DE102007035680B4

DE102007035680B4 - Täuschsystem für Satellitennavigationssysteme

Info

Publication number: DE102007035680B4
Application number: DE102007035680.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Muser
Original assignee: MBDA Deutschland GmbH
Current assignee: MBDA Deutschland GmbH
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: DE102007035680A1

Abstract

Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen, mit zumindest einer Empfangseinheit (2) zum Empfang von Satellitensignalen mit einer Empfangsantenne (12) und mindestens einer Sendeeinheit (4) zum Senden der empfangenen Satellitensignale mit einer Sendeantenne (14) an einen fremden Satellitenempfänger, oder zumindest einem Satellitensignal-Simulator zum Senden von Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger, wobei die Empfangs- und Sendeeinheit (2, 4) oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem (8) angeordnet ist, und wobei das Trägersystem (8) ein Flugkörper ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersystem (8) einen ringförmigen Auftriebskörper (10) aufweist, der einen durch die Innenfläche des ringförmigen Auftriebskörpers (10) begrenzten Raum definiert, wobei ein Gehäuseteil über sich von dem ringförmigen Auftriebskörper (10) zu dem Gehäuseteil (6) erstreckenden Befestigungsstreben (16) an dem ringförmigen Auftriebskörper (10) befestigt ist, und wobei die Empfangseinheit (2) und die Sendeeinheit (4) in dem Gehäuseteil (6) angeordnet sind, so dass die Empfangsantenne (12) an dem Trägersystem (8) gegenüberliegend der Sendeantenne (14) angeordnet und die Empfangsantenne (12) nach oben und die Sendeantenne (14) nach unten ausgerichtet ist, wodurch ein Störfeld des Täuschsystems nach oben hin abgeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1
Die Positionsberechnung basiert bei Satellitennavigationssystemen, wie beispielsweise dem Global Positioning System (GPS), auf der Laufzeit der Satellitensignale zwischen den Navigationssatelliten und der Empfangsantenne bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit. Dadurch ergibt sich ein Abstand des Navigationssystems zu dem jeweiligen Satelliten. Aufgrund der bekannten Lage der Satelliten, kann hieraus eine Kugel mit dem Satelliten als Zentrum für den Aufenthaltsort des Satellitennavigationssystems gebildet werden. Wird dies mit mehreren Satelliten durchgeführt, kann eine Positionsbestimmung eindeutig erfolgen, indem der Schnittpunkt aller Kugeln berechnet wird. Da in realen Systemen keine eindeutige Zeitbasis vorhanden ist, werden zur Zeitbestimmung und Synchronisation nicht die absoluten Laufzeiten der Signale, sondern die unterschiedlichen Laufzeitdifferenzen zwischen dem Eintreffen gleicher Datenpakete unterschiedlicher Navigationssatelliten an dem Satellitennavigationssystem verwendet. Bewegt sich der Navigationsempfänger, so verändern sich die Laufzeitdifferenzen und ein neues Positionsergebnis sowie ein Geschwindigkeitsvektor wird errechnet.
Die Satellitennavigation zählt heute zu einer Kernfähigkeit der elektronischen Kriegsführung. Im Konfliktfall ist es entscheidend, feindliche Satellitennavigationssysteme zu täuschen. Ein derartiges Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen ist beispielsweise aus der EP 0 904 551 B1 bekannt. Diese herkömmlichen Täuschsysteme verwenden eine stationäre, bodengebundene Empfangseinheit (Receiver) zum Empfang von Satellitensignalen und eine ebenfalls stationäre Sendeeinheit (Transmitter) zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, beispielsweise eines Navigationssystems eines Luftfahrzeugs. Weitere Täuschungssysteme gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs sind aus der EP 0 965 856 B1 oder der US 5,557,284 A bekannt. Außerdem ist ein Flugkörper mit einer Empfangsantenne aus der NL 000001017027 C bekannt.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind weiterhin stationäre, bodengebundene Satellitensignal-Simulatoren, beispielsweise GPS-Simulatoren, zum Senden von gefälschten Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger bekannt. Dazu kann beispielsweise ein Code eines zur Zeit nicht sichtbaren Satelliten oder ein ungenutzter Code verwendet werden. Der Satellitensignal-Simulator ermöglicht es gezielt einzelne Satelliten zu simulieren und diese zu stören. Dadurch kann das Täuschsystem die Positionsbestimmung eines Satellitennavigationsempfängers zumindest zeitweise mit gefälschten Navigationsnachrichten stören und eine korrekte Positionsberechnung verhindern.
