CN115755099B - 一种用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统及方法，系统包括：中心控制单元，用于接收处理目标探测单元得到的非合作无人机目标的动态信息，计算得到无人机编队单元和诱骗载荷的控制指令；目标探测单元，用于对非合作无人机目标进行识别和探测；通信单元，用于提供信息传递链路；无人机编队单元，用于为诱骗载荷提供搭载平台；诱骗载荷，用于对非合作无人机实施分布式诱骗。本发明解决了现有技术单一来向信号功率集中，易被发现的问题；另一方面能够保证目标接收到的各路诱骗信号来向与真实卫星信号来向匹配，能够大幅降低诱骗信号被识别的概率。

Description

一种用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统及方法

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统及方法。

背景技术

随着以无人机为代表的低慢小飞行器相关技术发展和商业化普及，由其带来的安全隐患也日益增大，无人机入侵油库、电站、机场、监狱等要害地带事件频发。此类目标突发性强、机动性好，传统防空手段难以确保侦察、打击及防护的实时性和有效性，发展反无人机技术具有紧迫性和重要意义。目前，反无人机技术主要有干扰阻断、直接摧毁、欺骗控制三种。其中，阻断和摧毁手段会造成无人机失去控制，在人员密集及军事敏感场所均难以直接使用。国内外各型无人机均会采用卫星导航作为飞行航路控制的关键手段，采用导航欺骗技术，改变无人机原有航迹，可实现对非合作无人机的接管。目前，导航诱骗信号均由单一信号源发出，隐蔽性差，容易被识别。随着阵列天线的低成本化和阵列信号处理技术的发展，无人机将大量配备具有多个阵元的阵列天线，利用“时-空-频”信号分析技术进行干扰信号的识别和剔除，从而导致单一来向的诱骗信号不再有效。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统及方法，以解决现有的导航诱骗信号由单一信号源发出导致的隐蔽性差，容易被识别的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一方面，本发明提供了一种用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统，包括如下单元：

中心控制单元，用于接收处理目标探测单元得到的非合作无人机目标的实时位置、来向、速度，计算得到无人机编队单元和诱骗载荷的控制指令，进而通过通信单元发出指令；其中：发送给无人机编队单元的指令是非合作无人机的动态信息以及各合作无人机的运动控制命令；发送给诱骗载荷的控制指令是生成诱骗信号来模拟对应的卫星信号的命令；

目标探测单元，用于对非合作无人机目标进行识别和探测，为中心控制单元提供非合作无人机目标的位置、来向和速度信息；

通信单元，用于安装在中心控制单元上以及搭载于无人机编队单元中的每个合作无人机之上，为中心控制单元、无人机编队单元和诱骗载荷提供信息传递链路；

无人机编队单元，由多架合作无人机组成，各合作无人机用于在系统工作时升空，为诱骗载荷提供搭载平台；还用于根据中心控制单元依托通信单元发出的指令，不断变换自身位置；

诱骗载荷，对应搭载于无人机编队单元的一个合作无人机之上；各诱骗载荷根据中心控制单元的指令控制，分别产生与其对应的真实导航卫星信号内容一致的虚假导航信号，对非合作无人机实施分布式诱骗。

进一步的，所述无人机编队单元中合作无人机数量 M大于等于非合作无人机阵列天线阵元数 N。

另一方面，本发明还提供了一种用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗方法，基于上述本发明的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统，包括如下步骤：

步骤1，中心控制单元控制目标探测单元开机；

步骤2，目标探测单元探测是否有非合作无人机目标出现，未探测到则继续执行步骤2，探测到则转入步骤3；

步骤3，目标探测单元将非合作无人机目标的实时位置、来向、速度等动态信息发送给中心控制单元；

步骤4，中心控制单元根据非合作无人机目标的位置、来向和速度信息，计算得到出动无人机编队单元飞向非合作无人机目标的飞行方向；

步骤5，中心控制单元通过通信单元发送指令命令无人机编队单元开机起飞，沿着步骤4计算得到的飞行方向飞向非合作无人机目标；

步骤6，无人机编队单元中各合作无人机根据中心控制单元发来的指令，飞抵非合作无人机目标上空，形成将非合作目标无人机置于中心的均匀分布的编队，并向中心控制单元反馈非合作目标无人机及各合作无人机的当前位置和速度；

