一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统及方法与流程

1.本技术涉及导航欺骗技术领域，特别地，涉及一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统及方法。


背景技术：

2.对于非合作卫导信号，其码序列不对外公开，无法仿真生成欺骗干扰信号，只能采取转发式欺骗干扰手段。传统转发式干扰的采用单个接收天线接收所有真实卫星信号，统一延迟、放大和转发，会导致有些导航信号的到达角和相对到达时严重超出合理的范围，这样容易被检测到；采用相控阵天线的转发式干扰通过对接收信号进行空域分离，分别加入不同时延合路输出，对于单天线接收机较为有效，但对于多天线接收机而言，很难逃过接收机信号来波方向的检测。论文《通过区域映射实现诱导的gps干扰系统》披露了一种多颗转发式干扰器、运载平台和地面控制站，各转发式干扰器安装在运载平台上，每颗转发式干扰器分别转发一颗gps卫星信号，每颗转发式干扰器根据算法进行时延的方法，实现分区域播发欺骗干扰，实现转发干扰信号空域特性，但该论文存在以下三个问题：问题一：不满足远距离干扰功率的收发隔离问题。为了保证欺骗效果，到达接收天线的欺骗信号功率是高于真实卫星信号功率，而转发式欺骗干扰设备为收发同时工作模式，自身发射的干扰信号会通过空间耦合同路进入转发式欺骗干扰设备内部，当耦合输入的欺骗信号功率够大时，会造成设备自激，因此要求转发式欺骗干扰设备需要采取收发隔离手段。相对于天线后瓣抑制、吸波处理等收发隔离手段，最有效的收发隔离方法是拉开空间距离。该方法中运载平台上的转发式干扰器为收发一体，无法做到足够距离的收发距离，从而导致播发的欺骗信号功率不能太高，因此无法实现远距离干扰需求。
3.问题二：单套转发设备只能播发一个目标的某一区域的转发卫星信号的问题，多目标干扰协同控制复杂。对于分区域的空域欺骗干扰，根据导航定位原理，单个目标的干扰实现至少需要个4颗卫星的干扰信号播发，采用本方法实现m个目标干扰时，需要m*4路的干扰信号，需要m*4套转发式干扰设备和1套地面控制站，其中转发式干扰设备部署在空中平台，设备越多，协同集成控制复杂，且维护困难等问题。
4.问题三：设备体积大功耗高的问题。对于承载转发式干扰设备的空域平台，承载的设备重量有限，且无法提供附加设备的工作电源或只能提供功耗有限的电源，因此要求转发式干扰设备具备小型化低功耗。本方法的转发式干扰设备采用收发一体技术架构设计，需要进行信息层面和信号层面的接收处理、转发处理以及发射处理等功能，难以做到小型化低功耗，无法满足小型空域平台开展区域干扰播发使用要求。


技术实现要素：

5.本技术一方面提供了一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统，以解决现有的导航欺骗系统不满足远距离干扰功率的收发隔离、单套转发设备只能播发一个干扰目标的某一区域的转发信号、多目标干扰协同控制复杂、设备体积大功耗高的技术问题。
6.本技术采用的技术方案如下：一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统，包括：地面干扰生成设备，在地面使用，用于整个系统的集成控制、以及多天线分别接收的n颗卫星的转发信号生成针对m个干扰目标的m*n个转发干扰信号后，将所有转发干扰信号按照干扰目标的数量m、转发设备的数量k进行组合及预处理输出针对所有干扰目标且分别由对应的转发设备转发进行转发的k个中继发射信号，所有中继发射信号不包含重复转发干扰信号，k小于等于n，n不小于4且不大于使用场地最大可见星数量，m≥1；k个转发设备，分别安装在k个空域平台上，各转发设备用于接收对应的中继发射信号进行变频处理后，生成m个波束信号按照相应的空间布设位置向m个干扰目标播发，完成干扰发射。
