一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS‑B接收机及其接收方法技术

本发明专利技术公开了一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS‑B接收机及其接收方法，具体包括通过多个定向天线构成天线阵列，每个定向天线均与一个专有的接收通道连接，实现信号放大、滤波和混频操作，并由专有的解调解码模块对信号进行解调，得到飞行器的状态信息，然后通过提取飞行器的位置信息，由方向计算模块通过飞行器的位置信息和接收机的位置信息估计出来波方向，再通过比较模块实现估计来波方向与接收该信号的定向天线的来波方向范围进行匹配，并且将匹配结果和飞行器状态信息通过输出模块发送给控制系统。提高了接收机的覆盖范围，解决了消息碰撞时信号无法正确解调解码的问题，提高了接收机的抗干扰和抗欺骗能力。

A kind of anti jamming and anti spoofing ADS B receiver and its receiving method based on directional antenna

The invention discloses a method for anti jamming and anti spoofing ADS B receiver and its receiving method based on directional antenna, including through multiple directional antenna composed of antenna array, each receiving channel directional antenna with a proprietary connection, realize signal amplification, filtering and mixing operation, and the module of signal demodulation and decoding of proprietary the demodulation, get state information of the aircraft, then the aircraft position information extraction module, through the location information and the receiver aircraft is estimated by calculating the direction of wave direction, then through the comparison module to DOA estimation with directional antenna receiving the signal arrival direction range matching, and the matching result and the vehicle state information to the control system through output module. It improves the coverage of the receiver, solves the problem that the signal cannot be demodulated and decoded correctly when the message is collided, and improves the anti-jamming and anti cheating ability of the receiver.

