专利名称：：用于gps干扰系统中产生“加扰后数据码流”的实现方法
技术领域：
：本发明涉及GPS通信导航中的数据信号干扰技术，特别涉及用于GPS干扰系统中独立、不间断产生多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"(即"加扰后数据码流")的实现方法。
背景技术：
：GPS(GlobalPositioningSystem,全球定位导航系统)己被广泛应用于世界各地的众多领域。美国军方也主要采用军用GPS系统完成对目标的精确打击。在现在GPS卫星无处不在、GPS卫星接收器被广泛应用的情况下，如何实现反制GPS系统成为了一个重要课题。1994年9月，在美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室首次公开展示了一种烟盒大小的自制GPS干扰机。该装置可以干扰半径16公里范围内的任何采用CA编码的GPS接收机。俄罗斯设计的廉价GPS干扰机则重约3-10公斤(不含电池)，价格低于5万美元，能对美国现有GPS系统的四个频段实施有效干扰。在GPS干扰系统中的基带处理部分，主要存在如何实现多路实际(或人为)GPS导航电文信息导入/存储、多种卫星参数调整、检测信息及时反馈、GPS导航电文的及时循环修正和更新、多路"加扰后数据码流"的循环/不间断/并行输出等设计难题。为了解决以上GPS干扰系统中的基带处理部分的设计难题，本发明设计和提供了一套完整的、实用的GPS干扰系统基带信号的获取办法。
发明内容本发明的目的是提供一种用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法。该方法可以用于独立、不间断产生多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"，从而为GPS干扰系统提供连续的仿GPS卫星基带信号，可以用于实现局域范围内对GPS信号的干扰。该发明可广泛应用于军用、信息安全等领域。本发明所述的完整的技术方案如下所述用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法在硬件上基于现场可编程门阵列(FPGA)和单片机(MSP430等)，应用系统结构图请参见附图1。通过串口实现多路(或称"多通道")GPS导航电文信息导入、参数配置和检测信息反馈，再由单片机(MSP430等)自动完成对GPS导航电文的循环修正和更新(包括Z计数器和奇偶校验)，最后通过现场可编程门阵列(FPGA)生成相应多路C/A码(Coarse/AcqisitionCode)序列，同时完成对多路GPS导航电文加扰及数据码流的循环、不间断、并行输出。上述过程涉及的可变参数包括卫星编号、C/A码相位起点、C/A码速率、导航电文起始坐标、导航电文启动时间和Z计数器起点。该发明方法根据所能实现的不同技术效果具体还分为以下技术步骤(l)产生并行、多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"的步骤；该步骤包括步骤①通过串口实现多路GPS导航电文信息导入；由于多路GPS导航电文的信息量比较大(每颗卫星25帧"500bit)，为了更好的存储和记录原始导航电文信息，该步骤创新设计对导入的原始文件进行整合，将不同卫星(不同通道)的GPS导航电文采用十六进制0x000x000x000x000x000x000x000x000x000x000x000x000x000x000x000x0A进行隔离，其中最后的一个字节0x0A表示后续的GPS导航电文的卫星号(根据实际卫星号的不同可变)。由单片机(MSP430F149)完成对8路GPS导航电文的整帧区分和存储。本发明设计的每个卫星的起始数据流图样参见附图2。其中，00~90行110行00字节，a0行最后一个字节表示卫星号(OxOA-表示卫星10)。步骤②完成单通道/多通道参数配置和检测信息反馈；本方法中，和计算机串口命令交互的流程，参见附图3。各创新设计的命令格式，参见附表(1~12)和附图2:1)清除MSP430导航电文存储区命令格式，见附表l;命令含义命令标志数据字段(8位)清除导航电文存储区Ox2222Ox88附表l2)清除成功响应格式，见附表2;命令含义命令标志数据字段(16位)清除成功Ox2222Ox88OF附表23)下载导航电文格式(需先发0x222288命令清除Flash，才可由PC机发送给MSP430)，见附图2;4)下载导航电文成功响应格式，见附表3;命令含义命令标志数据字段(16位)下载导航电文成功Ox67880x88OF附表35)配置码发生器命令格式，见附表4;命令标志通道号卫星编号C/A码相位起点C/A码速率修正量导航电文起始坐标导航电文启动时间Z计数起点16位0x8a338位8位16位8位24位8位24位附表46)配置码发生器成功响应格式，见附表5;命令含义命令标志数据字段(16位)配置码发生器成功0x8a330x00OF附表5<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中，命令标志0x9bl1，可以顺序连接8个卫星参数，通道排序可以交换，命令使