一种GNSS欺骗干扰信号的检测系统的制作方法

本发明涉及一种gnss欺骗干扰信号的检测系统，它适用于gnss欺骗干扰信号的快速检测技术领域。

背景技术：

当前导航卫星与地面用户常采用码分多址技术(cdma)进行通信，尽管cdma具备一定的抗干扰能力，但由于到达地面接收机的信号功率电平较低(约低于环境噪声电平20db)，因此接收机抗干扰能力较弱。如今各国均在稳步推进卫星导航系统(gps、glonass、galileo、北斗、日本准天顶、印度区域卫星导航系统)的建设，使民用精密定位接收机经常面临无意干扰(多址信号)的影响；特别在战争区域，gnss干扰机配合作战，导航接收机(如弹载接收机)容易受到各种有意(阻塞信号、欺骗信号)干扰的影响，无法正常工作。

阻塞干扰信号的检测难度较低，其干信比数值较大，简单观测接收机射频前端功率的变化即可对其有效检测；欺骗干扰信号较为复杂，它在多普勒频移、载波相位、码相位等特征上与实际信号相干，较为隐蔽，观测射频前端功率的方法不再奏效；需深入分析接收机跟踪环路的相干积分值，才可对其有效检测。然而观测相干积分值要经过复杂的捕获、跟踪环节；对于某些高精度接收机，其为提高接收信号的载噪比，还需额外增加相干积分时间，使跟踪环节更加耗费时间。可见，gnss欺骗干扰信号的检测需要较长的时间，将严重影响导航接收机的实时性。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：针对传统gnss欺骗干扰信号检测方法耗时较长的问题，提出一种gnss欺骗干扰信号的检测系统，该系统为一种基于抗混叠滤波、抽取的快速检测系统，可降低欺骗干扰检测运算量。

本发明的技术方案：

一种gnss欺骗干扰信号的检测系统，该系统包括射频前端模块、信号捕获模块和信号干扰检测模块；

所述的信号捕获模块包括本地载波发生器a、本地伪码发生器a、滤波抽取模块a、滤波抽取模块b、滤波抽取模块c、乘法器a、乘法器b、乘法器c、乘法器d、dft模块a、dft模块b、dft模块c、idft模块a、idft模块b和捕获处理单元；

所述的信号干扰检测模块包括本地载波发生器b、本地伪码发生器b、滤波抽取模块d、滤波抽取模块e、滤波抽取模块f、混频器a、混频器b、相关器a、相关器b、相关器c、相关器d、相关器e、相关器f、中间积分器a、中间积分器b、滞后积分器a、滞后积分器b、超前积分器a、超前积分器b、鉴相器及滤波器a、鉴相器及滤波器b和干扰检测单元；

所述的射频前端模块用于将天线接收到的模拟射频信号经下变频混频、中频信号滤波放大、模数转换后，变为数字中频信号r(k)，并输出至信号捕获模块中的滤波抽取模块a；

滤波抽取模块a用于接收射频前端模块输入的数字中频信号r(k)，滤波抽取模块a对数字中频信号r(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，并将抽取结果输出至乘法器a、乘法器b；

本地载波发生器a用于产生同相载波信号li(k)和正交载波信号lq(k)，并将产生的同相载波信号li(k)和正交载波信号lq(k)输出给滤波抽取模块b，本地载波发生器a还用于将产生的同相载波信号li(k)和正交载波信号lq(k)的载波频率发送给捕获处理单元；本地载波发生器a还用于接收捕获处理单元输出的相关结果；

滤波抽取模块b用于接收本地载波发生器a输出的同相载波信号li(k)，对同相载波信号li(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取后的载波信号至乘法器b，滤波抽取模块b同时接收本地载波发生器a输出的正交载波信号lq(k)，对正交载波信号lq(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取后的载波信号至乘法器a；

本地伪码发生器a用于产生伪随机码信号sl(k)，并将产生的伪随机码信号sl(k)输出给滤波抽取模块c，本地伪码发生器a还用于将产生的伪随机码信号sl(k)的伪码相位发送给捕获处理单元，本地伪码发生器a还用于接收捕获处理单元输出的相关结果；