Nachteilig bei derartigen Täuschsystemen ist, dass diese Systeme für moderne Navigationsalgorithmen einfach zu detektieren und dadurch ausschließbar sind, so dass Satellitennavigationssysteme im Falle nicht auswertbarer, widersprüchlicher oder nicht vertrauenswürdiger Satellitensignalen auf die Verwendung der getäuschten Signale verzichten. Dies liegt darin begründet, dass der Navigationsalgorithmus bei bewegten Navigationsempfängern, insbesondere bei mit einem INS (Inertial Navigation System) gekoppelten Satellitennavigationssystem feststellt, dass die Satellitensignal-Laufzeitdifferenz zu dem Täuschsender konstant ist. Dadurch ist die ermittelte Position des Navigationsempfängers konstant (kein Geschwindigkeitsvektor). Da dies bei einem bewegten Navigationsempfänger nicht möglich ist, wird der Täuschungsversuch von dem Navigationsalgorithmus erkannt. Aus der Positionsberechnung werden nun solche Signale ausgeschlossen, die eindeutig als Täuscher erkannt werden. Handelt es sich beispielsweise um ein Navigationssystem eines Starrflügelflugzeuges, so kann in der Luft keine Geschwindigkeit von 0 km/h vorkommen. Somit können diese Werte aus der Berechnung eines kombinierten Navigationssystems ausgeschlossen werden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen zu schaffen, bei dem gegenüber herkömmlichen Lösungen eine verbesserte Täuschung von Satellitennavigationssystemen erreicht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Das erfindungsgemäße Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen hat zumindest eine Empfangseinheit zum Empfang von Satellitensignalen mit einer Empfangsantenne und mindestens eine Sendeeinheit zum Senden der empfangenen Satellitensignale mit einer Sendeantenne an einen fremden Satellitenempfänger, oder zumindest einen Satellitensignal-Simulator zum Senden von Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger. Erfindungsgemäß ist die Empfangs- und Sendeeinheit oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem angeordnet. Das heißt, das Täuschsystem wird nicht stationär am Boden aufgestellt, sondern an einem Trägersystem angeordnet, der das System, beispielsweise im Luftraum, bewegt. Da es sich bei dem erfindungsgemäßen System gegenüber dem Stand der Technik um ein bewegbares System handelt, kann der Nachteil einer statischen Positionslösung durch die Bewegung des Systems verhindert werden. Durch die Bewegung können selbst mit einem INS-Gerät kombinierte Navigationssysteme keine Unterscheidung mehr treffen, ob es sich um getäuschte oder reale Signale handelt. Somit kann die Navigationsalgorithmik eines Navigationssystems nicht oder nur sehr schwer eine Täuschung erkennen. Dadurch werden falsche Navigationsdaten mit einer vermeintlich hohen Präzision in ein Navigationssystem mit eingerechnet und das Gesamtsystem empfindlich gestört. Das zu täuschende Satellitennavigationssystem ist beispielsweise ein GPS (Global Positioning System). Das Trägersystem ist ein Flugkörper, der einen ringförmigen Auftriebskörper aufweist. Der Auftriebskörper definiert durch die Innenfläche einen begrenzten Raum, wobei ein Gehäuseteil über sich von dem ringförmigen Auftriebskörper zu dem Gehäuseteil erstreckenden Befestigungsstreben an dem ringförmigen Auftriebskörper befestigt ist. Die Empfangseinheit und die Sendeeinheit sind in dem Gehäuseteil angeordnet. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Empfangsantenne an dem Flugkörper gegenüberliegend der Sendeantenne angeordnet ist. Die Empfangsantenne ist nach oben, im Wesentlichen in Richtung der Navigationssatelliten, und die Sendeantenne nach unten, in Richtung der Erdoberfläche, ausgerichtet. Dadurch ist das Störfeld nach oben hin abgeschlossen, so dass dieses bei bekannter Flughöhe des Täuschsystems ohne Täuschereinfluss oder Deaktivierung des Täuschers passiert, d. h. überflogen werden kann. Eigene Satellitenempfänger werden von dem ausgesendeten Täuschsignal beim Überflug des Täuschsystems nicht gestört, so dass eine Positionsbestimmung der eigenen Navigationssysteme möglich bleibt, aber fremde Navigationssysteme dauerhaft gestört werden.
