CN115128644B - 一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰gnss方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于导航的干扰和抗干扰技术领域，公开了一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法和装置，通过获取目标接收机的位置信息，使子干扰机在所述目标接收机上方形成分布式布局，同时确定子干扰机的干扰参数；根据干扰参数，触发子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，进行功率合成，形成高重频超宽带电磁脉冲信号；使所述高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入所述目标接收机的射频前端，对所述目标接收机进行干扰。采用子干扰机进行分布式干扰机动性更强，合成的高重频超宽带电磁脉冲信号具有更好的压制效果。

Description

一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法和装置

技术领域

本申请涉及导航的干扰和抗干扰技术领域，尤其涉及一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法和装置。

背景技术

GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)接收机的干扰技术主要有压制式干扰和跟踪式干扰等。压制式干扰是发射幅度较大的信号，遮蔽目标设备的信号频谱，对目标无线电设备进行信号压制；跟踪式干扰是先侦查目标无线电设备发射的电信号，然后仿真该信号对目标设备实施欺骗。但是随着现在抗干扰技术的发展，现有的干扰方法越来越受到限制，比如自适应凋零技术和数字波束形成可以对阻塞式干扰有很好的防范作用，高速调频可以对跟踪式干扰形成很好的对抗作用。从近几年的GNSS干扰排查数据中来看，目前GNSS干扰类型主要是以压制式为主，且多为有意干扰。现有的压制干扰多采用大体积的大功率集中式的地面干扰系统，存在机动性差，干扰源明显，作用范围有限的问题。

发明内容

为此，本申请的实施例提供了一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法，对目标接收机的干扰压制效果更有效，以及分布式布局机动性灵活，隐蔽性更好，具体技术方案内容如下：

获取目标接收机的位置信息，根据所述目标接收机的位置信息，使多个子干扰机在所述目标接收机上方形成分布式布局，同时确定多个所述子干扰机的干扰参数；

根据所述干扰参数，触发多个所述子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，进行功率合成形成高重频超宽带电磁脉冲信号；

使所述高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入所述目标接收机的射频前端，对所述目标接收机进行干扰。

在本申请一较佳的示例中可以进一步设置为，多个所述子干扰机均由空中载体平台和超宽带电磁脉冲信号产生器组成，其中空中载体平台搭载超宽带电磁脉冲信号产生器，超宽带电磁脉冲信号产生器产生超宽带电磁脉冲信号。

在本申请一较佳的示例中可以进一步设置为，所述根据所述干扰参数，触发多个所述子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号的步骤包括：

根据所述干扰参数，同步触发多个所述子干扰机，进行相位调整使多个所述子干扰机发射出相位符合特定关系的超宽带电磁脉冲信号。

在本申请一较佳的示例中可以进一步设置为，所述根据所述干扰参数，触发多个所述子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号的步骤包括：

根据所述干扰参数，等时间间隔依次触发多个所述子干扰机，进行相位调整使多个所述子干扰机发射出相位符合特定关系的超宽带电磁脉冲信号。

在本申请一较佳的示例中可以进一步设置为，

所述目标接收机的射频前端设有：低噪声放大器；所述高重频超宽带电磁脉冲信号进入所述目标接收机的低噪声放大器，使所述低噪声放大器工作在非线性工作状态，产生高次谐波，经过滤波、放大、混频，使目标接收机处于饱和状态。

在本申请一较佳的示例中可以进一步设置为，所述对目标接收机进行干扰步骤还包括：

检测目标接收机的工作状态，判断对所述目标接收机的干扰是否达到预设效果。

在本申请一较佳的示例中可以进一步设置为，

若判断对所述目标接收机的干扰达到预设效果，则停止发射超宽带电磁脉冲信号；

若判断对对所述目标接收机的干扰没有达到预设效果，则继续发射超宽带电磁脉冲信号。

在本申请某一实施例中还提供一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰装置，所述装置包括：

布局模块，用于获取目标接收机的位置信息，并根据所述目标接收机的位置信息，使多个所述子干扰机在所述目标接收机上方形成分布式布局，同时确定多个所述子干扰机的干扰参数；