滤波抽取模块c用于接收本地伪码发生器a产生的伪随机码信号sl(k)，并对伪随机码信号sl(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取后的伪随机码信号至dft模块c；

乘法器a用于接收滤波抽取模块a输出的数字中频信号和滤波抽取模块b输出的本地正交载波信号将数字中频信号和本地正交载波信号相乘得到mula，并将mula输出至dft模块a；

乘法器b用于接收滤波抽取模块a输出的数字中频信号和滤波抽取模块b输出的本地同相载波信号将数字中频信号和本地同相载波信号相乘得到mulb，并将mulb输出至dft模块b；

dft模块a用于接收乘法器a输出的信号mula，对信号mula进行频域dft变换得到fa，输出至乘法器c；

dft模块b用于接收乘法器b输出的信号mulb，对信号mulb进行频域dft变换得到fb，输出至乘法器d；

dft模块c用于接收滤波抽取模块c的输出信号先对信号进行频域dft变换，随后进行共轭变换，得到fc，输出至乘法器c和乘法器d；

乘法器c用于分别接收dft模块a输出的信号fa和dft模块c输出的信号fc，将fa和fc相乘得到mulc，输出至idft模块a；

乘法器d用于接收dft模块b输出的信号fb和dft模块c输出的信号fc，将fb和fc相乘得到muld，输出至idft模块b；

idft模块a用于接收乘法器c的输出信号mulc，对mulc进行频域idft变换，并将变换结果a输出至捕获处理单元；

idft模块b用于接收乘法器d的输出信号muld，对muld进行频域idft变换，并将变换结果b输出至捕获处理单元；

捕获处理单元用于接收idft模块a输出的变换结果a和idft模块b输出的变换结果b，还用于接收本地伪码发生器a发送的sl(k)的伪码相位和本地载波发生器a发送的载波频率，并对接收到的变换结果a和变换结果b的平方和取均方根后得到相关结果，将相关结果反馈给本地伪码发生器a和本地载波发生器a，在设定时间内，取相关结果的最大值对应的本地伪码发生器a的伪码相位和本地载波发生器a的载波频率并将本地伪码发生器a的伪码相位输出至本地伪码发生器b，将本地载波发生器a的载波频率输出至本地载波发生器b；

本地载波发生器b用于接收捕获处理单元输出的载波频率作为本地载波信号频率的初始量，并根据鉴相器及滤波器a输出的载波相位差异作为每个迭代周期中载波信号频率和相位的调整参考量产生同相载波信号li和正交载波信号lq，并将产生的同相载波信号li和正交载波信号lq输出给滤波抽取模块e；

本地伪码发生器b用于接收捕获处理单元输出的伪码相位作为本地伪码信号相位的初始量，根据鉴相器及滤波器b输出的伪码相位差异作为每个迭代周期中伪码信号相位的调整参考量，产生即时伪码信号xp、超前伪码信号xe和滞后伪码信号xl，每个迭代周期将xp、xe、xl输出至滤波抽取模块f；

滤波抽取模块d用于接收射频前端模块输入的数字中频信号r(k)，对数字中频信号r(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，并将抽取结果输出至混频器a和混频器b；

滤波抽取模块e用于接收本地载波发生器b输出的同相载波信号li，对同相载波信号li进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取结果至混频器a，同时接收本地载波发生器b输出的正交载波信号lq，对正交载波信号lq进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取结果至混频器b；

滤波抽取模块f用于接收本地伪码发生器b输出的即时伪码信号xp、超前伪码信号xe、滞后伪码信号xl，对xp、xe、xl三路信号进行抗混叠滤波和m倍抽取，分别得到将输出至相关器b和相关器e，将输出至相关器a和相关器d，将输出至相关器c和相关器f；

