均匀，且通过星历可以提前和实时获取其位置。
具体地，如图8所示，在本申请的优选实施例中，所述干扰发生装置包括：
生成单元，与所述接收单元信号连接，用于当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，通过数学模型和来自接收单元获取的对天驯服1PPS同步生成公开服务体制的H*M个生成式数字中频基带信号波束；
合路器，分别与各模拟相控天线阵列的输出端和生成单元的输出端信号连接，用于将所有转发式数字中频基带信号波束与生成式数字中频基带信号波束进行两两合路后得到H*M个复合数字中频基带信号波束；
动态拟合单元，分别与所述生成单元和合路器的输出端信号连接，用于根据接收单元采集的真实卫星历，结合用户输入的欺骗位置、动态参数对合路器输出的H*M个复合数字中频基带信号波束同步进行时延量、频偏量、幅度值调整得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰中频信号；
DAC模块，与所述动态拟合单元合路输出端连接，用于对所述欺骗干扰中频信号进行数模转换；
射频模块，与所述DAC模块信号输出端连接，用于对数模转换后的欺骗干扰中频信号上变频为欺骗干扰射频信号输出。
具体地，在本申请的优选实施例中，在规划各接收阵元的间距时，采用导航终端所支持的各频段的平均波长计算半波长，各接收阵元的间距大于等于所述半波长。
本实施例通过导航终端所支持的各频段的平均波长计算半波长来确定各接收阵元的间距，因此在满足覆盖双频段、公开和非公开体制信号的基础上，采用各频段的平均波长规划阵元间距。例如，已知授权终端采用L1+L2或是B1+B3的接收体制，依据他们的中心频率计算波长，不难得到L1和L2的平均波长为0.217m、B1和B3的平均波长为0.214m。在规划阵元间距时，采用上述平均波长计算半波长，阵元间距不小于半波长即可，从而缩短了宽频接收时阵元间距过大的问题。这样做的物理意义在于：因为频域覆盖范围较广，所以转发中心频率选择L1和L2、B1和B3中心，工程实践表明，虽然对于L1、L2、B1、B3而言，转发时距离中心都有点偏离，但并不影响正常使用和空域滤波转发式欺骗效果。通过上述措施，一个每面25阵元（共101阵元）的模拟相控天线阵列在满足双频覆盖、公开/非公开覆盖的基础上仅需占用600mm*600mm*600mm的空间，精简了使用空间，减少了占地面积和建设成本。
图10为本申请另一优选实施例中应用25阵元（共101阵元）天线整系统展开尺寸示意图，图中收纳尺寸仅600*600*700mm，展开后可以得到101阵元五面的接收天线阵列1、1~1.5m的可升降式三脚架4、40w便携式功放3、转发生成一体式欺骗源2、二维转台5（含发射天线、支持俯仰0°~90°、方位0°~360°），其中，转发生成一体式欺骗源2包括图8中的干扰发生装置，而便携式功放3则用于对欺骗干扰射频信号进行功率放大，含发射天线的二维转台5则将放大后的欺骗干扰射频信号向相应方向进行播发。
如图11所示，本申请另一优选实施例还提供了一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法，基于所述的系统，包括步骤：
S1、当全向接收天线接收的导航信号中包括有未公开服务体制的授权信号时，按设定周期T离散式调整各面模拟相控天线阵列相控参数，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP值最优的前H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出H个转发式数字中频基带信号波束，H为大于1的正整数；
S2、当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整、模数转化、上变频得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰射频信号并输出。
具体地，如图12所示，在本申请优选实施例中，步骤S1具体包括步：
S11、基于全向接收天线获取的真实卫星星历，将坐标系转换后，构造一个所有星相对于接收天线阵列的二维矩阵：
Figure 792799DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 400148DEST_PATH_IMAGE002
代表此时天空所有可见星相对于接收天线阵列的方位角，下标为可见星编号；
Figure 120979DEST_PATH_IMAGE003
代表此时天空所有可见星相对于接收天线阵列的俯仰角，下标m为所有可见星编号；
S12、根据各面模拟相控天线阵列划分的空域范围，即:
Figure 692906DEST_PATH_IMAGE007
将所述二维矩阵P中的可见星按照方位角分类映射到各面模拟相控天线阵列得到子矩阵P1、P2、P1…PM，例如：
Figure 118071DEST_PATH_IMAGE008
上表数据为举例，例如在P1面的星是1号、4号、8号等等；
S13、分类后，在每个子矩阵P1、P2、P1…PM中，获得一次定位DOP值集合：
