對(duì)單天線轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾坐標(biāo)系映射特性分析

對(duì)單天線轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾坐標(biāo)系映射特性分析

姚李昊,耿正霖，蘇映雪,聶俊偉

(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)工程研究中心,長(zhǎng)沙 410073)

摘要：欺騙干擾由于其功率小、隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為干擾衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的重要手段。但目前對(duì)單天線轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾區(qū)域映射特性研究較少。本文對(duì)單天線直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾的區(qū)域映射特性進(jìn)行研究,分別從公式推導(dǎo)、仿真數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面對(duì)其進(jìn)行綜合研究。先對(duì)單天線的轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾模型進(jìn)行數(shù)學(xué)公式推導(dǎo),從理論上證明其區(qū)域向單點(diǎn)映射的物理特性,通過對(duì)欺騙區(qū)域內(nèi)多個(gè)接收機(jī)定位方程的解算,得到轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾區(qū)域映射的特性,即欺騙干擾覆蓋區(qū)域內(nèi)不同接收點(diǎn)的位置解算結(jié)果僅與欺騙信號(hào)有關(guān),每個(gè)點(diǎn)定位的區(qū)別僅僅是鐘差偏移量的不同。通過Matlab數(shù)值計(jì)算對(duì)公式推導(dǎo)的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。再進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果充分驗(yàn)證了本文的結(jié)論,為后續(xù)欺騙干擾的檢測(cè)算法設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);單天線;轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾;坐標(biāo)系映射特性

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.05.004

中圖分類號(hào)：TN967.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-9268(2015)05-0019-06

收稿日期：2015-07-15

作者簡(jiǎn)介

Abstract:Due to its low power,concealment and other advantages,jamming has become an important means to interfere with the satellite navigation signals.But the researches for single antenna repeater jamming zone mapping feature are little.In this paper,single-antenna repeater jamming zone mapping feature are studied deeply in the equation derived,numerical simulation and experimental validation fields.This article firstly use mathematical derivation in the model of single-antenna repeater jamming,proved single point mapping to the area physically.Next verified by matlab numerical calculation of derivation of conclusions,and experimental verification further.Experiment fully verified condusions.This provides a theoretical basis for the subsequent jamming detection algorithm design.

0引言

衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的脆弱性使其深受各種干擾的影響,而且在“導(dǎo)航戰(zhàn)”背景下,惡意干擾日益增加,欺騙干擾由于其功率小,隱蔽性強(qiáng),因而越來越受到各國(guó)專家及軍事部門的重視,逐漸成為干擾的重要手段,如何識(shí)別欺騙干擾,確保導(dǎo)航結(jié)果的正確性具有重大意義,成為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域研究的重要課題[1]。

對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的欺騙干擾可分為生成式欺騙干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾[2],生成式欺騙干擾須重構(gòu)導(dǎo)航信號(hào),只能對(duì)公開的C/A碼實(shí)現(xiàn),而對(duì)于軍碼信號(hào)則采用轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾[3]?，F(xiàn)階段的欺騙干擾的檢測(cè)方式主要是基于信號(hào)和信息處理,大多數(shù)算法都依賴于通過單節(jié)點(diǎn)設(shè)備識(shí)別接收信號(hào)的一些特性,比如信號(hào)功率、信號(hào)到達(dá)角、信號(hào)到達(dá)時(shí)間、信號(hào)多普勒頻率和信號(hào)極化方式等,從而發(fā)現(xiàn)和剔除欺騙式干擾[4-5]。但是隨著欺騙和反欺騙的發(fā)展,欺騙信號(hào)在一定條件下是完全可以做到這些特性與真實(shí)信號(hào)相同或相似的,這就會(huì)導(dǎo)致欺騙干擾的誤判。針對(duì)這一新的變化,利用多節(jié)點(diǎn)的更多信息,可以進(jìn)一步提高欺騙干擾的檢測(cè)性能。而研究單天線的欺騙干擾坐標(biāo)系映射特性對(duì)研究利用多節(jié)點(diǎn)檢測(cè)欺騙干擾的方法具有十分重要的作用,因此本文將對(duì)單天線的欺騙干擾坐標(biāo)系映射特性進(jìn)行研究,這為后續(xù)進(jìn)一步研究多節(jié)點(diǎn)檢測(cè)欺騙干擾提供了理論依據(jù)。