Der Flugkörper kann ein Luftschiff, ein Hubschrauber oder ein Ballon, beispielsweise ein Heißluftballon oder ein Gasballon sein. Bei einem vorteilhaften Beispiel für ein mobiles Täuschsystem kann die Integration des Täuschsystems in einen Modellzeppelin oder einen bemannten Zeppelin als Träger erfolgen. Dies ermöglicht eine flexible Ortswahl und lange Verweildauer des Täuschsystems in der Luft.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dem mobilen Trägersystem der Satellitensignal-Simulator zugeordnet. Dieser simuliert Satellitensignale von zumindest einem Navigationssatelliten. Dadurch kann das Täuschsystem die Positionsbestimmung eines Satellitennavigationsempfängers mit gefälschten Navigationsnachrichten stören und eine korrekte Positionsberechnung verhindern.
Vorzugsweise ist das Trägersystem auf einer definierten Bewegungsbahn bewegbar. Ein als Trägersystem verwendeter Flugkörper kann beispielsweise auf einer definierten Flugbahn bewegbar sein, um eine von der Bewegung des zu täuschenden Objekts, beispielsweise eines Luftfahrzeugs, abhängige Täuschung zu erreichen.
Der Aufbau eines Täuschsystems ist mit wenigen Komponenten fertigungstechnisch einfach möglich. Das System besteht im Wesentlichen aus der Sendeeinheit, die über eine Verstärkungseinheit mit der Empfangseinheit verbunden ist. Sende- und Empfangseinheit sind jeweils mit zumindest einer Antenne verbunden. Die Verstärkungseinheit weist mindestens einen Verstärker, insbesondere einen rauscharmen HF-Verstärker auf. Die HF-Satellitensignale werden mittels des Täuschsystems empfangen, verstärkt und wieder ausgestrahlt.
Zur Signalanpassung und Verbesserung der Signalqualität ist der Verstärkungseinheit bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zumindest ein Filter zugeordnet.
Eine erfindungsgemäße Täuschsystemanordnung verwendet eine Vielzahl von gleichen und/oder unterschiedlichen Täuschsystemen. Aufgrund der bewegten Täuschsysteme ist das Feld mit getäuschten Signalen nicht eindeutig zu identifizieren. Eine Kombination mehrerer Täuschsysteme ermöglicht es, einen sehr großen Bereich effektiv zu stören. Dem fremden Navigationssystem kann eine fiktive Satellitenkonstellation simuliert werden, so dass die Positionsbestimmung auf Basis falscher Informationen erfolgt.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Täuschsystems;
2 eine Seitenansicht des Täuschsystems aus 1 und
3 eine Draufsicht des Täuschsystems aus 1.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Täuschsystems 1 zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen, mit einer Empfangseinheit 2 zum Empfang von Satellitensignalen nicht dargestellter Navigationssatelliten und einer Sendeeinheit 4 zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, beispielsweise einen GPS-Empfänger. Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 sind in einem etwa zylinderförmigen Gehäuse 6 angeordnet. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet das Täuschsystem 1 einen Satellitensignal-Simulator zum Senden der Satellitensignale an den fremden Satellitenempfänger. Dieser simuliert Satellitensignale von zumindest einem Navigationssatelliten. Dadurch kann das Täuschsystem 1 die Positionsbestimmung eines Satellitennavigationsempfängers mit gefälschten Navigationsnachrichten stören und eine korrekte Positionsberechnung verhindern.
