CN115166783A - 一种应用于无人机使用的导航诱骗防御系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域，公开了一种应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，包括硬件子系统和软件子系统，软件子系统包括探测模块、诱骗模块、发送模块和判定模块，探测模块用于探测获取无人机的基本参数；诱骗模块用于根据无人机的基本参数、GPS、北斗卫星导航系统发送的导航信息、诱骗目标位置设定诱骗路径、控制策略、控制欺骗误差；发送模块用于通过伪卫星信号基站发送诱骗信息，以使无人机锁定诱骗卫星信号，脱离原始控制并改变飞行姿态和航迹；判定模块用于通过设定的方式判断无人机是否被诱骗。本发明提供的应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，将诱导信息注入到无人飞行器导航系统，间接获得飞行控制权，实现对无人机的禁飞、驱离。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种应用于无人机使用的导航诱骗防御系统。
背景技术
无人机市场飞速增长，也带动了周边衍生行业的迅速发展，除了无人机配套设备和服务商之外，无人机的“天敌”也受益良多。目前，对于消费级无人机的操作人员需求总量超过了数十万，每年差不多都有2万架无人机处于黑飞状态。4月14日14时05分，在成都双流国际机场西跑道北侧30公里区域(地处郫都区)，机场净空保护区内，发现无人机活动，导致成都上空3架航班绕行，成都双流国际机场地面航班等待5分钟。4月17日14时13分，在成都双流国际机场西跑道北侧18公里区域(地处郫都区)，机场净空保护区内，发现无人机活动，导致多架域内航班空中等待，造成12架飞往成都的航班备降其他机场。由此可见无人机在保护区内所产生的不利影响，因而需要对无人机进行驱离。
发明内容
本发明提供了一种应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，能够将诱导信息注入到无人飞行器导航系统，间接获得飞行控制权，实现对无人机的禁飞、驱离。
本发明提供了一种应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，包括硬件子系统和软件子系统，所述软件子系统包括探测模块、诱骗模块、发送模块和判定模块，所述探测模块、诱骗模块、发送模块和判定模块依次连接；
所述探测模块用于探测获取无人机的基本参数；其中，所述基本参数包括速度、航向、地理位置；
所述诱骗模块用于根据无人机的基本参数、GPS、北斗卫星导航系统发送的导航信息、诱骗目标位置设定诱骗路径、控制策略、控制欺骗误差；
所述发送模块用于通过伪卫星信号基站发送诱骗信息，以使所述无人机锁定诱骗卫星信号，脱离原始控制并改变飞行姿态和航迹；
所述判定模块用于通过设定的方式判断无人机是否被诱骗，当所述无人机未被诱骗时，进入所述探测模块，继续探测无人机的基本参数。
进一步地，所述硬件子系统包括卫星信号模拟器、星历接收机、功率配置器、诱导信号发射器；
所述卫星信号模拟器由上位机数字仿真程序驱动，用于生成高精度仿真卫星导航信号；
所述星历接收机用于下载并解析卫星精密星历、对准卫星授时时钟、定位接收天线所在位置；
所述功率配置器用于根据工作模式和作用距离为辐射单元提供辐射功率；
所述诱导信号发射器用于发射诱导信号，包括全向天线、定向天线。
进一步地，所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式为：无人机飞行过程中，当根据飞行参数判断航迹偏差逐步变大，且自动纠正航迹偏差后仍持续变大时，认定所述无人机被诱骗。
进一步地，所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式为：判断锁定卫星数量是否大于设定数量，若锁定卫星数量小于设定数量，则判断定位数据是否存在偏差，若定位数据存在偏差，且设定时间内未恢复，则认定存在卫星定位干扰源，并比对锁定卫星信号强度，当出现超出常规信号强度的信号源时，认定所述无人机被诱骗。