本文對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾中的直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾的坐標(biāo)系映射特性進(jìn)行研究,將分別從公式推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證幾個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)證,得到的直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾的坐標(biāo)系映射特性為下一步研究多節(jié)點(diǎn)檢測(cè)欺騙干擾提供了理論依據(jù)。

1直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙模型的公式推導(dǎo)

1.1　轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙的定義

轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾就是通過自身天線接收真實(shí)的衛(wèi)星信號(hào),進(jìn)行適當(dāng)?shù)难舆t后發(fā)射到接收機(jī)。根據(jù)延遲中有無人為延遲又可分為直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾和延遲轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾[6],即對(duì)真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收和自然時(shí)延,放大后再通過發(fā)射天線輻射出去,中間沒有人為的選擇性延遲,是欺騙干擾中較為簡(jiǎn)單的一種。比如現(xiàn)在廣泛用于測(cè)試和室內(nèi)應(yīng)用的GPS Re-radiator,其實(shí)質(zhì)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的欺騙干擾源,其應(yīng)用模式如圖1所示[6]。這類GPS Re-radiator產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟,對(duì)其稍作修改即可作為大范圍的轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾源。而延遲轉(zhuǎn)發(fā)式干擾則是通過對(duì)多顆衛(wèi)星信號(hào)的分離處理,并按照一定算法對(duì)不同的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行選擇性人為延遲,達(dá)到構(gòu)造偽導(dǎo)航星座和誘騙導(dǎo)航的目的。

聯(lián)系人： 姚李昊 E-mail: yaolh1990@sina.com

圖1　GPS Re-radiator應(yīng)用模式示意圖

1.2　直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙模型的建立

對(duì)直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾定位結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)。如圖2所示,直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾的原理為:接收天線A1接收到四顆以上的衛(wèi)星信號(hào),再將接收到的信號(hào)傳輸至發(fā)射天線A2,此過程耗時(shí)為t1,發(fā)射天線將傳輸?shù)降男盘?hào)發(fā)送至附近的接收機(jī)(R1、R2、R3),這個(gè)過程耗時(shí)為t2,接收機(jī)采用信號(hào)中的四顆衛(wèi)星位置坐標(biāo)(s1、s2、s3、s4)以及相應(yīng)的衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)延參與定位解算方程,解出所在點(diǎn)的位置坐標(biāo)。

假設(shè)接收機(jī)1和接收機(jī)2處于轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾欺騙范圍內(nèi),并設(shè)接收機(jī)1處的位置坐標(biāo)為(xu1,yu1,zu1),鐘差為tu1,接收機(jī)2處的位置坐標(biāo)為(xu2,yu2,zu2),鐘差為tu2.為了確定接收機(jī)的定位結(jié)果,對(duì)4顆衛(wèi)星進(jìn)行偽距測(cè)量,產(chǎn)生方程組

ρj=‖sj-u‖+ctu，

(1)

式中: j的范圍是1~4,指不同的衛(wèi)星; ρj分別為每顆衛(wèi)星到接收機(jī)的偽距值; sj分別為每顆衛(wèi)星的位置坐標(biāo); u為接收機(jī)的位置坐標(biāo); c為光速; tu為接收機(jī)的鐘差。

先計(jì)算接收天線處的定位結(jié)果,假設(shè)接收天線處的坐標(biāo)為(xs,ys,zs),鐘差為ts,定位方程可寫為聯(lián)立方程:

(2)

(3)

(4)

(5)

式中: xj,yj和zj指第j顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)?；蚪y(tǒng)一寫為

(6)

而接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)是接收天線接收再延時(shí)發(fā)射的,信號(hào)傳輸時(shí)延多了從接收天線到發(fā)射天線的時(shí)延t1和發(fā)射天線傳輸?shù)浇邮諜C(jī)的時(shí)延t2,所以對(duì)于接收機(jī)1(xu1,yu1,zu1)而言,其定位方程可寫為:

ρj+c(t1+t2)= [(xj-xu1)2+(yj-yu1)2+

(zj-zu1)2]1*2+ctu,

(7)

而這又等于

c(tu-t1-t2).

(8)

令tu-t1-t2=ta,所以上式又可以寫成

cta.