7.进一步地，所述地面干扰生成设备包括：干扰信号生成模块，用于通过n个天线分别接收n颗卫星的转发信号，为每颗卫星的转发信号分别生成与m个干扰目标对应的转发干扰信号；接着将所有卫星中针对同一干扰目标的转发干扰信号进行组合后输出k组数字信号，各组数字信号包含的转发干扰信号均不重复；中继发射处理模块，用于将干扰信号生成模块组合后输出的各组数字信号中由同一转发设备负责转发的数字信号进行组合及处理后输出k个中继发射信号；系统总控模块，用于向干扰信号生成模块和中继发射处理模块及转发设备下发对应的控制参数。
8.进一步地，所述干扰信号生成模块包括：n套接收天线，每套接收天线均用于分别接收某一区域对应一颗卫星的转发信号；n个卫星信号接收采集模块，每个卫星信号接收采集模块均用于根据系统总控模块下发的采集参数采集并数字化输出相应的窄波束接收天线接收的转发信号；n个卫星时延处理模块，每个卫星时延处理模块均用于根据系统总控模块下发的时延参数对相应的卫星信号接收采集模块输出的转发信号进行时延处理，生成并数字化输出与m个干扰目标对应的m个转发干扰信号，其中，第m个干扰目标对应的第n个卫星的转发干扰信号为smn；m个卫星信号组合输出模块，每个卫星信号组合输出模块均用于将n个卫星时延处理模块生成并数字化输出的所有卫星的m*n个转发干扰信号中针对同一干扰目标的转发干扰信号进行组合后输出k组数字信号，各组数字信号包含的转发干扰信号均不重复；k*m个上变频模块，各个上变频模块用于对m个卫星信号组合输出的相应一组数字信号进行上变频处理。
9.进一步地，所述接收天线采用窄波束接收天线，每个窄波束接收天线的波束宽度小于15
°
，所述窄波束接收天线的伺服结构支持方位角0
°
~360
°
、俯仰0
°
~90
°
旋转，所述伺服结构通过系统总控模块控制窄波束接收天线指向，实现接收导航卫星信号协同分区。
10.进一步地，所述中继发射处理模块包括：k个平台接收信号合路处理模块，用于将干扰信号生成模块组合后输出的各组数字信号中由同一转发设备负责转发的针对各干扰目标的数字信号合路形成k个宽带信号；k个宽带上变频模块，分别用于根据系统总控模块下发的各个空域平台上的转发
设备对应的不同的上变频本振和滤波参数，将对应平台接收信号合路处理模块合路形成的宽带信号进行上变频、滤波处理，生成k个中继宽度信号；k套中继发射天线，分别用于将对应的宽带上变频模块生成的中继宽度信号播发出去。
11.进一步地，所述转发设备安装在k个空域平台上，包括：k个中继接收天线，用于对应接收各路中继发射处理模块发射的中继发射信号；k个变频模块，用于根据系统总控模块下发的变频参数对每路中继发射信号进行变频处理生成m个波束信号，所述m个波束信号对应m个干扰目标在该平台播发的信号；k个相控阵发射天线，用于根据系统总控模块下发的相控阵发射天线波束方向参数将对应变频模块生成的m个波束信号向各干扰目标进行播发，完成干扰发射。
12.进一步地，所述空域平台包括无人机。
13.进一步地，系统总控模块根据试验场景要求，包括空域平台位置、干扰目标位置，生成对应的控制参数，所述控制参数包括空域平台控制参数、地面干扰生成设备控制参数、转发设备控制参数，并下发给各个设备。
14.本技术另一方面还提供了一种智能分布合成的区域协同导航欺骗方法，基于所述的系统，包括步骤：地面干扰生成设备和转发设备接收对天真实卫星信号，完场对天时间同步，根据外部导入的干扰目标轨迹，判断干扰目标状态，若为静态，则进入静态干扰信号发射模式；地面干扰生成设备根据干扰目标位置以及转发设备数量、转发设备覆盖范围，计算并调整各个空域平台的布设位置；所述地面干扰生成设备设置n个天线接收的可见星星座构型dop值小于等于3；所述地面干扰生成设备根据n个天线分别接收的n颗卫星的转发信号生成针对m个干扰目标的m*n个转发干扰信号后，将所有转发干扰信号按照干扰目标的数量m、转发设备的数量k进行组合及预处理输出针对所有干扰目标且分别由对应的转发设备转发进行转发的k个中继发射信号，k小于等于n，n不小于4且不大于使用场地最大可见星数量，m≥1；各个空域平台搭载的转发设备收对应的中继信号，接收对应的中继发射信号进行变频处理后，生成m个波束信号按照相应的空间布设位置向m个干扰目标播发，完成干扰发射。