T 1={[σ1，σ4，σ8…]、[σ2，σ5，σ7…]、[σ3，σ6，σ11…]、[σ9，σ10，σ13…]}
其中σ为每颗星在一次定位时的DOP值结果，下标为卫星编号，如何从每面中分别筛选出一次定位DOP值最优的前2个可见星形成追踪优选星，构建为第一次追踪优选星集合D1：
Figure 216477DEST_PATH_IMAGE009
；
S14、根据追踪优选星集合中各个可见星(1号、2号、6号、8号、9号、10号、11号和12号可见星)的方位角和俯仰角分别调整各面模拟相控天线阵列的相控参数，独立完成每面模拟相控天线阵列的波束方向图调整，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP值最优的前2个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出2个转发式数字中频基带信号波束，共计8个转发式数字中频基带信号波束；
S15、当设定周期T到期时，重复前述步骤直到结束跟踪，即内部计时器跑过T时间后，更新星历，并得到二次定位时的DOP值集合
Figure 999888DEST_PATH_IMAGE010
和二次追踪优选星集合D1，重新计算各面模拟相控天线阵列的相控参数(幅相调整参数)后，完成每面独立波束方向图调整直到结束跟踪，也就是说，本实施例每间隔T时间搜星一次并循环。
具体地，在本申请的另一优选实施例中，步骤S1中，所述设定周期T通过以下步骤确定：
S101、假定每波束合成3dB波束宽度为θ wb （每面25阵元约20°~22°）将8波束跟踪卫星伪距中最小的记为L min (P sdo )，求得最小跟踪区域半径R t ：
R t =tanθ wb * L min (P sdo )；
S102、以所述R t 为门限值，根据星历外推出可见星跑出所述最小跟踪区域的时间T作为搜星时间间隔，即设定周期T，其中t<t el ，t el 为真实卫星星历有效时间，一般取值2h、4h。
由上数搜星过程可知，该系统波束调整参数为离散量，与传统的天线阵列为了实时追踪连续运算截然不同。也正是因为对天接收星历和合成波束3dB宽度的存在，使得离散的接收系统近乎不会出现中间态，不会存在一颗星与多个面发生联系而使切星算法过于复杂，某颗星在任何周期内都只会位于某一个面内，同时，还不会影响后续转发信号的精度。
如图13所示，假设P1面中的8号星即将换区，可能的区域是P2、P3、P4。对于即将换区的星，下一次T时刻取值时有两种结果，其一是已经完成换区，如图10中示例8号在T时刻后成为了P2面中DOP值最优的两颗星之一，原P1面中的4号星为8号星离去后DOP值最优的另外一颗星补上8号星的空缺；其二是正好卡在P1与P2、P1与P3、P1与P4间，即方位角正巧为90°、180°、270°、360°（0°），处于这种情况可以将各中线值分配到各面中，例如上文划分的P1包含0°、P2包含90°、P3包含180°、P4包含270°。
综上，本申请中调整参数的数据离散性的优势是保证各面相对独立，依靠各自搜星手段即可，并不需要额外的切星算法，面与面间不会因某颗星联系起来。
为了能够实现公开与非公开信号覆盖，本申请采用“转发+生成”的复合欺骗策略自适应地进行欺骗干扰信号的输出，如对公开已知码序列信号使用生成式欺骗干扰策略、对非公开服务信号使用转发式欺骗干扰策略，同时因为两者时间同步（同10MHz、共1PPS），且通过载体轨迹集将信号动态信息同步，将两种体制（来源）的信号整合为一整套复合欺骗干扰，以此实现全频点覆盖。
如图14所示，为节省能耗，本实施例通过通道监测判断是否发生公开服务据止作为生成式欺骗信号是否播发的启动条件，也就是说，当发生公开服务据止时，如接受的信号为不公开服务体制的授权信号时，则不会启动和播发生成式欺骗信号，关闭相关的生成式欺骗信号生成硬件装置，仅启动转发式欺骗信号的相关硬件装置，达到节省能耗的目的，只有当接收的卫星信号中既包括公开服务体制的民码信号，也包括不公开服务体制的授权信号时时，才会同步采用“转发+生成”的复合欺骗策略自适应地进行欺骗干扰信号的输出。另外，在转发式欺骗信号的实施过程中，通过按设定周期T离散性循环控制的方式，可大幅减少波束调整次数（一段时间内星况不会剧烈变化），也能进一步地达到节省能耗、简化处理算法复杂度的目的。
具体地，在本申请的优选实施例中，步骤S2中，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束时，生成单元在产生生成式数字中频基带信号波束时采用来自接收单元获取的对天驯服1PPS，从而实现转发式数字中频基带信号波束和生成式数字中频基带信号波束的对天时间同步。
具体地，在本申请的优选实施例中，步骤S2中，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整包括欺骗位置同步调整、动态参数同步调整、衰落参数同步调整，其中：