(9)

設(shè)由方程組(6)解出最后結(jié)果為(xs,ys,zs,ts),不難看出方程組(9)解出的結(jié)果xu1=xs,yu1=ys,zu1=zs,ta=ts,所以tu=ts+t1+t2,由方程的解可以看出接收機(jī)1解出的定位結(jié)果即為接收天線處解出的定位結(jié)果,同理,對(duì)于接收機(jī)2(xu2,yu2,zu2,tu2)也可以建立定位方程,可以發(fā)現(xiàn)接收機(jī)2的定位結(jié)果也為接收天線處的定位結(jié)果。

1.3　直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙坐標(biāo)系映射特性

可以得到關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙坐標(biāo)系映射特性的結(jié)論,在欺騙覆蓋區(qū)域內(nèi),當(dāng)接收機(jī)接收到的信號(hào)都為欺騙信號(hào)時(shí),任何點(diǎn)的定位結(jié)果均一致,均為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙接收天線處的定位坐標(biāo),區(qū)別僅僅是鐘差的不同。

2數(shù)值計(jì)算

對(duì)上一節(jié)建立的欺騙干擾模型進(jìn)行Matlab數(shù)值計(jì)算,仍以圖2為例,取所在實(shí)驗(yàn)樓周邊五個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)作為A1、A2、R1、R2、R3的坐標(biāo)值,以(A2、R1、R2、R3)四個(gè)接收點(diǎn)可以接收到信號(hào)的衛(wèi)星中的四顆作為衛(wèi)星位置(s1、s2、s3、s4),令x0作為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙的接收天線位置,x1作為欺騙干擾的發(fā)射天線位置,x2、x3、x4作為三個(gè)接收點(diǎn)(之間相隔30~100m)的位置;轉(zhuǎn)發(fā)欺騙的接收天線A1接收到天上衛(wèi)星信號(hào)后傳輸至轉(zhuǎn)發(fā)欺騙的發(fā)射天線A2,耗時(shí)t1,發(fā)射天線接收到信號(hào)后直接轉(zhuǎn)發(fā)至接收點(diǎn),位于接收點(diǎn)的接收機(jī)接收終端接收到衛(wèi)星信號(hào)后進(jìn)行位置運(yùn)算,用最小二乘法分別解出各自的定位結(jié)果,因?yàn)檎鎸?shí)情況下衛(wèi)星到轉(zhuǎn)發(fā)源之間的偽距包含有由大氣延時(shí)估計(jì)值、衛(wèi)星時(shí)鐘校正、多徑、接收機(jī)噪聲等引起的噪聲,所以計(jì)算中在偽距上加了隨機(jī)高斯白噪聲。在以下的計(jì)算中將使用圓概率誤差(CEP)和定位結(jié)果的均值、方差共同描述定位結(jié)果的分布特性[7-8]。

在統(tǒng)計(jì)圖中以x1的位置坐標(biāo)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0,0),三個(gè)紅五角星分別代表x2、x3、x4相對(duì)于x1的三維坐標(biāo),x2為(-11.130 6,-29.781 4,41.828 7),x3為(41.378 5,38.673 4,31.586 2),x4為(25.254 3,24.265 8,35.268 9),紅色圓圈代表放置于x2接收點(diǎn)的接收機(jī)每一次定位運(yùn)算結(jié)果,藍(lán)色方框代表位于x3接收點(diǎn)的接收機(jī)每一次定位運(yùn)算結(jié)果,綠色菱形代表位于x4接收點(diǎn)的接收機(jī)每一次定位運(yùn)算結(jié)果。對(duì)三個(gè)接收點(diǎn)分別進(jìn)行10 000次定位運(yùn)算,并將定位解算的結(jié)果統(tǒng)計(jì)畫圖,結(jié)果如圖3(a)所示。

圖3　直接轉(zhuǎn)發(fā)式三個(gè)接收點(diǎn)的定位結(jié)果 (a)定位結(jié)果相對(duì)于接收點(diǎn)位置; (b) 三個(gè)接收點(diǎn)的定位結(jié)果