15.进一步地，计算并调整各个空域平台的布设位置包括步骤：设某一时刻，任意空域平台i(i=1，2，
……
，k)相对某一干扰目标对应的俯仰角为；某一转发信号相对某一干扰目标对应的俯仰角坐标为，则空域平台与干扰目标之间的连线、卫星与干扰目标之间的连线所形成的夹角为：；根据现场已有的空域平台的数量，按照夹角小于90
°
且越小越好的要求，调整空域平台的布局。
16.相比现有技术，本技术具有以下有益效果：
本技术提供了一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统，包括地面干扰生成设备和k个转发设备，其中地面干扰生成设备在地面使用，用于整个系统的集成控制、以及多天线分别接收的n颗卫星的转发信号生成针对m个干扰目标的m*n个转发干扰信号后，将所有转发干扰信号按照干扰目标的数量m、转发设备的数量k进行组合及预处理输出针对所有干扰目标且分别由对应的转发设备转发进行转发的k个不包含重复转发干扰信号中继发射信号，k小于等于n；所述k个转发设备则分别安装在k个空域平台上，用于接收对应的中继发射信号进行变频处理后，生成m个波束信号按照相应的空间布设位置向m个干扰目标播发，完成干扰发射。本发明通过将收发信号的接收和转发干扰信号的生成放在地面，将转发干扰信号的转发设备安装在空域平台上，实现了收发隔离，很好了解决了为避免自激而导致欺骗信号功率不能太高而无法实现远距离干扰的问题，同时，本技术中通过k≤n个转发设备即可以针对所有干扰目标播发相关区域中全部n颗卫星的转发干扰信号，既实现了多目标多平台空地协同控制的导航欺骗，同时还大幅减少转发设备和空域平台的数量，从而降低了制造成本、协同集成控制的复杂度和维护难度；而且，本技术的转发设备仅用于对信号变频和播发，因此对硬件的功能和性能要求低，设备体积小功耗低。
17.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本技术作进一步详细的说明。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术优选实施例的一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统组成框图。
19.图2为本技术优选实施例的地面干扰生成设备的组成框图。
20.图3为本技术优选实施例的干扰信号生成模块的组成框图。
21.图4为本技术优选实施例的中继发射处理模块的组成框图。
22.图5为本技术优选实施例的转发设备的组成框图。
23.图6为本技术优选实施例的干扰信号播发策略的示意图。
24.图7为本技术优选实施例中包含5个干扰目标和3个空域平台及转发设备时的干扰信号生成模块组成框图。
25.图8为本技术优选实施例中包含5个干扰目标和3个空域平台及转发设备时的中继发射处理模块的组成框图。
26.图9为本技术优选实施例中包含5个干扰目标和3个空域平台及转发设备时的转发设备组成框图。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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技术。
28.参照图1，本技术的优选实施例提供了一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统，包括：