进一步地，所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式为：将卫星编号、倾角、信号方位、卫星信号发射的方位与数据库中真实星历参数比对，当出现不一致时，认定所述无人机被诱骗。
进一步地，所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式为：设定飞行空域安全范围以确定安全边界，当无人机定位显示趋向或超出安全边界，且卫星定位显示的方位、距离和无线电遥测参数偏差超过设定数值时，认定所述无人机被诱骗。
本发明的有益效果为：
本发明的系统通过发射诱骗干扰信号，对黑飞无人机的卫星导航系统进行信号诱骗，达到黑飞无人机管制的目的，可布设于特定防护区域，用户可根据需要防御区域的大小和环境，合理布设单个或多个防御基站，构建全天候的无人机禁飞防护区。相比接触捕获、压制干扰、激光击落等方式的反无人机系统，采用了诱骗式工作原理，通过发射低功率诱骗信号对黑飞无人机进行驱离、防御或迫降，具有对周边电子设备影响小、对人体没有辐射伤害、捕获过程不会误伤人员、不会造成不良社会影响、可全天候24小时连续防御等优势。且可以根据保护区域大小及综合环境灵活快速搭建，输出的欺骗信号强度可控，可有效保证其不会干扰到保护区域以外的其他导航系统正常使用。
附图说明
图1为本发明一种应用于无人机使用的导航诱骗防御系统的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
卫星导航诱骗无人机防御技术由导航卫星信号仿真技术、导航卫星精密星历解码和推算技术、导航卫星信号时间同步技术、多通道辐射功率微调技术、PID轨迹跟随诱导技术等组成。卫星导航诱骗无人机防御技术是通过模拟仿真生成频率相同、时间同步的导航卫星定位编码信号，将诱导信息注入到无人飞行器导航系统，间接获得飞行控制权，实现禁飞、驱离、航迹诱导等多种战术目标。
如图1所示，本发明提供了一种应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，包括硬件子系统和软件子系统。
所述硬件子系统包括：卫星信号模拟器、星历接收机、功率配置器、诱导信号发射器；
所述卫星信号模拟器由上位机数字仿真程序驱动，用于生成高精度仿真卫星导航信号；卫星信号模拟器是系统的核心部件，由上位机数字仿真程序驱动，生成高精度仿真卫星导航信号。
所述星历接收机用于下载并解析卫星精密星历、对准卫星授时时钟、定位接收天线所在位置；星历接收机是决定系统实现性能的重要组成部分，用于下载解析卫星精密星历、对准卫星授时时钟、定位接收天线所在位置等。
所述功率配置器用于根据工作模式和作用距离为辐射单元提供辐射功率；功率配置器是系统的主要能耗部分，根据工作模式和作用距离为辐射单元提供精密可控的辐射功率。
所述诱导信号发射器用于发射诱导信号，包括全向天线、定向天线。信号发射器是系统作战终端，根据用户需求可以选择全向天线、定向天线。
卫星导航是接收导航卫星发送的导航定位信号，实时地测定运动载体的在航位置和速度，进而完成导航。卫星导航定位精准，受天候影响较小，能全天时提供实时服务，卫星导航广泛运用于空中和地面快速移动载体的导航。特别是载荷能力较低的无人机，在没有外界人为干扰时，卫星导航手段是最简便、稳定的导航方式。
由于可能存在人为干预，使卫星定位产生误差，利用GPS和北斗伪基站发送延时定位参数报文，使伪距码报文收、发的时间差不正确，从而可以影响的定位坐标准确度。卫星伪基站干扰信号幅度大于正常GPS卫星信号，无人机GPS和北斗接收机更容易锁定信号较强的伪基站信号，导致定位存在偏差，使无人机不能按预定航线飞行，也可能被诱骗到不可控制区域。
所述软件子系统包括：探测模块、诱骗模块、发送模块和判定模块，所述探测模块、诱骗模块、发送模块和判定模块依次连接；
所述探测模块用于探测获取无人机的基本参数；其中，所述基本参数包括速度、航向、地理位置；
所述诱骗模块用于根据无人机的基本参数、GPS、北斗卫星导航系统发送的导航信息、诱骗目标位置设定诱骗路径、控制策略、控制欺骗误差；