由圖3(a)可以看出x2、x3、x4三個(gè)接收點(diǎn)的定位運(yùn)算解算聚集在原點(diǎn)附近,離各自接收點(diǎn)的位置較遠(yuǎn)。對(duì)三個(gè)接收點(diǎn)各自的10 000次運(yùn)算結(jié)果處理,x2接收點(diǎn)的定位結(jié)果均值為(-0.002 4,0.002 3,0.001 1),以均值為圓心,以r=0.792 8 m為半徑做球,可以將95%的定位結(jié)果包含在球內(nèi);同樣的對(duì)于x3接收點(diǎn)可以得到其平均值坐標(biāo)為(-0.002 5,0.002 6,0.002 0),半徑r為0.804 5 m;對(duì)于x4接收點(diǎn)可以得到其平均值坐標(biāo)為(0.001 8,0.000 2,-0.000 8),半徑r為0.778 9 m.將三個(gè)接收點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的位置去掉,可以清晰的得到三個(gè)接收點(diǎn)各自的定位結(jié)果如圖3(b)所示,在圖3(b)中可以更加細(xì)致的看出三個(gè)接收點(diǎn)各自的定位結(jié)果在原點(diǎn)周圍密集分布。

從數(shù)值計(jì)算的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾其定位結(jié)果和轉(zhuǎn)發(fā)源的位置高度重合,僅由于偽距存在誤差的原因,定位結(jié)果會(huì)在欺騙轉(zhuǎn)發(fā)源接收天線位置附近呈一定的誤差分布。從數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果可以進(jìn)一步驗(yàn)證1.3節(jié)的結(jié)論,即對(duì)于直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾,在欺騙干擾覆蓋區(qū)域內(nèi),當(dāng)接收機(jī)接收到的信號(hào)皆為欺騙信號(hào)時(shí),任何點(diǎn)的定位結(jié)果均一致,均為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙接收天線處的定位坐標(biāo)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)欺騙干擾模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)器材:GPS圓盤接收天線、轉(zhuǎn)發(fā)器、功放、衰減器、螺旋聚束天線、接收機(jī)接收天線、ublox接收機(jī)

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景搭建如圖4所示,將GPS圓盤接收天線放置于所在實(shí)驗(yàn)樓五樓樓頂北側(cè)(XYZ坐標(biāo)系為(-2.19675948e+06,5.17739597e+06,2.99826571e+06)),接上轉(zhuǎn)發(fā)器、功放,最后接至放置于樓頂南側(cè)的螺旋聚束天線,為了防止GPS圓盤接收天線的接收信號(hào)與螺旋聚束天線的發(fā)射信號(hào)之間相互影響,圓盤天線與螺旋聚束天線相隔大概30 m左右。將接收機(jī)接收天線分別放置于南側(cè)天臺(tái)的兩個(gè)參考點(diǎn)處(分別記為A點(diǎn),XYZ坐標(biāo)系為(-2.19674800e+06,5.17742699e+06,2.99822124e+06);B點(diǎn),XYZ坐標(biāo)系為(-2.19675367e+06,5.17742427e+06,2.99822143e+06))接收GPS信號(hào),進(jìn)行定位結(jié)果統(tǒng)計(jì),將兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

圖4　欺騙試驗(yàn)場(chǎng)景

通過改變接入的衰減器的個(gè)數(shù)來調(diào)節(jié)欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面的噪聲功率,以轉(zhuǎn)發(fā)器圓盤接收天線的位置坐標(biāo)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0),紅色正方形方框代表接收機(jī)放置于A點(diǎn)時(shí)的每一次定位結(jié)果相對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)器圓盤接收天線的位置,綠色菱形方框代表接收機(jī)放置于B點(diǎn)時(shí)的每一次定位結(jié)果相對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)器圓盤接收天線的位置,調(diào)節(jié)欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面的噪聲功率,并將定位的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖5所示(環(huán)境的熱噪聲功率為-112 dBm):

當(dāng)欺騙信號(hào)達(dá)到接收機(jī)接收天線口面的干噪比為23 dB時(shí)，由圖5可以看出放置于A點(diǎn)接收機(jī)的定位結(jié)果和放置于B點(diǎn)接收機(jī)的定位結(jié)果均聚集在圓盤接收天線附近,離實(shí)際放置接收機(jī)接收天線的A點(diǎn)、B點(diǎn)處位置坐標(biāo)較遠(yuǎn)。

圖5　欺騙信號(hào)干噪比為23 dB時(shí)的定位統(tǒng)計(jì)