步骤7，中心控制单元根据合作无人机和非合作无人机目标的位置、速度，分配各合作无人机上搭载的诱骗载荷需要模拟哪些真实导航卫星的信号，计算得到诱骗载荷的信号发射控制指令，并通过通信单元向每个诱骗载荷发送；

步骤8，各诱骗载荷依照中心控制单元发来的信号发射控制指令进行诱骗信号的发射，对非合作无人机实施诱骗；

步骤9，中心控制单元持续监测目标探测单元获取的非合作无人机目标的动态信息，并重复执行步骤7对每个诱骗载荷进行实时指令调整，无人机编队单元中各无人机根据非合作无人机目标的动态实时调整自身位置，直至中心控制单元判定结束诱骗；

步骤10，当非合作无人机目标的动态满足诱骗需要，中心控制单元判定结束诱骗，通过通信单元通知无人机编队单元返回并降落，进入步骤2继续运行。

进一步的，所述步骤4中，如果非合作无人机目标速度固定，非合作无人机目标与无人机编队待机位置之间的连线同合作无人机的飞行方向之间的夹角的计算公式为：

式中，表示非合作无人机目标的速度大小，表示非合作无人机目标与无人机编队单元的待机位置之间的连线同非合作无人机目标的飞行方向之间的夹角，表示无人机编队单元中合作无人机飞行速度大小。

进一步的，所述步骤7包括如下子步骤：

步骤71，中心控制单元根据无人机编队单元所在区域内的各导航卫星播发的广播星历，计算得到该区域内所有 k颗可见导航卫星相对于待诱骗非合作目标无人机目标的仰角、方位角，；

步骤72，以待诱骗非合作目标无人机目标为中心，将待诱骗的非合作无人机目标所在平面 M等分，第 j个诱骗载荷能够模拟卫星信号的方位角范围为：

；

式中， M表示无人机编队单元中合作无人机的数量，每个合作无人机上均携带有诱骗载荷；为常数；

步骤73，判断若，则第 i颗导航卫星的信号由第 j个诱骗载荷模拟，中心控制单元向第 j个诱骗载荷发送信号模拟标志为1，否则信号模拟标志为0；

步骤74，中心控制单元控制搭载第 j个诱骗载荷的合作无人机的高度控制在相对于非合作无人机目标仰角为处。

进一步的，所述步骤8中，各诱骗载荷依照中心控制单元发来的信号模拟标志进行诱骗信号发射，对非合作无人机实施诱骗，若信号模拟标志为1，则第 j个诱骗载荷模拟发射第 i颗导航卫星信号，否则不模拟发射该导航卫星信号。

相较于目前已有的单一诱骗源系统及方法，本发明具有以下几点技术优势：

（1）本发明利用合作无人机编队携带多个诱骗载荷从不同方向对非合作无人机目标发射诱骗信号，分布式地产生虚假导航信号，抵消无人机的抗干扰能力，侵入其位置控制链路，能够提升针对配备阵列天线、具备抗干扰能力的无人机的诱骗成功概率。现有的单一诱骗源信号功率集中，目标无人机依托阵列天线和相应的信号处理算法，极易识别诱骗信号并对其进行零陷处理。

（2）分布式导航诱骗系统中各信号生成载荷依靠无人机将其携带到真实导航卫星和非合作无人机目标视线附近，而后进行信号发射，保证目标接收到的各路诱骗信号来向与真实信号匹配，从而避免目标通过阵列信号处理方法估计信号来向进行诱骗信号的剔除，极大增强了诱骗的隐蔽性。

（3）商用无人机为抵消诱骗等干扰源的影响，常采用GPS天线底部包裹锡箔等防护手段。由于本发明中的诱骗载荷由合作无人机携带至非合作无人机目标上空，信号来向与卫星信号相近。相比于现有的单一诱骗源自无人机下方发射的手段，本发明中的信号生成载荷达到入侵无人机效果所需的信号功率更小，被识别的概率更低。

综上，本发明采用合作无人机编队携带多个信号生成载荷对目标无人机进行诱骗，一方面解决了现有技术中单一来向信号功率集中，易被发现的问题；另一方面各合作无人机位置处于真实导航卫星与目标视线附近，保证目标接收到的各路诱骗信号来向与真实卫星信号来向匹配，能够大幅降低诱骗信号被识别的概率。