混频器a用于接收滤波抽取模块d输出的数字中频信号和滤波抽取模块e输出的将和混频得到mixa，将mixa输出至相关器a、相关器b、相关器c；

混频器b用于接收滤波抽取模块d输出的数字中频信号和滤波抽取模块e输出的将和混频得到mixb，将mixb输出至相关器d、相关器e、相关器f；

相关器a用于接收混频器a的输出信号mixa和滤波抽取模块f输出的将mixa和相乘得到ca，将ca输出至滞后积分器a；

相关器b用于接收混频器a的输出信号mixa和滤波抽取模块f输出的将mixa和相乘得到cb，将cb输出至中间积分器a；

相关器c用于接收混频器a的输出信号mixa和滤波抽取模块f输出的将mixa和相乘得到cc，将cc输出至超前积分器a；

相关器d用于接收混频器b的输出信号mixb和滤波抽取模块f输出的将mixb和相乘得到cd，将cd输出至滞后积分器b；

相关器e用于接收混频器b的输出信号mixb和滤波抽取模块f输出的将mixb和相乘得到ce，将ce输出至中间积分器b；

相关器f用于接收混频器b的输出信号mixb和滤波抽取模块f输出的将mixb和相乘得到cf，将cf输出至超前积分器b；

滞后积分器a用于接收相关器a输出的ca，在相干积分时间内对其积分，得到il，将il输出至鉴相器及滤波器b，当il收敛后，将il输出至干扰检测单元；

中间积分器a用于接收相关器b输出的cb，在相干积分时间内对其积分，得到ip，将ip输出至鉴相器及滤波器a；当ip收敛后，将ip输出至干扰检测单元；

超前积分器a用于接收相关器c输出的cc，在相干积分时间内对其积分，得到ie，将ie输出至鉴相器及滤波器b；当ie收敛后，将ie输出至干扰检测单元；；

滞后积分器b用于接收相关器d输出的cd，在相干积分时间内对其积分，得到ql，将ql输出至鉴相器及滤波器b；

中间积分器b用于接收相关器e输出的ce，在相干积分时间内对其积分，得到qp，将qp输出至鉴相器及滤波器a；

超前积分器b用于接收相关器f输出的cf，在相干积分时间内对其积分，得到qe，将qe输出至鉴相器及滤波器b；

鉴相器及滤波器a用于接收超前积分器a输出ie、超前积分器b输出的qe、滞后积分器a输出的il、滞后积分器b输出的ql，根据ie、qe、il、ql得到载波相位差异，并滤波，将滤波结果反馈至本地载波发生器b；

鉴相器及滤波器b用于接收中间积分器a输出的ip、中间积分器b输出的qp，根据ip、qp得到伪码相位差异，并滤波，将滤波结果反馈至本地伪码发生器b；

干扰检测单元用于接收收敛后的ip、ie、il，并根据收敛后的ip、ie、il计算相干值比例rtc，若rtc超过检测门限，则接收机给出干扰告警。

使用该系统进行gnss欺骗干扰信号的检测，包括如下步骤：

(1)射频前端模块将天线接收到的模拟射频信号经下变频混频、中频信号滤波放大、模数转换后，变为数字中频信号，并输出至信号捕获模块；

(2)信号捕获模块接收到数字中频信号后将数字中频信号的载波频率和伪码相位进行估计，并将本地伪码发生器a的伪码相位和本地载波发生器a的载波频率提供给信号干扰检测模块；

(3)干扰检测模块对收敛后的ip、ie、il计算相干值比例rtc，若rtc超过检测门限，则接收机给出干扰告警，则存在欺骗干扰信号。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明的信号捕获模块与现有技术相比，在输入信号、本地载波发生器、本地伪码发生器后端增加了滤波抽取模块，可明显减少dft变换的运算量，从而有效提高信号捕获速度。

(2)本发明的信号干扰检测模块与现有技术相比，在输入信号、本地载波发生器、本地伪码发生器后端增加了滤波抽取模块，可明显减少超前、即时、滞后多路相关运算量，从而有效提高干扰检测速度。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图；