所述发送模块用于通过伪卫星信号基站发送诱骗信息，以使所述无人机锁定诱骗卫星信号，脱离原始控制并改变飞行姿态和航迹；
所述判定模块用于通过设定的方式判断无人机是否被诱骗，当所述无人机未被诱骗时，进入所述探测模块，继续探测无人机的基本参数。
所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式具有四种，分别为1、无人机飞行过程中，当根据飞行参数判断航迹偏差逐步变大，且自动纠正航迹偏差后仍持续变大时，认定所述无人机被诱骗。2、判断锁定卫星数量是否大于设定数量，若锁定卫星数量小于设定数量，则判断定位数据是否存在偏差，若定位数据存在偏差，且设定时间内未恢复，则认定存在卫星定位干扰源，并比对锁定卫星信号强度，当出现超出常规信号强度的信号源时，认定所述无人机被诱骗。3、将卫星编号、倾角、信号方位、卫星信号发射的方位与数据库中真实星历参数比对，当出现不一致时，认定所述无人机被诱骗。4、设定飞行空域安全范围以确定安全边界，当无人机定位显示趋向或超出安全边界，且卫星定位显示的方位、距离和无线电遥测参数偏差超过设定数值时，认定所述无人机被诱骗。
卫星定位诱骗位置如果是发生跃变，位置偏差突然变化较大很容易判别发现。但往往是刚开始偏差量很少，在劫持信号后逐步加大偏差量，诱骗在不知不觉中发生，具有一定的隐蔽性，很难以发觉。诱骗的判定是防御诱骗干扰的关键，不能及时判定被诱骗，无人机误认为伪定位数据是正常的，就可能被诱骗到不可控地域。无人机诱骗通过以下四种方法判定。1、通过航线航迹比对。飞行中观察飞行参数发现航迹偏差逐步变大，排除自然条件因素外，难以自动纠正航迹偏差且持续变大，此时可人工判断卫星定位可能被人为加偏，导致定位不准确。2、通过锁定卫星判别。卫星导航正常情况下，锁定卫星数一般大于4颗。当操作员在无人机飞行中从导航软件上观察到锁定卫星数为0-2颗，且有定位数据但疑似存在偏差，短时间不能恢复，则可能存在卫星定位干扰源。通过软件检测比对锁定的卫星信号强度，发现突然有超出常规信号强度的信号源时，发出诱骗干扰预警。3、通过星历参数自动验证。导航定位卫星广播发射的星历参数不但有伪距码，还包含卫星轨道信息、姿态信息。通过判别卫星编号(伪随机码PRN码)、倾角、信号方位等参数，检测卫星信号发射的方位，与数据库中真实星历参数比对，可发现信号源的真伪。4、设定空域安全边界管制。根据地形条件和任务需要，设定飞行空域安全范围，当没有误操作时无飞机定位显示趋向或者超出安全边界，卫星定位显示的方位、距离和无线电遥测参数偏差较大，可以判定无人机遭遇诱骗攻击。
通过软件子系统实现基于GPS和北斗卫星导航诱骗技术的原理如下：首先通过探测获取目标无人机速度、航向、地理位置等基本参数。计算机控制系统根据无人机运动参数、GPS和北斗卫星导航系统发送的导航信息、诱骗目标位置，设定合理诱骗路径，确定控制策略，控制欺骗误差，防止被无人机导航系统识别。通过伪卫星信号基站发送诱骗信息，无人机锁定诱骗卫星信号，使无人机脱离原始控制，改变飞行姿态和航迹，最终使无人机飞至他人期望地域。
本发明的系统通过发射诱骗干扰信号，对黑飞无人机的卫星导航系统进行信号诱骗，达到黑飞无人机管制的目的。并且可布设于特定防护区域,用户可根据需要防御区域的大小和环境，合理布设单个或多个防御基站，构建全天候的无人机禁飞防护区。相比接触捕获、压制干扰、激光击落等方式的反无人机系统，采用了诱骗式工作原理，通过发射低功率诱骗信号对黑飞无人机进行驱离、防御或迫降,具有对周边电子设备影响小、对人体没有辐射伤害、捕获过程不会误伤人员、不会造成不良社会影响、可全天候24小时连续防御等独特优势。可根据保护区域大小及综合环境灵活快速搭建，输出的欺骗信号强度可控，可有效保证其不会干扰到保护区域以外的其他导航系统正常使用。能够完成GPS、GLONASS星座的卫星轨道、卫星钟差、距离延迟、电离层误差、对流层误差、地球自转效应、相对论效应、地面大地参数等计算推演；能够生成GPS星座(32颗))、GLONASS星座(24颗)、北斗星座及其混合星座的卫星轨道、导航电文及观测数据等。