【技术实现步骤摘要】
一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收机及其接收方法
本专利技术属于天线信号接收
；涉及用于航空监管的ADS-B接收机技术；具体涉及一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收机及其接收方法。
技术介绍
ADS-B技术，即广播式自动相关监视，该技术是一种无需人工操作或者询问，可以自动从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供管制员对飞机状态进行监控。ADS-B系统的工作流程为：(1)飞行器从GNSS等导航系统获得飞行器的位置和速度等信息，从关联机载设备获取所需其他参数信息；(2)飞行器通过数字式数据链，向地面的ADS-B接收机和其它飞行器广播精确的位置和速度，以及飞机识别信息、航班号、空地状态等数据；(3)ADS-B信号接收方，比如地面ADS-B接收机或者其他飞机上的ADS-B接收机，接收并解码数据，向使用者提供实时的空中交通状态。现有ADS-B接收机采用全向单天线接收机，射频信号经天线接收后，经过低噪声放大器、滤波、混频等步骤后，由ADC采样得到数字信号，数字信号经解调后变为每包112bit的数据包，数据包再经过解码后转变为飞行器位置、速度、航向等状态信息。现有ADS-B接收机存在以下一些问题：覆盖距离短：为尽可能接收空间中的信号，天线设计为全向天线，导致接天线增益差、灵敏度低、链路覆盖距离短；消息碰撞：由于ADS-B消息的发射是各飞行器独立随机发送，随着飞行器密度增加，必然有越来越高的概率在地面站同时到达，即消息碰撞，造成解调解码失败，降低系统容量；无抗干扰能力：传统ADS-B接收机采用全向天线，当接收方向范围内存在强干扰时，只能被动接收干扰，无法有效抑制干扰，因此系统极易被干扰所中断，造成安全隐患；无防欺骗干扰能力：ADS-B系统本身没有任何鉴权或加密等机制，但随着航空监控系统的逐步开放，必然面临诸如假信号欺骗等情况，非法用户可以轻易模拟出多个假飞行器消息，扰乱正常监管。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收机，该装置采用多个定向天线组成的天线阵列，提高了接收机的覆盖范围，解决了消息碰撞时信号无法正确解调解码的问题，提高了接收机的抗干扰和抗欺骗能力。本专利技术还提供了一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收方法，采用多个定向天线分别接收不同覆盖范围的数据，扩大了接收范围，防止消息碰撞的发生，并且分别通过各自接收通道实现数据传输，同时通过判伪比较过程实现对数据信息的校验，提高了数据接收的抗干扰抗欺骗能力。本专利技术的技术方案是：一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收方法，包括以下步骤：步骤1，使用多个定向天线组成360°方位角闭合覆盖的天线阵列，每个定向天线接收各自区域内的信号；步骤2，定向天线将接收到的信号经过信号放大、滤波以及混频之后，得到数据包；步骤3，将数据包通过解调解码之后得到ADS-B数据包；步骤4，对ADS-B数据包进行分解，得到ADS-B数据包中包含的位置信息；步骤5，通过位置信息计算得到该信号的估计来波方向；步骤6，估计来波方向与接收该信号的定向天线的来波方向范围进行匹配，并输出匹配结果。更进一步的，本专利技术的特点还在于：其中步骤1中每个定向天线覆盖360°方位角的一部分。其中步骤2中多个定向天线同时接收到各自区域内的信号，并且同时对每个信号进行信号放大、滤波以及混频，得到多个数据包。其中步骤6中同时进行多个匹配，并且将多个匹配结果以及ADS-B数据包分解得到的数据合并然后输出。其中步骤6中匹配结果为估计来波方向不属于定向天线的来波方向范围，则该信号为欺骗信号，并向信号源发送警告信号；匹配结果为估计来波方向属于定向天线的来波方向范围，则该信号为正常信号。本专利技术的另一技术方案是：一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收机，包括多个定向天线组成360°方位角闭合覆盖的闭合天线阵列；天线阵列连接有接收模块，接收模块通过解调解码模块连接有判伪模块；其中接收模块包括与定向天线一一对应连接的接收通道，且定向天线与接收通道之间还连接有放大器和滤波器，接收通道与解调解码模块连接；其中判伪模块包括与解调解码模块一一对应连接的方向计算模块，方向计算模块连接有比较模块；多个比较模块与一个输出模块连接；其中方向计算模块获取位置信息并计算得到该位置信息的估计来波方向，比较模块将估计来波方向与接收该信号的定向天线的来波方向范围进行比较；其中输出模块输出比较结果以及解调解码模块解调后的ADS-B数据包。更进一步的，本专利技术的特点还在于：其中天线阵列具有三个或三个以上的定向天线。其中接收模块、解调解码模块和判伪模块能够集成在一个或多个处理芯片中。更进一步的，输出模块发出警告信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：多个定向天线组成闭合的天线阵列，每个定向天线负责一定的扇区角度，因此天线阵列也能够达到360°全方位的覆盖来波方向，但是每个定向天线的广度更深，因此天线阵列能够覆盖的来波范围较全向天线更大，因此提高了接收范围；多个定向天线分区域实现信号的接收，使得各个定向天线之间接收信号不会发生干扰，能够同时接收多个信号，提高了接收的容量，并且定向天线具有一定的干扰抑制能力，干扰不影响非覆盖扇区的信号的接收；步骤6实现了通过定向天线的来波方向与信号的实际方向进行匹配，实现对信号进行判伪，防止其他恶意信号源向接收机发送虚假信号干扰接收机的工作，提高了信号接收工作的安全性；更进一步的，同时对每个定向天线接收到的信号进行信号放大、滤波和混频操作，并且在同时对数据包进行解调解码，提高了ADS-B内数据的处理速度，并且解决了全向天线在接收到多个信号时，不能同时对多个信号进行数据处理时会产生的消息碰撞，而导致无法正确解调解码的问题。更进一步的，对匹配结果发现欺骗信号的，发出警告信号，对欺骗信号的信号源提出警示，并且将匹配结果和其他数据输出至控制系统；能够帮助系统对欺骗信号来源进行识别以及记录。本专利技术的有益效果还在于：本专利技术采用定向天线组成闭合的天线阵列，并且多个天线阵列一一对应连接接收通道、解调解码模块、方向计算模块和比较模块；天线阵列能够达到360°全方位的覆盖来波方向，但是每个定向天线的广度更深，因此天线阵列能够覆盖的来波范围较全向天线更大，因此提高了接收机的来波覆盖范围；同时与定向天线对应数量的多个接收通道、解调解码模块、方向计算模块和比较模块，实现了同时对多个接收信号进行处理，提高了ADS-B内数据的处理速度，同时每个信号有专有的处理通道，解决了ADS-B多个数据消息碰撞时导致信号无法正确解调解码的问题；同时定向天线相比全向天线具有较强的抗干扰能力，因此提高了该接收机的抗干扰能力；比较模块能够实现对信号的接收位置与定向天线的来波方向范围进行匹配，从而实现了对信号的判伪，判定信号是否为欺骗信号，从而提高了接收机的安全性。更进一步的，通过集成各个模块，能够减小接收机的体积。更进一步的，比较模块判断出某一信号为欺骗信号或虚假信号后，通过输出模块发出警告信号，对信号源进行警示。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图中：1为天线阵列；2为接收模块；3为判伪模块；4为定向天线；5为放大器；6为滤波器；7为接收通道；8为解调解码模块；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS‑B接收方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用多个定向天线组成360°方位角闭合覆盖的天线阵列，每个定向天线接收各自区域内的信号；步骤2，定向天线将接收到的信号经过信号放大、滤波以及混频之后，得到数据包；步骤3，将数据包通过解调解码之后得到ADS‑B数据包；步骤4，对ADS‑B数据包进行分解，得到ADS‑B数据包中包含的位置信息；步骤5，通过位置信息计算得到该信号的估计来波方向；步骤6，估计来波方向与接收该信号的定向天线的来波方向范围进行匹配，并输出匹配结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用多个定向天线组成360°方位角闭合覆盖的天线阵列，每个定向天线接收各自区域内的信号；步骤2，定向天线将接收到的信号经过信号放大、滤波以及混频之后，得到数据包；步骤3，将数据包通过解调解码之后得到ADS-B数据包；步骤4，对ADS-B数据包进行分解，得到ADS-B数据包中包含的位置信息；步骤5，通过位置信息计算得到该信号的估计来波方向；步骤6，估计来波方向与接收该信号的定向天线的来波方向范围进行匹配，并输出匹配结果。2.根据权利要求1所述的基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收方法，其特征在于，所述步骤1中每个定向天线覆盖360°方位角的一部分。3.根据权利要求1或2任意一项所述的基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收方法，其特征在于，所述步骤2中多个定向天线同时接收到各自区域内的信号，并且同时对每个信号进行信号放大、滤波以及混频，得到多个数据包。4.根据权利要求3所述的基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收方法，其特征在于，所述步骤6中同时进行多个匹配，并且将多个匹配结果以及ADS-B数据包分解得到的数据合并然后输出。5.根据权利要求4所述的基于定向天线的抗干扰抗欺骗ADS-B接收方法，其特征在于，所述步骤6中匹配结果为估计来波方向不属于定向天线的来波方向范围，则该信号为欺骗信号，并由输出模块向后续消息处理系统发送警告信号；匹配结果为估计来波方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，
申请(专利权)人：王晨，
类型：发明
国别省市：陕西,61