用样例(16进制)9b11000a00000001000000011AB8010B00000000000000013BEC0211000000000000000142C20312000000000000000142C20402000000000000000142C20516000000000000000142C206030000000000000001341C070400000000000000011AB88)同时配置8个通道命令成功响应格式，见附表7;<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>附表79)启动码发生器命令格式(8位表示8个通道，每bit置1表示启动)，见附表8;<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>附表810)启动码发生器成功响应格式，见附表9;<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>附表911)停止码发生器命令格式(8位表示8个通道，每bit置l表示停止)，见附表10;<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>附表1012)停止码发生器成功响应格式，见附表ll;命令含义命令标志通道号尾字节停止码发生器成功Oxd4a18位XxxxxxxxOxOF附表ll13)输出Flash中导航电文命令格式，见附表12;命令含义命令标志数据字段(8位)输出Flash中导航电文命令0x7188OxOA(所需输出导航电文的卫星号)附表12步骤③由单片机(MSP430F149)完成每个子帧读取、每个字段循环修正和更新(包括Z计数器和奇偶校验等，具体修正算法请参见《NavstarGPSSpaceSegment/NavigationUserInterfaces(IS-GPS-200D)》(由SpaceandMissileSystemsCenter(SMC)和NavstarGPSJointProgramOffice(GP)编制，2004年11月)中关于GPS导航电文分析部分)，再将修正后的导航电文信息和配置参数通过SPI(SynchronousPeripheralInterface)口上传给FPGA。步骤:FPGA根据配置参数生成相应多路C/A码(Coarse/AcqisitionCode)序列，并完成对多路GPS导航电文加扰及并行输出(C/A码生成多项式和加扰算法请参见《GPS导航原理与应用》，王惠南编著，科学出版社)。采用该方法后，FPGA不用存储过多的导航电文，直接通过和MSP之间定时(6秒)完成新的导航电文子帧(300bit)的交互(加扰后的导航电文的播送速率为50bit/s)，就可以实现按需输出加扰后的GPS导航电文数据码流。该方法中的FPGA设计结构图参见附图4。(2)产生"独立"多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"的步骤；ii该步骤中创新设计将"实际或人为编制"的多路完整的导航电文(每颗卫星25页，每页5个子帧，每个子帧300bit。FPGA不存储过多的导航电文，直接通过和MSP之间定时(6秒)完成准备输出的"新的导航电文子帧(300bit)"的交互。)通过串口上传给MSP430F149后(导入格式见附图2)，再由MSP430F149完成多路信息整理、存放，并通过串口完成相关参数配置。由于单片机中存储了多颗卫星的"完整"导航电文(全部24颗卫星的星历)，所以完全可以"独立"工作。只要配置相关参数信息后，系统上电启动，即可"独立"根据现存的GPS导航电文输出"加扰后数据码流"。这为最终实现"灵活、机动"的GPS干扰源提供了完备的基带处理信号。(3)产生"不间断"多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"的步骤；导入及存储在单片机里的导航电文中的Z计数值是无效的(实际GPS卫星信号中的Z计数值是循环累加的)。本方法发明为了仿真真实情况，设计在导航电文输出过程中，MSP430F149定时取到的第一个Z计数值由给定的Z计数器起点参数取代，其后各Z计数值均在前一个Z计数值的基础上加1。同时，MSP430F149负责完成由于Z计数值的变化导致的相应字段校验码的修正。这样系统就能循环"不间断的"正确输出含有全部导航电文信息的数据码流。另外，本发明还通过设计和配置6种系统可变参数来调整导航电文数据码流。这样做的目的是根据GPS卫星信号的实际情况通过参数调整可以更好的仿真真实GPS信号环境。其中所述的6种系统可变参数分别为卫星编号、C/A码相位起点、C/A码速率、导航电文起始坐标、导航电文启动时间和Z计数起点。这些参数的技术特征如下1)卫星编号8位编码，用于指示C/A码发生器生成对应卫星的C/A码码流；2)C/A码相位起点16位编码，0~1022，用于指示码发生器的C/A码输出起点；3)C/A码速率8位编码，设计+/-修正100bps;4)导航电文起始坐标(X，Y):X行(1-125)8位编码，Y列(1~300)16位编码；5)导航电文启动时间8位编码，首bit导航电文输出前C/A码空转时间；6)Z计数起点24位编码，17位有效，每个子帧循环加l。