信号合成模块，用于触发多个所述子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，进行功率合成形成高重频超宽带电磁脉冲信号；

信号干扰模块，用于使所述高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入所述目标接收机的射频前端，对所述目标接收机进行干扰。

在本申请一较佳的示例中，可以进一步设置为，所述装置还包括调整模块，用于根据对目标接收机的干扰效果，对子干扰机进行调整；

其中，若判断对所述目标接收机的干扰达到预设效果，则停止子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号；

若判断对所述目标接收机的干扰没有发到预设效果，则增加子干扰机的超宽带电磁脉冲信号的输出功率。

综上所述，与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

1、通过获取目标接收机的位置信息，根据目标接收机的位置信息，多个子干扰机在目标接收机上方形成分布式布局；根据干扰参数，触发子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，进行功率合成形成高重频超宽带电磁脉冲信号；高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入目标接收机的射频前端，对目标接收机进行干扰。采用子干扰机进行分布式干扰进行多台脉冲源组合干扰，合成的高重频超宽带电磁脉冲信号具有更好的压制效果，更广的干扰面积；

2、子干扰机由小型空中载体平台和UWB脉冲信号产生器组成，体型小，具有更强的隐蔽性；

3、分布式布局的子干扰机操作灵活性更高，机动性灵活，不仅可以近距离贴近干扰目标，也可以远距离完成干扰。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法的流程示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种分布式布局的示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种采用同步触发子干扰机进行分布式干扰方法的流程示意图；

图4为本申请一实施例提供的一种采用等时间间隔触发子干扰机进行分布式干扰方法的流程示意图；

图5为本申请一实施例提供的一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰装置的结构示意图；

图6为本申请一实施例提供一种对目标接收机的压制效果的示意图；

图7为本申请一实施例提供的一种对目标接收机的压制效果的示意图。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

另外，本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请中术语“第一”“第二”等字样用于对作用和功能基本相同的相同项或相似项进行区分，应理解，“第一”、“第二”、“第n”之间不具有逻辑或时序上的依赖关系，也不对数量和执行顺序进行限定。

下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。

参照图1，在本申请的一个实施例中，提供一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法，所述方法的主要步骤描述如下：

S10：获取目标接收机的位置信息，根据所述目标接收机的位置信息，多个所述子干扰机在所述目标接收机上方形成分布式布局，同时确定多个所述子干扰机的干扰参数；

S20:根据所述干扰参数，触发多个所述子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，进行功率合成形成高重频超宽带电磁脉冲信号；

S30:所述高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入所述目标接收机的射频前端，对所述目标接收机进行干扰。

需要进行说明的是，高重频超宽带电磁脉冲作为一种新体制、新机理的干扰方式，可以实现对目标接收机进行快速且有效的干扰。高重频超宽带电磁脉冲指脉冲持续时间在1ns量级，重复频率在几十kHz量级，频谱可以覆盖几百兆赫兹至几十吉赫兹范围的电磁脉冲。超宽带电磁脉冲的干扰原理，主要是利用目标接收机射频前端在超宽带电磁脉冲信号的干扰下出现的饱和效应，从而使得接收机无法接收到有用信号。由于超宽带电磁脉冲信号具有非常宽的宽带，可以覆盖整个接收机的频带，滤波器不会完全抑制超宽带电磁脉冲信号干扰。当超宽带电磁脉冲信号通过天线进入目标接收机系统后，由于其瞬时功率水平远高于接收机的接收灵敏度，对射频前端的低噪声放大器等半导体器件造成饱和效应，从而产生高次谐波，然后进一步经过滤波、放大、混频等延时展宽作用，目标接收机系统处于饱和状态，目标接收机系统的自动增益控制器输出的控制电压在较长时间内大幅度降低，使得接收机增益大幅度降低，从而实现对目标接收机系统干扰压制。