Erfindungsgemäß ist die Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 oder der nicht dargestellte Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem 8 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trägersystem als Flugkörper in Form eines unbemannten Luftschiffs 8 ausgebildet. Ein derartiges Luftschiff 8 kann einfach und schnell an seinen Einsatzort transportiert werden. Ein etwa ringförmiger Auftriebskörper 10 des Luftschiffs 8 ermöglicht eine flexible Ortswahl und lange Verweildauer des Täuschsystems 1 in der Luft. Das Antriebssystem des Luftschiffs 8 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Durch die Bewegung des Luftschiffs 8 im Luftraum können fremde Navigationssysteme keine Unterscheidung mehr treffen, ob es sich um getäuschte oder reale Signale handelt. Somit kann die Navigationsalgorithmik des fremden Navigationssystems nicht oder nur sehr schwer eine Täuschung erkennen. Dadurch werden falsche Navigationsdaten mit einer vermeintlich hohen Präzision in ein Navigationssystem mit eingerechnet und das fremde Gesamtsystem empfindlich gestört.
Gemäß 2, die eine Seitenansicht des Täuschsystems 1 aus 1 zeigt, ist die Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 jeweils mit einer Empfangsantenne 12 bzw. Sendeantenne 14 verbunden. Die Sendeeinheit 4 ist über eine nicht gezeigte Verstärkungseinheit mit der Empfangseinheit 2 verbunden. Die Verstärkungseinheit weist einen Verstärker, beispielsweise einen rauscharmen HF-Verstärker und einen Filter zur Signalanpassung und Verbesserung der Signalqualität auf. Die Empfangs- und Sendeantennen 12, 14 sind einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Empfangsantenne 12 nach oben, in Richtung der nicht dargestellten Navigationssatelliten und die Sendeantenne 14 nach unten, in Richtung der Erdoberfläche ausgerichtet ist. Dadurch ist das Störfeld nach oben hin abgeschlossen, so dass dieses, bei bekannter Flughöhe des Täuschsystems 1, ohne Täuschereinfluss oder Deaktivierung des Täuschers 1 passiert werden kann. Eigene Satellitenempfänger werden von dem ausgesendeten Täuschsignal nicht gestört, so dass eine Positionsbestimmung der eigenen Navigationssysteme möglich bleibt und fremde Navigationssysteme dauerhaft gestört werden.
Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, die eine Draufsicht des Täuschsystems 1 aus 1 zeigt, ist das Gehäuse 6 der Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 mittels drei um jeweils etwa 120° zueinander verlaufenden Befestigungsstreben 16 mittig an dem ringförmigen Auftriebskörper 10 fixiert.
Im Folgenden wird die Funktion des Täuschsystems 1 beispielhaft erläutert. Zur Täuschung von fremden Satellitennavigationssystemen werden in einem ersten Schritt Satellitensignalen mittels der Empfangseinheit 2 empfangen oder mittels des Satellitensignal-Simulators simuliert. In einem weiteren Schritt werden die empfangenen oder simulierten Satellitensignale von dem mobilen Trägersystem 8, d. h. dem Luftschiff an den fremden Satellitenempfänger gesendet. Zwischen dem Empfangen und Senden des Satellitensignals wird dieses mittels des Verstärkers verstärkt, um die Täuschwirkung zu verbessern. Das Luftschiff 8 kann auf einer definierten Flugbahn bewegt werden, um eine an die Bewegung des zu täuschenden Objekts, beispielsweise eines Luftfahrzeugs, angepasste Täuschwirkung zu erreichen. Des Weiteren ist eine Täuschsystemanordnung mit einer Vielzahl von gleichen oder unterschiedlichen Täuschsystemen 1 möglich. Beispielsweise kann eine Kombination aus Luft-, Land- und/oder Wasserfahrzeugen als Trägerplattformen Verwendung finden. Aufgrund der bewegten Täuschsysteme 1 ist das Feld mit getäuschten Signalen nicht eindeutig zu identifizieren. Dem fremden Navigationssystem kann weiterhin eine fiktive Satellitenkonstellation simuliert werden, so dass die Positionsbestimmung auf Basis falscher Informationen erfolgt.