以上参数具体使用和实现方法请参见《GPS导航原理与应用》，王惠南编著，科学出版社。除此以外，本发明的技术方案中还提供同时输出GPS导航电文的"加扰后"和"加扰前"信息的方式，为数据检测提供帮助。通过同时提供2个硬件接口，用于输出"加扰后"和"加扰前"信息，这样可以更好的实现数据检测，并为GPS干扰做准备。接口布局参见附图l。本发明还创新设计了"O通道"串口自动反馈显示"正在输出的数据码流对应的导航电文"的功能，可方便的用于数据码流信息的检测。通过在产生"加扰后数据码流"的同时，针对"O通道"，由MSP430控制串口自动反馈显示"正在输出的数据码流对应的导航电文"。这样可以通过计算机直观、有效的观测和控制数据码流的输出过程。实际使用中，可以将不同的卫星配置到"O通道"，以观测其数据码流对应信息的输出。本发明的有益效果如下1、独立性"加扰后数据码流"完全基于初始导入的GPS导航电文和相关参数，可以独立完成工作，不依赖"实际"GPS信号。导入的GPS导航电文和相关参数可"人为"编制，从而可以成为GPS干扰源的重要部分。该方法为此，创新设计了"单通道和多通道参数配置"、"清除、导入和存储导航电文"、"启动和停止输出C/A码流"、"输出FLASH中存储的导航电文"等的命令格式和工作流程。2、不间断性该方法设计中完成了对已导入的多路GPS导航电文数据帧(每帧1500bit)的循环修正和更新(包括Z计数器和奇偶校验)，从而可以依照标准GPS导航电文格式，实现"加扰后数据码流"的不间断输出。3、并行性该方法可以"并行"输出"多路"数据码流。即可以同时仿制生成多颗卫星的虚假信息。4、可变性该方法设计"加扰后数据码流"可以根据以下6种参数的不同而改变，包括卫星编号、C/A码相位起点、C/A码速率、导航电文起始坐标、导航电文启动时间和Z计数起点。5、易检测性该方法不仅可以输出GPS导航电文的"加扰后"信息，还设计同时输出"加扰前"信息，以用于信息检测。此外，还创新设计了"o通道"串口自动反馈显示"正在输出的数据码流对应的导航电文"的功能，可方便的用于"加扰后数据码流"对应信息的检测。上述技术优点本发明不仅可以有效产生独立、不间断多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"，并且还能提供多种检测手段，可应用于GSP干扰系统中。以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。图1为本发明所应用的系统结构示意图。图2为多路原始导航电文的整合后的每颗卫星的起始数据流图样示意图。图3为本发明所涉及的码发生器与PC机的交互接口示意图。图4为本发明所涉及的FPGA设计结构图。具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。根据上述
发明内容中的技术方案和原理，本发明方法在具体实现时通过导入由该方法所设计出的"C/A码及导航电文发生器"来解决GPS干扰系统中的基带处理部分的难题。该实现步骤如下1.依据系统结构图(参见附图1)搭建应用系统，MSP430和FPGA由SPI接口互连；2.MSP430需设计串口与PC机互连以实现完整的导航电文导入和参数配置。同时需根据配置的参数完成相关指示和导航电文修正；3.FPGA通过SPI接口得到MSP430的参数指示，并根据指示配置C/A码发生等相关参数；4.FPGA定时6秒发出中断，得以循环、不间断读取MSP430给出的修正后的导航电文(l个子帧，300bit);的数据码流)，每个子帧6秒。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。权利要求1、用于GPS干扰系统中产生“加扰后数据码流”的实现方法，该方法基于现场可编程门阵列和单片机，其特征在于，通过串口实现多路GPS导航电文信息导入、参数配置和检测信息反馈，再由单片机自动完成对GPS导航电文的循环修正和更新，最后通过现场可编程门阵列生成相应多路C/A码序列，同时完成对多路GPS导航电文加扰及数据码流的循环、不间断、并行输出。2、根据权利要求1的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，产生并行、多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"的技术步骤包括①通过串口实现多路GPS导航电文信息导入；②完成单通道/多通道参数配置和检测信息反馈；③由单片机MSP430F149完成每个子帧读取、每个字段循环修正和更新，再将修正后的导航电文信息和配置参数通过SPI口上传给FPGA;FPGA根据配置参数生成相应多路C/A码序列，并完成对多路GPS导航电文加扰及并行输出。3、根据权利要求2的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，所述步骤①具体是对导入的原始文件进行整合，将不同卫星/不同通道的GPS导航电文采用十六进制0x000x000x000x000x000x00个字节OxOA表示后续的GPS导航电文的卫星号；由单片机MSP430F149完成对8路GPS导航电文的整帧区分和存储。