地面干扰生成设备，在地面使用，用于整个系统的集成控制、以及多天线分别接收的n颗卫星的转发信号生成针对m个干扰目标的m*n个转发干扰信号后，将所有转发干扰信号按照干扰目标的数量m、转发设备的数量k进行组合及预处理输出针对所有干扰目标且分别由对应的转发设备转发进行转发的k个中继发射信号，所有中继发射信号不包含重复转发干扰信号，k小于等于n，n不小于4且不大于使用场地最大可见星数量，m≥1；k个转发设备，分别安装在k个空域平台上，各转发设备用于接收对应的中继发射信号进行变频处理后，生成m个波束信号按照相应的空间布设位置向m个干扰目标播发，完成干扰发射。
29.本实施例提供了一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统，包括地面干扰生成设备和k个转发设备，其中地面干扰生成设备在地面使用，用于整个系统的集成控制、以及多天线分别接收的n颗卫星的转发信号生成针对m个干扰目标的m*n个转发干扰信号后，将所有转发干扰信号按照干扰目标的数量m、转发设备的数量k进行组合及预处理输出针对所有干扰目标且分别由对应的转发设备转发进行转发的k个不包含重复转发干扰信号中继发射信号，k小于等于n；所述k个转发设备则分别安装在k个空域平台上，用于接收对应的中继发射信号进行变频处理后，生成m个波束信号按照相应的空间布设位置向m个干扰目标播发，完成干扰发射。本实施例通过将收发信号的接收和转发干扰信号的生成放在地面，将转发干扰信号的转发设备安装在空域平台上，实现了收发隔离，很好了解决了为避免自激而导致欺骗信号功率不能太高而无法实现远距离干扰的问题，同时，本实施例中通过k≤n个转发设备即可以针对所有干扰目标播发相关区域中全部n颗卫星的转发干扰信号，既实现了多目标多平台空地协同控制的导航欺骗，同时还大幅减少转发设备和空域平台的数量，从而降低了制造成本、协同集成控制的复杂度和维护难度；而且，本实施例的转发设备仅用于对信号变频和播发，因此对硬件的功能和性能要求低，设备体积小功耗低。
30.优选地，如图2所示，所述地面干扰生成设备包括：干扰信号生成模块，用于通过n个天线分别接收n颗卫星的转发信号，为每颗卫星的转发信号分别生成与m个干扰目标对应的转发干扰信号；接着将所有卫星中针对同一干扰目标的转发干扰信号进行组合后输出k组数字信号，各组数字信号包含的转发干扰信号均不重复；中继发射处理模块，用于将干扰信号生成模块组合后输出的各组数字信号中由同一转发设备负责转发的数字信号进行组合及处理后输出k个中继发射信号；系统总控模块，用于过有线将采集参数、时延参数、卫星组合参数以及变频滤波参数下发给干扰信号生成模块和中继发射处理模块，以及通过无线将变频、干扰方向等控制参数下发给对应的转发设备。
31.优选地，如图3所示，所述干扰信号生成模块包括：n套接收天线，每套接收天线均用于分别接收某一区域对应一颗卫星的转发信号；n个卫星信号接收采集模块，每个卫星信号接收采集模块均用于根据系统总控模块下发的采集参数采集并数字化输出相应的窄波束接收天线接收的转发信号，一共采集n颗卫星的转发信号；n个卫星时延处理模块，每个卫星时延处理模块均用于根据系统总控模块下发的时延参数对相应的卫星信号接收采集模块输出的转发信号进行时延处理，生成并数字化输
出与m个干扰目标对应的m个转发干扰信号，其中，第m个干扰目标对应的第n个卫星的转发干扰信号为smn；m个卫星信号组合输出模块，每个卫星信号组合输出模块均用于将n个卫星时延处理模块生成并数字化输出的所有卫星的m*n个转发干扰信号中针对同一干扰目标的转发干扰信号进行组合后输出k组数字信号，各组数字信号包含的转发干扰信号均不重复；k*m个上变频模块，各个上变频模块用于对m个卫星信号组合输出的相应一组数字信号进行上变频处理，其中干扰目标1对应输出k组信号为σsi1_1、
……
σsi1_k，对应信号频段为s1；干扰目标m输出k组σsim_1、
……
σsim_k，对应信号频段为sm。