附图说明

图1是本发明的系统组成结构图；

图2是本发明的系统原理示意图；

图3是无人机编队单元飞行方向示意图；

图4是各诱骗载荷对非合作无人机目标进行分布式诱骗的示意图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明给出的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统，包括中心控制单元、目标探测单元、通信单元、无人机编队单元及诱骗载荷。其中：

（1）中心控制单元是分布式导航诱骗系统的核心，采用PC机或嵌入式平台实现。中心控制单元用于接收处理目标探测单元得到的非合作无人机目标的实时位置、来向、速度等动态信息，计算得到无人机编队单元和诱骗载荷的控制指令，进而通过通信单元发出指令。其中：发送给无人机编队单元的指令是非合作无人机的动态信息以及各合作无人机的运动控制命令；发送给诱骗载荷的控制指令是生成诱骗信号来模拟对应的卫星信号的命令。

（2）目标探测单元由雷达和光电探测设备组成，用于对非合作无人机目标进行识别和探测，为中心控制单元提供非合作无人机目标的位置、来向、速度等动态信息。

（3）通信单元由多个无线电台组成，用于安装在中心控制单元上以及搭载于无人机编队单元中的每个合作无人机之上，为中心控制单元、无人机编队单元和诱骗载荷提供信息传递链路。

（4）无人机编队单元由多架合作无人机组成，用于在系统工作时升空，为诱骗载荷提供搭载平台。假设非合作无人机阵列天线阵元数为，则无人机编队单元中合作无人机数量 M应大于等于 N（若探测单元能探测到非合作无人机机型，可推测出非合作无人机阵列天线阵元数量 N。若不能探测到，则 N通常取7）。合作无人机编队单元中各合作无人机根据中心控制单元依托通信单元发出的指令，不断变换自身位置，以保证非合作无人机目标接收到的各路诱骗信号来向与真实信号匹配。卫星方位相近的诱骗信号由同一合作无人机上的诱骗载荷生成。

（5）诱骗载荷对应搭载于无人机编队单元的一个合作无人机之上。各诱骗载荷分别产生与其对应的真实导航卫星信号内容一致的虚假导航信号，对非合作无人机实施分布式诱骗。每个诱骗载荷生成一颗或几颗卫星的信号不同诱骗载荷之间通过中心控制单元的指令控制和真实卫星信号的时间同步，保证各自时间、相位信息的严格自洽，从而保证非合作无人机目标能够使用诱骗载荷发出的虚假导航信号实现定位，达到入侵其位置控制链路的目的。

本发明所给出的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗方法，基于上述本发明的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统，具体包括如下步骤：

（1）中心控制单元控制目标探测单元开机；

（2）目标探测单元探测是否有非合作无人机目标出现，未探测到则继续执行（2），探测到则转入（3）；

（3）目标探测单元将非合作无人机目标的实时位置、来向、速度等动态信息发送给中心控制单元；

（4）中心控制单元根据非合作无人机目标的位置、来向和速度信息，计算得到出动无人机编队单元飞向非合作无人机目标的飞行方向。具体的，如果非合作无人机目标速度固定，则计算得到非合作无人机目标与无人机编队待机位置之间的连线同合作无人机的飞行方向之间的夹角，从而得到飞行方向；如果非合作无人机目标速度不断变换，则无人机编队单元的飞行方向采用常见的比例导引法计算，计算过程不再赘述；

其中，非合作无人机目标与无人机编队待机位置之间的连线同合作无人机的飞行方向之间的夹角的计算公式为：

式中，如图3所示，表示非合作无人机目标的速度大小，表示非合作无人机目标与无人机编队单元的待机位置之间的连线同非合作无人机目标的飞行方向之间的夹角，表示无人机编队单元中合作无人机飞行速度大小。

（5）中心控制单元通过通信单元发送指令命令无人机编队单元开机起飞，沿着步骤（4）计算得到的飞行方向飞向非合作无人机目标。其中，无人机编队单元中合作无人机的数量大于等于非合作无人机目标的阵列天线阵元数N；

（6）无人机编队单元中各合作无人机根据中心控制单元发来的指令，飞抵非合作无人机目标上空，形成将非合作目标无人机置于中心的均匀分布的编队，并向中心控制单元反馈非合作目标无人机及各合作无人机的当前位置和速度。