卫星导航诱骗技术是诱骗无人机锁定伪卫星导航信号，间接控制无人机，克服了压制式干扰只能悬停或迫降无人机，且对改装无人机反应不可控的风险。普遍适用于所有机型的无人机，克服了协议破解技术只能适用于已破解的指定机型，且难以应对调频技术的不足。可实现可控的面杀伤，克服了硬摧毁技术应对集群饱和攻击不力，地面附带伤害难以控制的不足。
卫星导航诱骗技术能够实现对防御范围内处于待机、起飞、巡航、悬停等各个阶段的多旋翼或固定翼无人机进行全向或定向防御攻击。适用于临时性低空区域防护、要地安全防御、城市公共安全防护和敏感地区反恐维稳等任务，无人机诱骗干扰系统主要针对试验场区、指挥所保密区域等重要设施周边或者重大会议活动现场的民用无人飞行器诱骗反制，对于试验训练场区周围2km范围内潜入的无人机诱骗干扰以使其驱离，使试验训练任务、重大会议等免受间谍侦测，民用航拍、非法侵入等影响，确保现场安全可控。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，其特征在于，包括硬件子系统和软件子系统，所述软件子系统包括探测模块、诱骗模块、发送模块和判定模块，所述探测模块、诱骗模块、发送模块和判定模块依次连接；
所述探测模块用于探测获取无人机的基本参数；其中，所述基本参数包括速度、航向、地理位置；
所述诱骗模块用于根据无人机的基本参数、GPS、北斗卫星导航系统发送的导航信息、诱骗目标位置设定诱骗路径、控制策略、控制欺骗误差；
所述发送模块用于通过伪卫星信号基站发送诱骗信息，以使所述无人机锁定诱骗卫星信号，脱离原始控制并改变飞行姿态和航迹；
所述判定模块用于通过设定的方式判断无人机是否被诱骗，当所述无人机未被诱骗时，进入所述探测模块，继续探测无人机的基本参数。
2.根据权利要求1所述的应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，其特征在于，所述硬件子系统包括卫星信号模拟器、星历接收机、功率配置器、诱导信号发射器；
所述卫星信号模拟器由上位机数字仿真程序驱动，用于生成高精度仿真卫星导航信号；
所述星历接收机用于下载并解析卫星精密星历、对准卫星授时时钟、定位接收天线所在位置；
所述功率配置器用于根据工作模式和作用距离为辐射单元提供辐射功率；
所述诱导信号发射器用于发射诱导信号，包括全向天线、定向天线。
3.根据权利要求1所述的应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，其特征在于，所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式为：无人机飞行过程中，当根据飞行参数判断航迹偏差逐步变大，且自动纠正航迹偏差后仍持续变大时，认定所述无人机被诱骗。
4.根据权利要求1所述的应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，其特征在于，所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式为：判断锁定卫星数量是否大于设定数量，若锁定卫星数量小于设定数量，则判断定位数据是否存在偏差，若定位数据存在偏差，且设定时间内未恢复，则认定存在卫星定位干扰源，并比对锁定卫星信号强度，当出现超出常规信号强度的信号源时，认定所述无人机被诱骗。
5.根据权利要求1所述的应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，其特征在于，所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式为：将卫星编号、倾角、信号方位、卫星信号发射的方位与数据库中真实星历参数比对，当出现不一致时，认定所述无人机被诱骗。
6.根据权利要求1所述的应用于无人机使用的导航诱骗防御系统，其特征在于，所述判定模块通过设定的方式判断无人机是否被诱骗的过程中，设定的方式为：设定飞行空域安全范围以确定安全边界，当无人机定位显示趋向或超出安全边界，且卫星定位显示的方位、距离和无线电遥测参数偏差超过设定数值时，认定所述无人机被诱骗。
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