32.优选地，所述接收天线采用窄波束接收天线，每个窄波束接收天线的波束宽度小于15
°
，所述窄波束接收天线的伺服结构支持方位角0
°
~360
°
、俯仰0
°
~90
°
旋转，所述伺服结构通过系统总控模块控制窄波束接收天线指向，实现接收导航卫星信号协同分区。
33.优选地，如图4所示，所述中继发射处理模块包括k个平台接收信号合路处理模块、k个宽带上变频模块、k套中继发射天线，其中：k个平台接收信号合路处理模块用于将干扰信号生成模块组合后输出的各组数字信号中由同一转发设备负责转发的针对干扰目标1~干扰目标m的数字信号合路形成k个宽带信号,其中，每个宽频信号均包含k个子频率，分别为s1、s2
……
sm；对应平台1卫星信号合路信号为σsi1_1 σsi2_1
……
σsim_1，对应平台k卫星信号合路信号为σsi1_k σsi2_k
……
σsim_k；k个宽带上变频模块分别用于根据系统总控模块下发的各个空域平台上的转发设备对应的不同的上变频本振和滤波参数，将对应平台接收信号合路处理模块合路形成的宽带信号进行上变频、滤波处理，生成k个中继宽度信号，其中不同平台对应不同的上变频本振，平台1对应的本振信号为ff1，平台k对应为ffk，因此对于从平台1播发的目标1~目标m卫星信号频率为s1 ff1，s2 ff1
……ꢀ
sm ff1，
……
，从平台k播发的目标1~目标m卫星信号频率为s1 ffk，s2 ffk
……ꢀ
sm ffk，
……
，具体的信号频率分配如表1所示：表1：
k套中继发射天线分别用于将对应的宽带上变频模块生成的中继宽度信号播发出去，共播发k路中继宽度信号。
34.优选地，如图5所示，所述转发设备安装在k个空域平台上，包括k个中继接收天线、k个变频模块、k个相控阵发射天线，其中：k个中继接收天线用于对应接收各路中继发射处理模块发射的中继发射信号；k个变频模块用于根据系统总控模块下发的变频参数对每路中继发射信号进行变频处理生成m个波束信号，所述m个波束信号对应m个干扰目标在该平台播发的信号；k个相控阵发射天线的每个相控阵天线支持m个发射波束，用于根据系统总控模块下发的相控阵发射天线波束方向参数将对应变频模块生成的m个波束信号向各干扰目标进行播发，完成干扰发射。
35.优选地，所述空域平台包括无人机，或者是其他类似的可控型空中移动平台。
36.优选地，系统总控模块根据试验场景要求，包括空域平台位置、干扰目标位置，生成对应的控制参数，所述控制参数包括空域平台控制参数、地面干扰生成设备控制参数、转发设备控制参数，并下发给各个设备，如采集参数、时延参数、卫星组合参数、上变频参数、滤波参数、变频参数、干扰方向参数等。
37.此外，上述实施例中，有关各个干扰目标的时延计算及处理均在地面干扰生成设备中处理完成，安装在空域平台上的转发设备只需要变频和转发，相对于需要进行时延计算和处理的转发干扰设备，收发射频链路硬件一致，减配了高性能的信息处理模块，例如上述实施例的转发设备的处理芯片选用stm32单片机芯片即可，其最大功耗约为0.5w，相对于常规gpu模块jetson tx2的功耗为7.5w，假设射频播发功率10w功率的信号，射频链路功耗约为40w，因此整机功耗可以减少7w/(7.5w 40w)≈15%，对应的设备散热结构可以缩小。
38.综上可知，地面干扰生成设备接收信号频率为导航频段，发射信号为中继频段；转发设备接收信号频率为中继频段，发射频段为导航频段，因此收发隔离距离为二者之间距离，地面干扰生成设备和转发设备之间采用无线通信，可以在视距范围内根据收发隔离要
求调整二者之间的距离，保证远距离干扰的发射功率要求的收发隔离距离要求。
39.上述实施例的单套转发设备支持m路转发干扰信号播发，根据导航定位原理，单个目标的干扰实现至少需要个4颗卫星的干扰信号播发，采用本方法实现m个目标干扰时，只需要4套转发设备即可实现，远少于现有技术中单收单发的m*4套设备，成本减少了约m倍。