當(dāng)欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面的干噪比為11 dB時(shí)，由圖6可以看出當(dāng)欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面的干噪比為11 dB時(shí),放置于A點(diǎn)接收機(jī)的定位結(jié)果和放置于B點(diǎn)接收機(jī)的定位結(jié)果仍聚集在圓盤接收天線附近,離實(shí)際放置的A點(diǎn)、B點(diǎn)處位置坐標(biāo)較遠(yuǎn)。

圖6　欺騙信號(hào)干噪比為11 dB時(shí)的定位統(tǒng)計(jì)

當(dāng)欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面的干噪比為-1 dB時(shí)，由圖7可以看出當(dāng)欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面的干噪比為-1 dB,與環(huán)境的熱噪聲功率(-112 dBm)相差不多時(shí),接收機(jī)的定位結(jié)果聚集在實(shí)際放置接收機(jī)接收天線的A點(diǎn)處位置坐標(biāo)附近,離放置圓盤接收天線的位置坐標(biāo)較遠(yuǎn)。

圖7　欺騙信號(hào)干噪比為-1 dB時(shí)的定位統(tǒng)計(jì)圖

圖8　不開欺騙干擾時(shí)的定位統(tǒng)計(jì)圖

當(dāng)不開欺騙干擾,接收機(jī)接收天線分別放置于A點(diǎn)、B點(diǎn)接收衛(wèi)星信號(hào)時(shí),對(duì)定位結(jié)果處理發(fā)現(xiàn),A點(diǎn)相對(duì)于GPS圓盤接收天線的位置坐標(biāo)為(-25.281 769 111,-57.349 438 508),B點(diǎn)相對(duì)于GPS圓盤接收天線的位置坐標(biāo)為(-18.150 865 295,-56.997 532 824),將欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面干噪比為23 dB的定位結(jié)果坐標(biāo)取平均,得二維坐標(biāo)的平均值,A點(diǎn)時(shí)為(-2.288)0475 22,-0.768 702 037),B點(diǎn)時(shí)為(5.442 221 896 7,2.991 058 2294),以A點(diǎn)時(shí)的均值坐標(biāo)為圓心,以r=2.149 8 m為半徑做圓,可以將95%的A點(diǎn)定位結(jié)果包含在圓內(nèi),以B點(diǎn)時(shí)的均值坐標(biāo)為圓心,以r=3.842 8 m為半徑做圓,可以將95%的B點(diǎn)定位結(jié)果包含在圓內(nèi),A點(diǎn)時(shí)的定位結(jié)果均值坐標(biāo)偏離圓盤天線2.413 7 m,B點(diǎn)均值坐標(biāo)偏離6.210 0 m;同樣的對(duì)于將欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面干噪比為11 dB的定位結(jié)果坐標(biāo)取平均可以得到其二維坐標(biāo)的均值,A點(diǎn)為(-4.465 4360 71,-0.151 266 016),B點(diǎn)為(2.455 074 328 9,2.918 959 370 8),A點(diǎn)半徑r為3.896 5 m,B點(diǎn)半徑r為2.468 4 m,A點(diǎn)定位結(jié)果均值坐標(biāo)偏離圓盤天線4.468 0 m,B點(diǎn)定位結(jié)果均值坐標(biāo)偏離圓盤天線3.814 1 m;對(duì)于將欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面干噪比為-1 dB的定位結(jié)果坐標(biāo)取平均可以得到A點(diǎn)的均值坐標(biāo)為(-32.405 742 41,-56.223 472 67),B點(diǎn)的均值坐標(biāo)為(-6.678 124 930,-67.575 391 38),A點(diǎn)半徑r為5.264 5 m,B點(diǎn)半徑r為30.498 5 m,A點(diǎn)定位結(jié)果均值的坐標(biāo)偏離A點(diǎn)位置7.212 4 m,偏離圓盤天線64.893 8 m,B點(diǎn)定位結(jié)果均值的坐標(biāo)偏離B點(diǎn)位置15.605 0 m,偏離圓盤天線67.904 6 m;對(duì)于不開欺騙信號(hào)時(shí)的定位結(jié)果坐標(biāo)取平均可以得到A點(diǎn)時(shí)的均值坐標(biāo)為(-25.135 121 72,-52.846 207 82),B點(diǎn)時(shí)的均值坐標(biāo)為(-19.187 508 14,-52.823 632 55),A點(diǎn)半徑r為2.689 4 m,B點(diǎn)半徑r為5.134 8 m,A點(diǎn)定位結(jié)果均值的坐標(biāo)偏離A點(diǎn)位置4.505 6 m,偏離圓盤天線58.519 2 m,B點(diǎn)定位結(jié)果均值的坐標(biāo)偏離B點(diǎn)位置4.300 7 m,偏離圓盤天線56.200 5 m.