获取目标接收机的位置信息后，根据目标接收机的位置信息，多个子干扰机在目标接收机的上方形成分布式布局，具体的，使各子干扰机在目标接收机上方形成干扰扇面或者进行一定分布组合。同时确定各子干扰机的干扰参数，干扰参数主要是指各子干扰机的输出功率大小，具体大小根据预设干扰效果而定。

各子干扰机均是由一个空中载体平台和一个超宽带电磁脉冲信号产生器组成。空中载体平台可以是小型无人机、低轨卫星等。例如，如图2所示，可将超宽带干扰源搭载至小型无人机上，分布式干扰扇面，其中每个小型无人机至目标接收机距离一致：

本申请实施例中，空中载体平台为小型无人机，每个小型无人机上搭载一个用于产生超宽带电磁脉冲信号的载荷，即超宽带电磁脉冲信号产生器。以小型无人机作为载体，具有成本低、机动性灵活，隐蔽性好，干扰信号传播损耗小，不仅可以近距离贴近干扰目标，也可以远距离完成干扰。

在某一实施例中，高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入目标接收机的射频前端，具体为进入目标接收机的射频前端设有半导体器件。其中，射频前端的半导体器件包括：滤波器、低噪声放大器及混频器。在目标接收机的接收信号功率处于接收机动态范围内时，接收机射频前端的半导体器件处于线性工作状态，接收信号可以得到有效放大处理，目标接收机可以正常工作。然而，在采用高重频超宽带脉冲对目标接收机进行干扰时，高重频超宽带脉冲信号会使目标接收机射频前端的半导体器件发生严重的瞬态响应和非线性失真，出现饱和效应，会导致射频前端的半导体器件处于非线性工作状态，接收信号不能得到有效放大。

在某一实施例中，采用同步触发子干扰机的方式进行干扰的流程示意图，如图3所示，根据干扰参数，同步触发每个子干扰机，进行相位调整使两两子干扰机发出的超宽带电磁脉冲信号相位差恒定，具体的，在本实施例中，共设置有M个子干扰机，第一个子干扰机发射的超宽带电磁脉冲信号的相位为0，第二个子干扰机发射的脉冲信号的相位为2π/M，第M个子干扰机发射的脉冲信号的相位为2π(M-1)/M。使得各子干扰机的超宽带电磁脉冲信号产生器同时向目标区域发射出相位符合特定关系的超宽带电磁脉冲信号，并在目标区域进行功率合成形成高重频超宽带电磁脉冲信号；其中，相位符合特定关系是指各子干扰机发射出的超宽带电磁脉冲信号相位差恒定。目标区域，是指距离目标干扰机一定范围的区域。

需要指出的是，电磁脉冲辐射功率与辐射电场存在明确的对应关系，根据电场叠加原理，当每个子干扰机的超宽带电磁脉冲信号产生器发射出的超宽带电磁脉冲信号相同而且相干时，M路电磁脉冲信号在空间合成的超宽带电磁脉冲信号的幅值与原来单个超宽带电磁脉冲信号的M倍，重复频率与子干扰机的单个超宽带电磁脉冲信号相同，则合成的超带宽电磁脉冲信号的功率为子干扰机的单个超带宽电磁脉冲信号的M²倍。

超宽带电磁脉冲时域可用二阶高斯脉冲表示：

其中α表示脉宽，t表示时间；

重频超宽带电磁脉冲序列可以表示为：

其中f_prf表示为脉冲重复频率，n表示常量；

重频超宽带电磁脉冲的功率谱可以表示为：

其中η₀为自由空间波阻抗，X(f)和Y(f)分别为x(t)和Y(f)的傅里叶变换。结合重频超宽带电磁脉冲的可分解性，N台子干扰机进行功率合成时，理论上最大合成功率可以为P＝N²P_i，其中P_i为单台子干扰机的发射的超宽带电磁脉冲信号。