图2为信号捕获模块的组成示意图；

图3为信号干扰检测模块的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

如图1-3所示，一种gnss欺骗干扰信号的检测系统，该系统包括射频前端模块、信号捕获模块和信号干扰检测模块；

所述的射频前端模块用于将天线接收到的模拟射频信号经下变频混频、中频信号滤波放大、模数转换后，变为数字中频信号r(k)，并输出至信号捕获模块中的滤波抽取模块a；

滤波抽取模块a用于接收射频前端模块输入的数字中频信号r(k)，滤波抽取模块a对数字中频信号r(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，并将抽取结果输出至乘法器a、乘法器b；

本地载波发生器a用于产生同相载波信号li(k)和正交载波信号lq(k)，并将产生的同相载波信号li(k)和正交载波信号lq(k)输出给滤波抽取模块b，本地载波发生器a还用于将产生的同相载波信号li(k)和正交载波信号lq(k)的载波频率发送给捕获处理单元；本地载波发生器a还用于接收捕获处理单元输出的相关结果；

滤波抽取模块b用于接收本地载波发生器a输出的同相载波信号li(k)，对同相载波信号li(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取后的载波信号至乘法器b，滤波抽取模块b同时接收本地载波发生器a输出的正交载波信号lq(k)，对正交载波信号lq(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取后的载波信号至乘法器a；

本地伪码发生器a用于产生伪随机码信号sl(k)，并将产生的伪随机码信号sl(k)输出给滤波抽取模块c，本地伪码发生器a还用于将产生的伪随机码信号sl(k)的伪码相位发送给捕获处理单元，本地伪码发生器a还用于接收捕获处理单元输出的相关结果；

滤波抽取模块c用于接收本地伪码发生器a产生的伪随机码信号sl(k)，并对伪随机码信号sl(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取后的伪随机码信号至dft模块c；

乘法器a用于接收滤波抽取模块a输出的数字中频信号和滤波抽取模块b输出的本地正交载波信号将数字中频信号和本地正交载波信号相乘得到mula，并将mula输出至dft模块a；

乘法器b用于接收滤波抽取模块a输出的数字中频信号和滤波抽取模块b输出的本地同相载波信号将数字中频信号和本地同相载波信号相乘得到mulb，并将mulb输出至dft模块b；

dft模块a用于接收乘法器a输出的信号mula，对信号mula进行频域dft变换得到fa，输出至乘法器c；

dft模块b用于接收乘法器b输出的信号mulb，对信号mulb进行频域dft变换得到fb，输出至乘法器d；

dft模块c用于接收滤波抽取模块c的输出信号先对信号进行频域dft变换，随后进行共轭变换，得到fc，输出至乘法器c和乘法器d；

乘法器c用于分别接收dft模块a输出的信号fa和dft模块c输出的信号fc，将fa和fc相乘得到mulc，输出至idft模块a；

乘法器d用于接收dft模块b输出的信号fb和dft模块c输出的信号fc，将fb和fc相乘得到muld，输出至idft模块b；

idft模块a用于接收乘法器c的输出信号mulc，对mulc进行频域idft变换，并将变换结果a输出至捕获处理单元；

idft模块b用于接收乘法器d的输出信号muld，对muld进行频域idft变换，并将变换结果b输出至捕获处理单元；

捕获处理单元用于接收idft模块a输出的变换结果a和idft模块b输出的变换结果b，还用于接收本地伪码发生器a发送的sl(k)的伪码相位和本地载波发生器a发送的载波频率，并对接收到的变换结果a和变换结果b的平方和取均方根后得到相关结果，将相关结果反馈给本地伪码发生器a和本地载波发生器a，在设定时间内，取相关结果的最大值对应的本地伪码发生器a的伪码相位和本地载波发生器a的载波频率并将本地伪码发生器a的伪码相位输出至本地伪码发生器b，将本地载波发生器a的载波频率输出至本地载波发生器b；

本地载波发生器b用于接收捕获处理单元输出的载波频率作为本地载波信号频率的初始量，并根据鉴相器及滤波器a输出的载波相位差异作为每个迭代周期中载波信号频率和相位的调整参考量产生同相载波信号li和正交载波信号lq，并将产生的同相载波信号li和正交载波信号lq输出给滤波抽取模块e；