其中，形成将非合作目标无人机置于中心的均匀分布的编队是指：无人机编队单元中各合作无人机在水平平面的投影保持规则形状，例如，三架无人机的编队在水平面之上的投影应为等边三角形，四架无人机编队应为正方形，依此类推。假设无人机编队单元的合作无人机共有 M架，非合作无人机目标当前所在的三维位置为，无人机编队单元中各合作无人机和非合作无人机目标均保持距离 r，第 j架合作无人机相对于非合作无人机目标所处平面内的方位角为，，为常数，第 j架合作无人机应在水平面上保持的投影位置为。

（7）中心控制单元根据合作无人机和非合作无人机目标的位置、速度等动态信息，分配各合作无人机上搭载的诱骗载荷需要模拟哪些真实导航卫星的信号，计算得到诱骗载荷的信号发射控制指令，并通过通信单元向每个诱骗载荷发送。

具体的，包括如下流程：

步骤71，中心控制单元根据无人机编队单元所在区域内的各导航卫星播发的广播星历，计算得到该区域内所有 k颗可见导航卫星相对于待诱骗非合作目标无人机目标的仰角、方位角，。

步骤72，以待诱骗非合作目标无人机目标为中心，将待诱骗的非合作无人机目标所在平面 M等分，第 j个诱骗载荷能够模拟卫星信号的方位角范围为：

；

式中， M表示无人机编队单元中合作无人机的数量，每个合作无人机上均携带有诱骗载荷；为常数；

步骤73，判断若，则第 i颗导航卫星的信号由第 j个诱骗载荷模拟，中心控制单元向第 j个诱骗载荷发送信号模拟标志为1，否则信号模拟标志为0。

优选的，为增加诱骗信号相对于非合作无人机目标来向的真实性，中心控制单元控制搭载第 j个诱骗载荷的合作无人机的高度控制在相对于非合作无人机目标仰角为处。

（8）各诱骗载荷依照中心控制单元发来的信号模拟标志进行诱骗信号发射，对非合作无人机实施诱骗（示意见图4）。若信号模拟标志为1，则第 j个诱骗载荷模拟发射第 i颗导航卫星信号，否则不模拟发射该导航卫星信号；

（9）中心控制单元持续监测目标探测单元获取的非合作无人机目标的动态信息，并重复执行步骤（7）对每个诱骗载荷进行实时指令调整，无人机编队单元中各无人机根据非合作无人机目标的动态实时调整自身位置，直至中心控制单元判定结束诱骗。

（10）当非合作无人机目标的动态满足诱骗需要，中心控制单元判定结束诱骗，通过通信单元通知无人机编队单元返回并降落，进入流程（2）继续运行。

本发明给出的上述技术方案中，无人机编队中各合作无人机均匀分布在非合作无人机周边，各自携带的诱骗载荷发射的信号到达非合作无人机目标的方向不同，可使得非合作无人机目标携带的阵列天线抗干扰能力失效。合作无人机相对于非合作无人机目标仰角控制在所携带诱骗载荷模拟卫星仰角的中心位置，与真实卫星信号仰角来向基本匹配，可提高诱骗信号的隐蔽性。由此可见，本发明提出的分布式导航诱骗系统及方法能够对抗干扰无人机实施有效反制。

Claims (5)

1.一种用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗方法，其特征在于，该方法所基于的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗系统包括如下单元：

中心控制单元，用于接收处理目标探测单元得到的非合作无人机目标的实时位置、来向、速度，计算得到无人机编队单元和诱骗载荷的控制指令，进而通过通信单元发出指令；其中：发送给无人机编队单元的指令是非合作无人机的动态信息以及各合作无人机的运动控制命令；发送给诱骗载荷的控制指令是生成诱骗信号来模拟对应的卫星信号的命令；