分布式布局的多个子干扰机协同对同一目标接收机进行干扰时，干扰功率可以远大于单台子干扰机的发射出的电磁脉冲信号的干扰功率，当合成的超宽带电磁脉冲信号通过天线进入目标接收机的射频前端，目标接收机的射频前端设有半导体器件，导致半导体器件的瞬时输入功率远高于接收机的接收灵敏度，对射频前端的半导体器件造成饱和效应，半导体器件工作在非线性区，输入信号不能被有效放大，目标接收机系统的自动增益控制输出的控制电压在较长时间内大幅度降低，使得接收机增益大幅度降低，从而实现对目标接收机系统干扰压制。具体的，半导体器件可以为低噪声放大器。

在某一实施例中，采用等时间间隔触发的方式进行干扰的流程示意图，如图4所示，根据干扰参数，等时间间隔依次触发多个子干扰机，进行相位调整使各子干扰机等时间间隔发射出相位差恒定的超宽带电磁脉冲信号。具体的，在本实施例中，共设置有M个子干扰机，在t时刻触发第一个子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，在t+1/f_prf时刻触发第二个子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，依次每隔1/f_prf时间间隔触发下一个子干扰机，其中f_prf表示为脉冲重复频率。

需要进行说明的是，在超宽带电磁脉冲序列中，每台子干扰机发射的超宽带电磁脉冲可以视为是离散的，因此进行等时间间隔触发子干扰机，可以提高合成的超带宽电磁脉冲的重复频率。具体的，当M台子干扰机进行分布式布局协同等时间间隔触发，发射出的超宽带电磁脉冲信号进行功率合成，合成的超宽带电磁脉冲信号的峰值电压与单台子干扰机的超宽带电磁脉冲信号相同，合成的超宽带电磁脉冲信号的脉冲重频为单台子干扰机的重频的M倍。

在某一实施例中，对目标接收机进行干扰时，需要检测目标接收机的工作状态，判断对目标接收机的干扰是否达到预设效果。

在某一实施例中，若检测到目标接收机停止工作，判断对目标接收机的干扰达到预设效果，此时可以停止子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号；若检测到目标接收机在正常工作，判断对目标接收机的干扰还没有达到预设效果，需要继续发射超带宽电磁脉冲信号，直到检测到目标接收机停止工作。

如图5所示，本申请某一实施例中，还提供一种基于超带宽电磁脉冲的分布式干扰GNSS装置，其特征在于，该装置包括：

布局模块，用于获取目标接收机的位置信息，根据目标接收机的位置信息，多个子干扰机在目标接收机上方形成分布式布局；具体的，各子干扰机在目标接收机的上方形成干扰扇面或者进行一定分布组合。同时确定各子干扰机的干扰参数，干扰参数主要是指各子干扰机的输出功率大小。

信号合成模块，用于根据各子干扰机的干扰参数，触发子干扰机向目标区域发射超带宽电磁脉冲信号，进行功率合成形成高重频超宽带电磁脉冲信号；

信号干扰模块，用于高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入目标接收机，对目标接收机进行干扰。

在某一实施例中，分布式干扰装置还包括检测模块，用于检测目标接收机的工作状态，判断对目标接收机的干扰是否达到预设效果。

在某一实施例中，装置还包括调整模块，用于根据对目标接收机的干扰效果，对子干扰机进行调整；

其中，若判断对目标接收机的干扰达到预设效果，则停止子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号；

若判断目标接收机的干扰没有达到预设效果，则需要增加子干扰机的超宽带电磁脉冲信号的输出功率，直到检测到目标接收机停止工作。

请参阅图6和图7，仿真实验结果表明，当分布式体系各子干扰机发射的超宽带电磁脉冲信号经功率合成的高重频超宽带电磁脉冲信号幅值达到一定值后，信号经过低噪放后，信号会发生畸变，而且压制时长可以达到上百纳秒。