Das erfindungsgemäße Täuschsystem 1 ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel mit einem Luftschiff 8 als mobiles Trägersystem beschränkt, vielmehr kann für das erfindungsgemäße Täuschsystem 1 jedes aus dem Stand der Technik bekannte Luft-, Land- oder Wasserfahrzeug als Trägerplattform Verwendung finden. Erfindungswesentlich ist, dass die Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem 8 angeordnet ist.
Offenbart sind ein Täuschsystem 1, eine Täuschsystemanordnung sowie ein Verfahren zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen. Das Täuschsystem 1 hat zumindest eine Empfangseinheit 2 zum Empfang von Satellitensignalen und mindestens eine Sendeeinheit 4 zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, oder zumindest einen Satellitensignal-Simulator zum Senden von Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger. Erfindungsgemäß ist die Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem 8 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Täuschsystem
2: Empfangseinheit
4: Sendeeinheit
6: Gehäuse
8: Trägersystem (Luftschiff)
10: Auftriebskörper
12: Empfangsantenne
14: Sendeantenne
16: Befestigungsstrebe

Claims

Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen, mit zumindest einer Empfangseinheit (2) zum Empfang von Satellitensignalen mit einer Empfangsantenne (12) und mindestens einer Sendeeinheit (4) zum Senden der empfangenen Satellitensignale mit einer Sendeantenne (14) an einen fremden Satellitenempfänger, oder zumindest einem Satellitensignal-Simulator zum Senden von Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger, wobei die Empfangs- und Sendeeinheit (2, 4) oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem (8) angeordnet ist, und wobei das Trägersystem (8) ein Flugkörper ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersystem (8) einen ringförmigen Auftriebskörper (10) aufweist, der einen durch die Innenfläche des ringförmigen Auftriebskörpers (10) begrenzten Raum definiert, wobei ein Gehäuseteil über sich von dem ringförmigen Auftriebskörper (10) zu dem Gehäuseteil (6) erstreckenden Befestigungsstreben (16) an dem ringförmigen Auftriebskörper (10) befestigt ist, und wobei die Empfangseinheit (2) und die Sendeeinheit (4) in dem Gehäuseteil (6) angeordnet sind, so dass die Empfangsantenne (12) an dem Trägersystem (8) gegenüberliegend der Sendeantenne (14) angeordnet und die Empfangsantenne (12) nach oben und die Sendeantenne (14) nach unten ausgerichtet ist, wodurch ein Störfeld des Täuschsystems nach oben hin abgeschlossen ist.
Täuschsystem nach Patentanspruch 1, wobei das Trägersystem (8) ein unbemannter oder bemannter Flugkörper ist.
Täuschsystem nach Patentanspruch 2, wobei der Flugkörper ein Luftschiff, ein Hubschrauber oder ein Ballon ist.
Täuschsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Trägersystem (8) auf einer definierten Bewegungsbahn bewegbar ist.
Täuschsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Sendeeinheit (4) über eine Verstärkungseinheit mit der Empfangseinheit (2) verbunden ist.
Täuschsystem nach Patentanspruch 5, wobei die Verstärkungseinheit zumindest einen Verstärker aufweist.
Täuschsystem nach Patentanspruch 6, wobei der Verstärker ein rauscharmer HF-Verstärker ist.
Täuschsystem nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, wobei die Verstärkungseinheit zumindest einen Filter aufweist.
Täuschsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Satellitennavigationssystem ein Global Positioning System (GPS) ist.
Täuschsystemanordnung mit einer Vielzahl von Täuschsystemen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.