目标探测单元，用于对非合作无人机目标进行识别和探测，为中心控制单元提供非合作无人机目标的位置、来向和速度信息；

通信单元，用于安装在中心控制单元上以及搭载于无人机编队单元中的每个合作无人机之上，为中心控制单元、无人机编队单元和诱骗载荷提供信息传递链路；

无人机编队单元，由多架合作无人机组成，各合作无人机用于在系统工作时升空，为诱骗载荷提供搭载平台；还用于根据中心控制单元依托通信单元发出的指令，不断变换自身位置；

诱骗载荷，对应搭载于无人机编队单元的一个合作无人机之上；各诱骗载荷根据中心控制单元的指令控制，分别产生与其对应的真实导航卫星信号内容一致的虚假导航信号，对非合作无人机实施分布式诱骗；

包括如下步骤：

步骤1，中心控制单元控制目标探测单元开机；

步骤2，目标探测单元探测是否有非合作无人机目标出现，未探测到则继续执行步骤2，探测到则转入步骤3；

步骤3，目标探测单元将非合作无人机目标的实时位置、来向、速度发送给中心控制单元；

步骤4，中心控制单元根据非合作无人机目标的位置、来向和速度，计算得到出动无人机编队单元飞向非合作无人机目标的飞行方向；

步骤5，中心控制单元通过通信单元发送指令命令无人机编队单元开机起飞，沿着步骤4计算得到的飞行方向飞向非合作无人机目标；

步骤6，无人机编队单元中各合作无人机根据中心控制单元发来的指令，飞抵非合作无人机目标上空，形成将非合作目标无人机置于中心的均匀分布的编队，并向中心控制单元反馈非合作目标无人机及各合作无人机的当前位置和速度；

步骤7，中心控制单元根据合作无人机和非合作无人机目标的位置、速度，分配各合作无人机上搭载的诱骗载荷需要模拟哪些真实导航卫星的信号，计算得到诱骗载荷的信号发射控制指令，并通过通信单元向每个诱骗载荷发送；

步骤8，各诱骗载荷依照中心控制单元发来的信号发射控制指令进行诱骗信号的发射，对非合作无人机实施诱骗；

步骤9，中心控制单元持续监测目标探测单元获取的非合作无人机目标的动态信息，并重复执行步骤7对每个诱骗载荷进行实时指令调整，无人机编队单元中各无人机根据非合作无人机目标的动态实时调整自身位置，直至中心控制单元判定结束诱骗；

步骤10，当非合作无人机目标的动态满足诱骗需要，中心控制单元判定结束诱骗，通过通信单元通知无人机编队单元返回并降落，进入步骤2继续运行。

2.如权利要求1所述的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗方法，其特征在于，所述无人机编队单元中合作无人机数量M大于等于非合作无人机阵列天线阵元数N。

3.如权利要求1所述的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗方法，其特征在于，所述步骤4中，如果非合作无人机目标速度固定，非合作无人机目标与无人机编队待机位置之间的连线同合作无人机的飞行方向之间的夹角的计算公式为：

式中，表示非合作无人机目标的速度大小，表示非合作无人机目标与无人机编队单元的待机位置之间的连线同非合作无人机目标的飞行方向之间的夹角，表示无人机编队单元中合作无人机飞行速度大小。

4.如权利要求3所述的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗方法，其特征在于，所述步骤7包括如下子步骤：

步骤71，中心控制单元根据无人机编队单元所在区域内的各导航卫星播发的广播星历，计算得到该区域内所有k颗可见导航卫星相对于待诱骗非合作目标无人机目标的仰角、方位角，；

步骤72，以待诱骗非合作目标无人机目标为中心，将待诱骗的非合作无人机目标所在平面M等分，第j个诱骗载荷能够模拟卫星信号的方位角范围为：

；

式中，M表示无人机编队单元中合作无人机的数量，每个合作无人机上均携带有诱骗载荷；为常数；

步骤73，判断若，则第i颗导航卫星的信号由第j个诱骗载荷模拟，中心控制单元向第j个诱骗载荷发送信号模拟标志为1，否则信号模拟标志为0；

步骤74，中心控制单元控制搭载第j个诱骗载荷的合作无人机的高度控制在相对于非合作无人机目标仰角为处。

5.如权利要求4所述的用于抗干扰无人机反制的分布式导航诱骗方法，其特征在于，所述步骤8中，各诱骗载荷依照中心控制单元发来的信号模拟标志进行诱骗信号发射，对非合作无人机实施诱骗，若信号模拟标志为1，则第j个诱骗载荷模拟发射第i颗导航卫星信号，否则不模拟发射该导航卫星信号。

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