4、根据权利要求2的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，步骤②所述完成单通道/多通道参数配置和检测信息反馈具体是指和计算机串口命令交互的流程；这些命令格式包括1)清除MSP430导航电文存储区命令格式；2)清除成功响应格式；3)下载导航电文格式；4)下载导航电文成功响应格式；5)配置码发生器命令格式；6)配置码发生器成功响应格式；7)同时配置8个通道命令格式；8)同时配置8个通道命令成功响应格式;9)启动码发生器命令格式；10)启动码发生器成功响应格式；11)停止码发生器命令格式；12)停止码发生器成功响应格式；13)输出Flash中导航电文命令格式；5、根据权利要求1的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，产生"独立"多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"的技术步骤具体是将"实际或人为编制"的多路完整的导航电文，通过串口上传给MSP430F149后，再由MSP430F149完成多路信息整理、存放，并通过串口完成相关参数配置；等到单片机中存储了多颗卫星的"完整"导航电文并配置相关参数信息后，系统上电启动，就可以"独立"根据现存的GPS导航电文输出"加扰后数据码流"，为最终实现"灵活、机动"的GPS干扰源提供了完备的基带处理信号。6、根据权利要求5的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，所述"实际或人为编制"的多路完整的导航电文的数据为每颗卫星25页，每页5个子帧，每个子帧300比特。FPGA不存储过多的导航电文，直接通过和MSP之间定时(6秒)完成准备输出的"新的导航电文子帧(300bit)"的交互。7、根据权利要求1的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，产生"不间断"多路"C/A码加扰后GPS导航电文数据码流"的技术步骤具体是在导航电文输出过程中，MSP430F149定时取到的第一个Z计数值由给定的Z计数器起点参数取代，然后各Z计数值均在前一个Z计数值的基础上加1;同时MSP430F149负责完成由于Z计数值的变化导致的相应字段校验码的修正；这样系统就能循环"不间断的"正确输出含有全部导航电文信息的数据码流。8、根据权利要求1的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，本发明为了调整导航电文数据码流还设计和配置6种系统可变参数；这些参数的技术特征如下1)卫星编号8位编码，用于指示C/A码发生器生成对应卫星的C/A码码流；2)C/A码相位起点16位编码，0-1022，用于指示码发生器的C/A码输出起点；3)C/A码速率8位编码，设计+/-修正100bps;4)导航电文起始坐标(X，Y):X行(1~125)8位编码，Y列(1~300)16位编码；5)导航电文启动时间8位编码，首bit导航电文输出前C/A码空转时间；6)Z计数起点24位编码，17位有效，每个子帧循环加l。9、根据权利要求1的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，本发明的技术方案中还提供同时输出GPS导航电文的"加扰后"和"加扰前"信息的方式；通过同时提供2个硬件接口，用于输出"加扰后"和"加扰前"信息，这样可以更好的实现数据检测，并为GPS干扰做准备。10、根据权利要求1的用于GPS干扰系统中产生"加扰后数据码流"的实现方法，其特征在于，本发明还设计了"O通道"串口自动反馈显示"正在输出的数据码流对应的导航电文"的功能；通过在产生"加扰后数据码流"的同时，针对"0通道"，由MSP430控制串口自动反馈显示"正在输出的数据码流对应的导航电文"；以便可以通过计算机直观、有效的观测和控制数据码流的输出过程；实际使用中，可以将不同的卫星配置到"O通道"，以观测其数据码流对应信息的输出。全文摘要本发明公开了一种用于GPS干扰系统中产生“加扰后数据码流”的实现方法。该方法可以独立、不间断产生多路“C/A码加扰后GPS导航电文数据码流”，可用于产生多路GPS定位干扰信号。该方法发明主要基于现场可编程门阵列(FPGA)和单片机(MSP430等)搭建的系统，实现多路GPS导航电文信息导入、参数配置和检测信息反馈，并对已导入的多路GPS导航电文数据帧(每帧1500bit)循环修正和更新(包括Z计数器和奇偶校验)，进而实现多路“C/A码加扰前/后GPS导航电文数据码流”的独立、不间断、并行输出。该方法具有独立性、不间断性、并行性、可变性和易检测性等特点。可以用于实现局域范围内对GPS信号的干扰。该发明可广泛应用于军用、信息安全等领域。文档编号H04L1/00GK101246207SQ20071017249公开日2008年8月20日申请日期2007年12月18日优先权日2007年12月18日发明者曾梦琪,峻杨,淦克奇申请人:上海复控华龙微系统技术有限公司