信号经过低噪放后的压制时长受重频影响不大，但是在相同压制时长的情况下，超宽带电磁脉冲信号合成的幅值越大，所需要的重频越低。实际上，由于饱和作用，信号在经过混频、滤波、放大等作用，电磁脉冲宽度会被进一步扩展，目标接收机的射频前端的半导体器件受到的饱和效应会进一步延长至微秒量级，因此重频数在数十千或数百千赫兹量级时，就能实现信号的有效压制。因此采用超宽带电磁脉冲信号进行分布式干扰可以灵活合成脉冲幅值和重频，增强干扰效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将本申请所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

Claims (8)

1.一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法，其特征在于，所述方法包括：

获取目标接收机的位置信息，根据所述目标接收机的位置信息，使多个子干扰机在所述目标接收机上方形成分布式布局，同时确定多个所述子干扰机的干扰参数；

根据所述干扰参数，触发多个所述子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，进行功率合成形成高重频超宽带电磁脉冲信号；

使所述高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入所述目标接收机的射频前端，对所述目标接收机进行干扰；

其中，根据所述干扰参数，触发多个所述子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号的步骤包括：根据所述干扰参数，同步触发多个所述子干扰机，进行相位调整使多个所述子干扰机发射出相位符合特定关系的超宽带电磁脉冲信号；和/或根据所述干扰参数，等时间间隔依次触发多个所述子干扰机，进行相位调整使多个所述子干扰机发射出相位符合特定关系的超宽带电磁脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法，其特征在于，多个所述子干扰机均由空中载体平台和超宽带电磁脉冲信号产生器组成，其中空中载体平台搭载超宽带电磁脉冲信号产生器，超宽带电磁脉冲信号产生器产生超宽带电磁脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法，其特征在于，所述目标接收机的射频前端设有：低噪声放大器；所述高重频超宽带电磁脉冲信号进入所述目标接收机的低噪声放大器，使所述低噪声放大器工作在非线性工作状态，产生高次谐波，经过滤波、放大、混频，使目标接收机处于饱和状态。

4.根据权利要求1所述的基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法，其特征在于，还包括：

检测目标接收机的工作状态，判断对所述目标接收机的干扰是否达到预设效果。

5.根据权利要求4所述的基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS方法，其特征在于，还包括以下步骤：

若判断对所述目标接收机的干扰达到预设效果，则停止子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号；

若判断对所述目标接收机的干扰没有达到预设效果，则增加子干扰机的超宽带电磁脉冲信号的输出功率。

6.一种基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS装置，其特征在于，所述装置包括：

布局模块，用于获取目标接收机的位置信息，并根据所述目标接收机的位置信息，使多个子干扰机在所述目标接收机上方形成分布式布局，同时确定多个所述子干扰机的干扰参数；

信号合成模块，用于根据所述干扰参数，触发多个所述子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号，进行功率合成形成高重频超宽带电磁脉冲信号；

信号干扰模块，用于使所述高重频超宽带电磁脉冲信号通过天线进入所述目标接收机的射频前端，对所述目标接收机进行干扰。

7.根据权利要求6所述的基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS装置，其特征在于，所述装置还包括检测模块，用于检测目标接收机的工作状态，判断对所述目标接收机的干扰是否达到预设效果。

8.根据权利要求7所述的基于超宽带电磁脉冲的分布式干扰GNSS装置，其特征在于，所述装置还包括调整模块，用于根据对目标接收机的干扰效果，对子干扰机进行调整；

其中，若判断对所述目标接收机的干扰达到预设效果，则停止子干扰机发射超宽带电磁脉冲信号；

若判断对所述目标接收机的干扰没有达到预设效果，则增加子干扰机的超宽带电磁脉冲信号的输出功率。

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