所述欺骗位置同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合用户输入的欺骗位置，推算出此时合路后的每波束需要调整的时延量。具体地，根据优选8个可见星位置集合D={[x 1，y 1，z 1]、[x 2，y 2，z 2]…[x 8，y 8，z 8]}和当前接收终端位置U=[x u ，y u ，z u ]计算伪距集合P sdo =[p 1，p 2…p 8]，接着根据欺骗位置F=[x f ，y f ，z f ]和当前终端位置U，求得欺骗伪距集合P fak =[p f1 ，p f2 …p f8 ]，将其与伪距集合相差，可得伪距变化量集合
Figure 652586DEST_PATH_IMAGE011
，根据光速可求得各波束的时延量集合T d 。
所述动态参数同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合用户输入的动态参数，包括速度、加速度、加加速度，推算出此时合路后的每波束需要调整的频偏量；具体地，将速度、加速度、加加速度等转化为频偏、频偏变化率、频偏变化变化率，再根据卫星与接收终端的相对运动来向对每波束进行修改即可。
所述衰落参数同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合欺骗伪距和空间衰减公式推算出每颗卫星幅度修正量得到此时每波束需要调整的幅度值。具体地，根据欺骗伪距集合P fak =[p f1 ，p f2 …p f8 ]，使用空间衰减公式可直接推算出每卫星幅度修正量。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，其特征在于，包括：
接收天线阵列，包括全向接收天线和多面由若干接收阵元构成且对应不同空域范围的模拟相控天线阵列，用于当全向接收天线接收的导航信号中包括有未公开服务体制的授权信号时，按设定周期T离散式调整各面模拟相控天线阵列相控参数，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP值最优的前H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出H个转发式数字中频基带信号波束，H为大于1的正整数；
干扰发生装置，用于当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整、模数转化、上变频得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰射频信号并输出。
2.根据权利要求1所述的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，其特征在于，所述接收天线阵列沿正M棱锥台表面设置，M≥4，包括：
全向接收天线，设置在所述正M棱锥台的顶面，用于全向接收完整导航信号；
M面模拟相控天线阵列，分别设置在所述正M棱锥台的M个侧面，其中，每面模拟相控天线阵列均单独设置有多通道移相器，每面模拟相控天线阵列扫描俯仰角为0°~90°、方位角为360°/M的空域范围，并根据控制单元输出的相控参数分别从每面对应的空域范围中对DOP值最优的H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪，并下变频、模数转化为H个转发式数字中频基带信号波束输出；
接收单元，与所述全向接收天线信号连接，用于实时接收全向接收天线捕获的真实卫卫星信号，完成信号捕获、跟踪、信道监测，并解析输出所有可见星的真实卫星历和定位信息、1PPS和信道接收状态；
控制单元，分别与所述接收单元和各模拟相控天线阵列信号连接，用于按设定周期T循环执行以下操作：更新所有可见星的真实卫星历并计算各卫星在各面模拟相控天线阵列的映射位置；在每面模拟相控天线阵列映射的各卫星中分别筛选出DOP值最优的前H个卫星；根据所选的DOP值最优的卫星波束来向调整每面模拟相控天线阵列的相控参数。
3.根据权利要求2所述的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，其特征在于，所述干扰发生装置包括：
生成单元，与所述接收单元信号连接，用于当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，通过数学模型和来自接收单元获取的对天驯服1PPS同步生成公开服务体制的H*M个生成式数字中频基带信号波束；
合路器，分别与各模拟相控天线阵列的输出端和生成单元的输出端信号连接，用于将所有转发式数字中频基带信号波束与生成式数字中频基带信号波束进行两两合路后得到H*M个复合数字中频基带信号波束；
动态拟合单元，分别与所述生成单元和合路器的输出端信号连接，用于根据接收单元采集的真实卫星历，结合用户输入的欺骗位置、动态参数对合路器输出的H*M个复合数字中频基带信号波束同步进行时延量、频偏量、幅度值调整得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰中频信号；
DAC模块，与所述动态拟合单元合路输出端连接，用于对所述欺骗干扰中频信号进行数模转换；
射频模块，与所述DAC模块信号输出端连接，用于对数模转换后的欺骗干扰中频信号上变频为欺骗干扰射频信号输出。