40.本技术另一方面还提供了一种智能分布合成的区域协同导航欺骗方法，基于所述的系统，包括步骤：s1、初始化阶段，地面干扰生成设备和转发设备接收对天真实卫星信号，完场对天时间同步，根据外部导入的干扰目标轨迹，判断干扰目标状态，若为静态，则进入静态干扰信号发射模式；s2、地面干扰生成设备根据干扰目标位置以及转发设备数量、转发设备覆盖范围，计算并调整各个空域平台的布设位置，保证播发的信号贴近真实空域关系；s3、所述地面干扰生成设备设置n个天线接收的可见星星座构型dop值小于等于3，由于接收卫星信号的星座构型dop值越小，导航接收机定位的精度越好，因此目前接收机接收卫星信号会计算接收卫星信号的星座构型dop值，筛选接收卫星信号，根据工程经验，本实施例采取转发的可见星星座构型dop值小于等于3的卫星信号，即可减轻选星实施难度也可保障干扰效果；s4、所述地面干扰生成设备根据n个天线分别接收的n颗卫星的转发信号生成针对m个干扰目标的m*n个转发干扰信号后，将所有转发干扰信号按照干扰目标的数量m、转发设备的数量k进行组合及预处理输出针对所有干扰目标且分别由对应的转发设备转发进行转发的k个中继发射信号，k小于等于n，n不小于4且不大于使用场地最大可见星数量，m≥1；s5、各个空域平台搭载的转发设备收对应的中继信号，接收对应的中继发射信号进行变频处理后，生成m个波束信号按照相应的空间布设位置向m个干扰目标播发，完成干扰发射。
41.优选地，步骤s2中，计算并调整各个空域平台的布设位置包括步骤：s21、如图6所示，设某一时刻，任意空域平台i(i=1，2，
……
，k)相对某一干扰目标对应的俯仰角为；某一转发信号相对某一干扰目标对应的俯仰角坐标为，则空域平台与干扰目标之间的连线、卫星与干扰目标之间的连线所形成的夹角为：；s22、根据现场已有的空域平台的数量，按照夹角小于90
°
且越小越好的要求，调整空域平台的布局，夹角越小，则平台与干扰目标之间的位置和转发的导航卫星与干扰目标之间的位置越相近，欺骗效果越好。
42.如图7~图9所示，本技术的另一优选实施例提供了一种智能分布合成的区域协同导航欺骗系统，其中，本实施例包含5个干扰目标(目标欺骗接收机)和3个无人机作为空域平台以及分别安装在3个无人机上的3个转发设备。系统总控模块根据试验场景要求，包括无人机的位置、干扰目标位置生成对应的控制参数，包括无人机位置、地面干扰生成设备以及转发设备相关参数，并下发给各个设备；8个窄波束接收天线接收对应区域的8个卫星信
号，下发给卫星信号接收采集模块，卫星信号接收采集模块对输入的8颗卫星的转发信号进行采集处理，输出的数字基带信号按照系统总控模块下发的控制参数交由卫星时延处理模块进行时延处理，生成5个干扰目标的对应的不同卫星信号的转发干扰信号；接着根据预设场景分别对5个干扰目标所转发的8颗卫星信号分别进行组合上变频各输出3路射频信号，其中干扰目标1的信号频率对应为频段1，包含3路信号，涵盖8颗卫星；干扰目标2的信号频率对应为频段2，包含3路信号,涵盖8颗卫星；干扰目标3的信号频率对应为频段3，包含3路信号,涵盖8颗卫星；干扰目标4的信号频率对应为频段4，包含3路信号，涵盖8颗卫星；干扰目标5的信号频率对应为频段5，包含3路信号，涵盖8颗卫星；将每个干扰目标对应同一无人机发射的信号合路，输出3路宽频射频信号，分别对每一路宽频信号进行不同的上变频，输出3路二次变频的中继发射信号，对应为中继发射信号1、中继发射信号2和中继发射信号3；3套转发设备的中继接收天线分别接收对应频段的中继信号，经变频处理，生成5路干扰发射信号，经相控阵天线根据干扰方向参数输出5波束干扰发射信号；最后地面5个干扰目标接收对应的干扰信号，完成干扰试验。
43.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。