基于智能超表面的卫星导航欺骗方法技术

本申请涉及一种基于智能超表面的卫星导航欺骗方法

【技术实现步骤摘要】
基于智能超表面的卫星导航欺骗方法、系统及设备


[0001]本申请涉及定位
、
导航与授时
(Position Navigation and Time
，
PNT)
欺骗
，特别是涉及一种基于智能超表面的卫星导航欺骗方法
、
系统及设备
。

技术介绍

[0002]当前，针对无线电导航
(
包括卫星导航系统
、
塔康
、
罗兰
‑
C、E
‑
罗兰等
)
的欺骗主要有两种方法：生成式欺骗和转发式欺骗
。
生成式欺骗利用公开的或通过无线侦察获取的信号协议，根据欺骗轨迹计算信号参数后播发虚假导航信号，可以实现静止的定点欺骗以及运动的轨迹欺骗
。
转发式欺骗通过接收
、
存储
、
处理
、
再生成
、
播发等流程实现对导航接收机的欺骗，主要包括了即时转发
、
录放
、
通道延迟转发等，可以实现定点欺骗，也可以实现轨迹欺骗
。
[0003]但是，受限于信号的真实性，无论生成式欺骗还是转发式欺骗的实际效果有限
。
首先授权码调制信号参数非公开并且侦察破解难度极大，具备接收授权信号的用户很容易消除生成式欺骗的影响，同时转发式欺骗信号具有明显的欺骗信号特征，如信号延迟
、
信噪比
、
信号来向等，用户接收机通过相应算法可以实现欺骗的检测和消除
。
通过接收
、
存储
、
处理
、
再生成可以实现近实时高信噪比的虚假导航信号生成，也可以归类为生成式欺骗，且不能生成授权导航信号
。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现低成本
、
隐蔽
、
逼真的欺骗效果的基于智能超表面
(Reconfigurable Intelligent Surface
，
RIS)
的卫星导航欺骗方法
、
系统及设备
。
[0005]一种基于智能超表面的卫星导航欺骗方法，所述方法包括：
[0006]在导航卫星与目标接收机之间部署单个或多个固定在移动或固定载体上的
RIS
模块，并获取导航卫星
、
目标接收机及
RIS
模块的位置信息和天线增益；其中，
RIS
模块为智能超表面模块；
[0007]根据位置信息和天线增益确定导航卫星
、
目标接收机及
RIS
模块相互之间的信道，通过信道将导航卫星发射的真实导航信号转发至目标接收机，并根据目标接收机获取的信号构建信号处理模型；
[0008]通过信号处理模型对
RIS
模块的信号转发波束进行控制，并根据信号转发波束控制情况获取
RIS
模块的转发信号功率和导航卫星的真实信号功率，当转发信号功率与真实信号功率的比值大于设定功率比值阈值时，完成对目标接收机的欺骗
。
[0009]在其中一个实施例中，根据位置信息和天线增益确定导航卫星
、
目标接收机及
RIS
模块相互之间的信道，包括：
[0010]根据导航卫星与目标接收机的位置信息和天线增益进行计算，确定导航卫星到目标接收机的信道，表示为
[0011][0012]其中，
f(t)
是信号由导航卫星到目标接收机的信道，
p
T
(t)、p
R
(t)
分别表示导航卫星发射天线和目标接收机接收天线的位置，为导航卫星发射天线在目标接收机方向的增益，为目标接收机接收天线在导航卫星方向的增益，
||
·
||
为取模运算，
λ
c
是真实导航信号载波波长；
[0013]根据导航卫星与
RIS
模块的位置信息和天线增益进行计算，确定导航卫星到
RIS
模块的信道，表示为
[0014][0015]其中，
G(t)
是信号由导航卫星到
RIS
模块各阵元的信道矩阵，
p
k
(t)
表示
RIS
模块中第
k
个阵元的位置，且
k
＝
1,...,K
，
K
为
RIS
模块中的阵元数量，为导航卫星发射天线在第
k
个阵元方向的增益，为第
k
个阵元在导航卫星方向的增益；
[0016]根据
RIS
模块与目标接收机的位置信息和天线增益进行计算，确定
RIS
模块到目标接收机的信道，表示为
[0017][0018]其中，
H(t)
是信号由
RIS
模块各阵元到目标接收机的信道矩阵，为第
k
个阵元在目标接收机方向的增益，为目标接收机接收天线在第
k
个阵元方向的增益
。
[0019]在其中一个实施例中，根据目标接收机获取的信号构建信号处理模型，包括：
[0020]当存在单颗导航卫星时，采用单个
RIS
模块将真实导航信号转发至目标接收机，同时目标接收机还接收由导航卫星直达目标接收机的导航信号，根据目标接收机获取的信号构建信号处理模型，表示为
[0021][0022]其中，
y(t)
表示目标接收机接收信号，
s0(t)、s
r
(t)、n
y
(t)
分别表示由导航卫星直达目标接收机的导航信号
、
经过
RIS
模块转发至目标接收机的转发信号和目标接收机噪声信号，表示导航卫星发射的真实导航信号，
x(t)
为导航卫星的中频信号，
f
c
为载波频率，
n
s
(t)
为导航卫星噪声信号，
j
表示虚数单位，
e
为自然常数，为信号由导航卫星直达目标接收机的传播时延，
c0为信号在自由空间的传播速度，分别表示
RIS
模块的阵元相位延迟
、
信号由导航卫星到
RIS
模块各阵元的信道矩阵
、
信号由
RIS
模块各阵元到目标接收机的信道矩阵
和
RIS
模块的信号放大系数，表示复数域，表示
w(t)
的共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于智能超表面的卫星导航欺骗方法，其特征在于，所述方法包括：在导航卫星与目标接收机之间部署单个或多个固定在移动或固定载体上的
RIS
模块，并获取导航卫星
、
目标接收机及