4.根据权利要求1所述的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，其特征在于，H的取值为2或3。
5.根据权利要求1所述的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰系统，其特征在于，在规划各接收阵元的间距时，采用导航终端所支持的各频段的平均波长计算半波长，各接收阵元的间距大于等于所述半波长。
6.一种分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法，基于如权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，包括步骤：
S1、当全向接收天线接收的导航信号中包括有未公开服务体制的授权信号时，按设定周期T离散式调整各面模拟相控天线阵列相控参数，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP值最优的前H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出H个转发式数字中频基带信号波束，H为大于1的正整数；
S2、当全向接收天线接收的导航信号包括有公开服务体制的民码信号时，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整、模数转化、上变频得到覆盖公开与非公开信号的欺骗干扰射频信号并输出。
7.根据权利要求6所述的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法，其特征在于，步骤S1具体包括步骤：
S11、基于全向接收天线获取的真实卫星星历，将坐标系转换后，构造一个所有星相对于接收天线阵列的二维矩阵：
Figure 20487DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 43806DEST_PATH_IMAGE002
代表此时天空所有可见星相对于接收天线阵列的方位角，下标为可见星编号；
Figure 754273DEST_PATH_IMAGE003
代表此时天空所有可见星相对于接收天线阵列的俯仰角，下标m为所有可见星编号；
S12、根据各面模拟相控天线阵列划分的空域范围，将所述二维矩阵P中的可见星按照方位角分类映射到各面模拟相控天线阵列得到子矩阵P1、P2、P1…PM，
S13、分类后，在每个子矩阵P1、P2、P1…PM中，分别筛选出DOP值最优的前H个可见星形成追踪优选星集合；
S14、根据追踪优选星集合中各个可见星的方位角和俯仰角分别调整各面模拟相控天线阵列的相控参数，独立完成每面模拟相控天线阵列的波束方向图调整，使每面模拟相控天线阵列分别从各自覆盖的空域范围中对DOP值最优的前H个卫星信号波束中的授权信号进行跟踪及输出H个转发式数字中频基带信号波束；
S15、当设定周期T到期时，重复前述步骤直到结束跟踪。
8.根据权利要求6所述的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法，其特征在于，步骤S1中，所述设定周期T通过以下步骤确定：
假定每波束合成3dB波束宽度为θ wb 将所有跟踪卫星伪距中最小的记为L min (P sdo )，求得最小跟踪区域半径R t ：
R t =tanθ wb * L min (P sdo )；
以所述R t 为门限值，根据星历外推出可见星跑出所述最小跟踪区域的时间t作为搜星时间间隔，其中t<t el ，t el 为真实卫星星历有效时间。
9.根据权利要求6所述的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法，其特征在于，步骤S2中，根据预置的数学模型和全向接收天线接收的导航信号同步产生生成式数字基带信号波束时，生成单元在产生生成式数字中频基带信号波束时采用来自接收单元获取的对天驯服1PPS，从而实现转发式数字中频基带信号波束和生成式数字中频基带信号波束的对天时间同步。
10.根据权利要求6所述的分离使用固定分区的低能耗复合欺骗干扰方法，其特征在于，步骤S2中，将所述生成式数字中频基带信号波束与所述转发式数字中频基带信号波束两两合路后同步进行时延量、频偏量、幅度值调整包括欺骗位置同步调整、动态参数同步调整、衰落参数同步调整，其中：
所述欺骗位置同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合用户输入的欺骗位置，推算出此时合路后的每波束需要调整的时延量；
所述动态参数同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合用户输入的动态参数，包括速度、加速度、加加速度，推算出此时合路后的每波束需要调整的频偏量；
所述衰落参数同步调整包括：动态拟合单元接收到来自接收单元采集的真实卫星星历后，结合欺骗伪距和空间衰减公式推算出每颗卫星幅度修正量得到此时每波束需要调整的幅度值。
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