從兩組試驗(yàn)結(jié)果可以看出當(dāng)欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面的噪聲功率大于環(huán)境的熱噪聲功率時(shí),欺騙效果均比較理想,且欺騙信號(hào)功率相較于環(huán)境的熱噪聲越大欺騙試驗(yàn)的效果越好,實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較好的驗(yàn)證了1.3節(jié)的結(jié)論,即定位結(jié)果聚集在圓盤接收天線附近,離實(shí)際放置接收機(jī)接收天線的位置坐標(biāo)較遠(yuǎn);而當(dāng)欺騙信號(hào)到達(dá)接收機(jī)接收天線口面的噪聲功率與環(huán)境的熱噪聲功率相差不多時(shí),即欺騙功率與環(huán)境的熱噪聲功率相當(dāng)時(shí),接收機(jī)的定位位置離圓盤接收天線的位置坐標(biāo)較遠(yuǎn),離實(shí)際放置接收機(jī)接收天線的位置坐標(biāo)較近,與不開欺騙干擾的情況對(duì)比發(fā)現(xiàn),其定位結(jié)果分布散度明顯大于不開欺騙干擾的情況,從定位結(jié)果看,參與接收機(jī)定位解算方程的既有真實(shí)信號(hào)又有欺騙信號(hào),即欺騙信號(hào)和真實(shí)信號(hào)均對(duì)最后的定位結(jié)果產(chǎn)生了影響。

4結(jié)束語

本文從公式推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面驗(yàn)證了直接轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙坐標(biāo)系映射特性,證明了:在欺騙覆蓋區(qū)域內(nèi),當(dāng)接收機(jī)接收到的信號(hào)都為欺騙信號(hào)時(shí),任何點(diǎn)的定位結(jié)果均一致,均為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙接收天線處的定位坐標(biāo),區(qū)別僅僅是鐘差的不同。從本質(zhì)上來講,正常的導(dǎo)航信號(hào)實(shí)現(xiàn)真實(shí)坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)的映射,相隔一定距離的接收機(jī)定位解算結(jié)果各不相同,而從本文的結(jié)論可以看出欺騙干擾則是區(qū)域?qū)吸c(diǎn)的映射,干擾區(qū)域內(nèi)所有接收機(jī)利用欺騙信號(hào)得到的定位解算結(jié)果是一樣的。所以只要在監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn),當(dāng)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)接收到的信號(hào)信息一致時(shí),這幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所收到的信號(hào)必定是來自欺騙干擾。利用這一方法,可大幅提升檢測(cè)性能。

這在未來實(shí)戰(zhàn)中具有很重要的意義,設(shè)想未來空戰(zhàn)中,針對(duì)單機(jī),總可以設(shè)計(jì)出極為逼真的欺騙信號(hào),對(duì)其進(jìn)行欺騙干擾,使其所有的欺騙干擾檢測(cè)手段均失靈,在戰(zhàn)爭(zhēng)中處于極度不利的地位;如若是機(jī)群協(xié)同,利用本文提出的多節(jié)點(diǎn)欺騙干擾檢測(cè),可以有效地檢測(cè)出敵方的欺騙干擾,在戰(zhàn)爭(zhēng)中擁有很大的主動(dòng)權(quán),這也在一定程度上體現(xiàn)出未來對(duì)抗的體系化特點(diǎn)。

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The Characteristics of Single Antenna Repeater Jamming

Coordinates Mappings

YAO Lihao,GENG Zhenglin,SU Yingxue, NIE Junwei

(SatelliteNavigationandPositioningR&DCenter,SchoolofElectronicScienceandEngineering,

NationalUniversityofDefenseandTechnology,Changsha410073,China)

Key words: Satellite navigation system; single antenna; repeater deception jamming; coordinate mapping feature