RIS
模块的位置信息和天线增益；其中，所述
RIS
模块为智能超表面模块；根据所述位置信息和天线增益确定导航卫星
、
目标接收机及
RIS
模块相互之间的信道，通过所述信道将导航卫星发射的真实导航信号转发至目标接收机，并根据目标接收机获取的信号构建信号处理模型；通过所述信号处理模型对
RIS
模块的信号转发波束进行控制，并根据信号转发波束控制情况获取
RIS
模块的转发信号功率和导航卫星的真实信号功率，当所述转发信号功率与所述真实信号功率的比值大于设定功率比值阈值时，完成对目标接收机的欺骗
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述位置信息和天线增益确定导航卫星
、
目标接收机及
RIS
模块相互之间的信道，包括：根据导航卫星与目标接收机的位置信息和天线增益进行计算，确定导航卫星到目标接收机的信道，表示为其中，
f(t)
是信号由导航卫星到目标接收机的信道，
p
T
(t)、p
R
(t)
分别表示导航卫星发射天线和目标接收机接收天线的位置，为导航卫星发射天线在目标接收机方向的增益，为目标接收机接收天线在导航卫星方向的增益，
||
·
||
为取模运算，
λ
c
是真实导航信号载波波长；根据导航卫星与
RIS
模块的位置信息和天线增益进行计算，确定导航卫星到
RIS
模块的信道，表示为其中，
G(t)
是信号由导航卫星到
RIS
模块各阵元的信道矩阵，
p
k
(t)
表示
RIS
模块中第
k
个阵元的位置，且
k
＝
1,
…
,K
，
K
为
RIS
模块中的阵元数量，为导航卫星发射天线在第
k
个阵元方向的增益，为第
k
个阵元在导航卫星方向的增益；根据
RIS
模块与目标接收机的位置信息和天线增益进行计算，确定
RIS
模块到目标接收机的信道，表示为其中，
H(t)
是信号由
RIS
模块各阵元到目标接收机的信道矩阵，为第
k
个阵元在目标接收机方向的增益，为目标接收机接收天线在第
k
个阵元方向的增益
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据目标接收机获取的信号构建信号处理模型，包括：
当存在单颗导航卫星时，采用单个
RIS
模块将所述真实导航信号转发至目标接收机，同时目标接收机还接收由导航卫星直达目标接收机的导航信号，根据目标接收机获取的信号构建信号处理模型，表示为其中，
y(t)
表示目标接收机接收信号，
s0(t)、s
r
(t)、n
y
(t)
分别表示由导航卫星直达目标接收机的导航信号
、
经过
RIS
模块转发至目标接收机的转发信号和目标接收机噪声信号，表示导航卫星发射的真实导航信号，
x(t)
为导航卫星的中频信号，
f
c
为载波频率，
n
s
(t)
为导航卫星噪声信号，
j
表示虚数单位，
e
为自然常数，为信号由导航卫星直达目标接收机的传播时延，
c0为信号在自由空间的传播速度，
G(t)、H(t)、
分别表示
RIS
模块的阵元相位延迟
、
信号由导航卫星到
RIS
模块各阵元的信道矩阵
、
信号由
RIS
模块各阵元到目标接收机的信道矩阵和
RIS
模块的信号放大系数，表示复数域，表示
w(t)
的共轭转置，
φ
k
表示
RIS
模块中第
k
个阵元的相位延迟大小，为阵元幅度增益，为
RIS
模块中第
k
个阵元的幅度增益，为
RIS
模块转发信号矢量，
s(t)
＝
[s(t
‑
τ1),s(t
‑
τ2),
…
,s(t
‑
τ
K
)]
T
，
s(t
‑
τ
k
)
为
RIS
模块中第
k
个阵元的转发信号矢量，上标
T
表示转置，且表示信号经过
RIS
模块转发至目标接收机的传播时延，表示信号由导航卫星直达
RIS
模块的传播时延，表示信号由
RIS
模块直达目标接收机的传播时延，为阵元噪声信号矢量，
n(t)
～
CN(0
K
,
σ2I
K
)
表示阵元噪声信号矢量服从多维复数高斯分布，
CN(u,
Σ
)
表示均值为
u
，协方差为
Σ
的多维复数高斯分布，0K
表示
K
×1零矢量，
I
K
表示
K
×
K
单位矩阵，
σ2为噪声功率
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当存在单颗导航卫星时，采用单个
RIS
模块将所述真实导航信号转发至目标接收机，同时目标接收机还接收由导航卫星直达目标接收机的导航信号，根据目标接收机获取的信号构建信号处理模型，还表示为其中，表示忽略各阵元的差异，
RIS
模块各阵元到目标接收机的信道，表示忽略各阵元的差异，
RIS
模块各阵元到
导航卫星的信道，
p
R
(t)
为目标接收机接收天线的位置，
p
S
(t)
为
RIS
模块中参考阵元的位置，参考阵元位于
RIS
模块的几何中心，
p
T
(t)
为导航卫星发射天线的位置，表示
RIS
模块的各阵元接收信号方向，表示
RIS
模块的各阵元发射信号方向，表示导航卫星的发射信号方向，
c(t)
为转发矢量，为信号转发传播时延
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当存在多颗导航卫星和单个
RIS
模块时，采用单个
RIS
模块将所述真实导航信号转发至目标接收机，同时目标接收机还接收由导航卫星直达目标接收机的导航信号，根据目标接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王解，曾芳玲，刘方正，刘文祥，肖伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：