本地伪码发生器b用于接收捕获处理单元输出的伪码相位作为本地伪码信号相位的初始量，根据鉴相器及滤波器b输出的伪码相位差异作为每个迭代周期中伪码信号相位的调整参考量，产生即时伪码信号xp、超前伪码信号xe和滞后伪码信号xl，每个迭代周期将xp、xe、xl输出至滤波抽取模块f；

滤波抽取模块d用于接收射频前端模块输入的数字中频信号r(k)，对数字中频信号r(k)进行抗混叠滤波和m倍抽取，并将抽取结果输出至混频器a和混频器b；

滤波抽取模块e用于接收本地载波发生器b输出的同相载波信号li，对同相载波信号li进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取结果至混频器a，同时接收本地载波发生器b输出的正交载波信号lq，对正交载波信号lq进行抗混叠滤波和m倍抽取，输出抽取结果至混频器b；

滤波抽取模块f用于接收本地伪码发生器b输出的即时伪码信号xp、超前伪码信号xe、滞后伪码信号xl，对xp、xe、xl三路信号进行抗混叠滤波和m倍抽取，分别得到将输出至相关器b和相关器e，将输出至相关器a和相关器d，将输出至相关器c和相关器f；

混频器a用于接收滤波抽取模块d输出的数字中频信号和滤波抽取模块e输出的将和混频得到mixa，将mixa输出至相关器a、相关器b、相关器c；

混频器b用于接收滤波抽取模块d输出的数字中频信号和滤波抽取模块e输出的将和混频得到mixb，将mixb输出至相关器d、相关器e、相关器f；

相关器a用于接收混频器a的输出信号mixa和滤波抽取模块f输出的将mixa和相乘得到ca，将ca输出至滞后积分器a；

相关器b用于接收混频器a的输出信号mixa和滤波抽取模块f输出的将mixa和相乘得到cb，将cb输出至中间积分器a；

相关器c用于接收混频器a的输出信号mixa和滤波抽取模块f输出的将mixa和相乘得到cc，将cc输出至超前积分器a；

相关器d用于接收混频器b的输出信号mixb和滤波抽取模块f输出的将mixb和相乘得到cd，将cd输出至滞后积分器b；

相关器e用于接收混频器b的输出信号mixb和滤波抽取模块f输出的将mixb和相乘得到ce，将ce输出至中间积分器b；

相关器f用于接收混频器b的输出信号mixb和滤波抽取模块f输出的将mixb和相乘得到cf，将cf输出至超前积分器b；

滞后积分器a用于接收相关器a输出的ca，在相干积分时间内对其积分，得到il，将il输出至鉴相器及滤波器b，当il收敛后，将il输出至干扰检测单元；

中间积分器a用于接收相关器b输出的cb，在相干积分时间内对其积分，得到ip，将ip输出至鉴相器及滤波器a；当ip收敛后，将ip输出至干扰检测单元；

超前积分器a用于接收相关器c输出的cc，在相干积分时间内对其积分，得到ie，将ie输出至鉴相器及滤波器b；当ie收敛后，将ie输出至干扰检测单元；；

滞后积分器b用于接收相关器d输出的cd，在相干积分时间内对其积分，得到ql，将ql输出至鉴相器及滤波器b；

中间积分器b用于接收相关器e输出的ce，在相干积分时间内对其积分，得到qp，将qp输出至鉴相器及滤波器a；

超前积分器b用于接收相关器f输出的cf，在相干积分时间内对其积分，得到qe，将qe输出至鉴相器及滤波器b；

鉴相器及滤波器a用于接收超前积分器a输出ie、超前积分器b输出的qe、滞后积分器a输出的il、滞后积分器b输出的ql，根据ie、qe、il、ql得到载波相位差异，并滤波，将滤波结果反馈至本地载波发生器b；

鉴相器及滤波器b用于接收中间积分器a输出的ip、中间积分器b输出的qp，根据ip、qp得到伪码相位差异，并滤波，将滤波结果反馈至本地伪码发生器b；

干扰检测单元用于接收收敛后的ip、ie、il，并根据收敛后的ip、ie、il计算相干值比例rtc，若rtc超过检测门限，则接收机给出干扰告警。