2022年张喜合开题分析方案.pdf

1 / 11 杭州电子科技大学毕 业 设计 <论 文 ）开 题报 告题目转发式 GPS欺骗干扰机的仿真建模与实现学院通信工程学院专业信息对抗技术姓名张喜合班级09083511学号09083132指导教师孙闽红精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页2 / 11 转发式 GPS欺骗干扰机的仿真建模与实现一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.1 选题的根据和意义自1957年前苏联将世界第一颗人造卫星送入环地轨道以来，针对卫星信号的干扰与抗干扰技术的发展日新月异GPS是英文 Global Positioning System<全球定位系统）的简称GPS起始于 1958年美国军方的一个工程，1964年投入使用卫星导航系统最基本也最重要的功能，是在广达5.1亿平方公里的巨大地球表面，给任意一个物体定位，由此而来，衍生了测速、轨迹描绘、导航、防盗反劫、服务救援、远程监控等等重要的应用目前，世界上主要的卫星导航系统包括：美国的 GPS、欧盟的 GALILEO 、俄罗斯 GLONASS和中国的北斗导航系统，其中美国的GPS应用最为广泛。

卫星导航系统不仅在民用领域<如个人位置服务、气象应用、道路交通管理、铁路智能交通、海运和水运、航空运输、应急救援等）得到广泛应用并产生具大社会和经济效益，而且在军事领域更具重要性卫星导航系统由于卫星信号功率较低，GPS信号的能量大约相当于在数千公里以外一盏家用电灯的能量，要比广播电视的信号要弱1,000,000,000 倍，正是因为它过于微弱，因而极易受到多种形式的有意或无意干扰，导致接收机导航定位性能下降，甚至无法正常工作在美国发动的第二次海湾战争中，由于伊拉克使用了据说是从俄罗斯购进的 GPS干扰系统，使多枚美国精确制导导弹偏离了轨道，从而使得GPS干扰问题引起了世人广泛的关注美国政府、工业部门和学术界对GPS受干扰的问题进行了大量研究和模拟，提出即使没有掌握先进技术的敌方也能容易、快速、廉价地制造和使用许多GPS干扰机，以摧毁依靠 GPS制导的美国武器和其它平台如1994年9月，在约翰 · 霍普金斯大学应用物理实验室举行的一次航空航天工程师和其它专业人员的研讨会上，首次公开展示了一种得烟盒大小的自制干扰机，它采用12伏电池作动力，产生 100毫瓦的输出功率，通过一根细小的全向天线发射信号。

据设计者称，该装置足以干扰半径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干扰机现在到处可以买到，甚至可通过因特网采购到这种装置这种干扰机重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目前，俄罗斯的 GPS干扰技术已进步到第六代，不但重量轻，便携式，而且作用距离达到数百公里但是 GPS 卫星信号抗电子干扰方面异常脆弱, 传输功率小，信号频率公开, 是GPS 易受干扰的重要原因通过发射与GPS信号相类似的干扰信号，误导GPS接收精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页3 / 11 机偏离准确的导航和定位，这个过程就是GPS欺骗干扰本文主要概括转发式GPS欺骗式干扰的发展与应用1.2 国内外研究动态1997 年，Glisie S等[1]提出了 GPS系统采用典型的CDMA 体制，这种扩频调制信号具有低截获概率特性，系统以码分多址形式区分各卫星信号2000 年，周义，王自焰[2]在论文中概括出了转发式GPS干扰系统图，如图所示并提到，对GPS 进行欺骗性干扰可从两方面入手: 给出虚假导航信息或增加信号延时时间 , 可分别采用产生式和转发式干扰。

文中预测，对欺骗式干扰而言, 干扰机的趋势是智能化即能准确估算目标所接收到的卫星测量值大小, 并随机给这些测量信号加上适当的不可检测的偏差值, 以较小的偏差值实施有效干扰2001 年，孙智信[3]在其论文中提出，转发式干扰利用信号的自然时延容易实现, 关键在于解决收发隔离问题转发式干扰还要从- 20~ -30dB 的信噪比中提取、放大信号 , 以保证信号不畸变或较少畸变, 并提高输出信噪比2005 年，范俊辉等[4]指出，转发式干扰是通过利用信号的自然延迟, 对敌方的GPS接收机进行干扰 , 这种方法不需要知道信号的形式和伪码结构，实现简单显然，转发式干扰优于产生式干扰, 欺骗式干扰的研究的重点应该放在转发式干扰上2006 年，张翰林等[5]在论文中提出，对现代化GPS实施有效干扰难度越来越大,随着新频段和新码的使用, 从信噪比中提取高保真有用信号时, 接收机很容易被欺骗信号所欺骗在使用了新频段和新码的现代化GPS中, 干扰技术相对比较容易实现为实现 GPS 转发式欺骗干扰，有以下几个关键问题：1，收发隔离问题精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页4 / 11 2002年，为解决这个问题，Rabbany[6]首次给出经典的双星协同的二级转发机制，但是它比较复杂。

星载转发式干扰机功率放大本振3GHz本振3GHz带通滤波1575.42MHz1575.42MHz2，降低信号畸变和提高信嗓比为降低信号畸变、提高信噪比，应考虑使用具有较宽天线波束的天线，并在带通滤波器后面加装低噪放大器3，动态时延控制先通过 A／D转换将模拟信号转换成数字信号，然后采用多抽头可控数字延迟线来实现数字信号的动态时延，最后再通过D ／A转换还原为模拟信号1994 年，Sally L[7]等认为，对于 GPS 卫星信号的捕获是一个二维捕获过程捕获结果是使本地参考码和接收码相位差值小于一个码元宽度，且收发码时钟频率基本一致，同时使载波相互对准，从而实现输入信号与本地信号的粗同步1999 年，Braasch M[8]在论文中认为，作为GPS 接收机的处理核心，由捕获和跟踪组成的同步过程是尤为关键的GPS卫星信号在到达接收机后，经天线前端处理(低噪放、下变频、采样等>后，随即进入信号的同步阶段第二年，Brown A．等[9]认为，为捕获到GPS卫星信号，需要同时复现卫星的码相位和载波频率，对GPS信号的搜索和捕获，并给出了四种方法①伪码串行、载波串行②伪码串行、载波并行③伪码并行、载波串行④伪码并行、载波并行2018 年，刘慧越等[10]利用多径估计理论，提出了一种新的基于最大似然估计的 GPS转发式干扰信号估计技术。

阐述了转发式干扰的原理，建立了GPS接收机对转发式干扰信号相干积分累加的数学模型，推导了转发式干扰最大似然估计的计算公式仿真实验表明：该技术可以在有色噪声奈件下，对多个转发式信号进行较精确的估计结合上述认知转发式GPS欺骗干扰机的现状，预计认知转发式GPS欺骗干扰机会沿着以下几个方面发展：1，基础理论和相关应用的研究包括：GPS基本运行机制，常见干扰计算与抗干扰方法，以及 GPS 信息传输基础理论等2，解决转发式 GPS 欺骗干扰的关键问题，例如收发隔离机制的简化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页5 / 11 3，民用 GPS信息编码加密防热为恶意干扰，以及军用GPS 加密编码的研发，并不断改进 GPS 的测算精度4，干扰机智能化，能准确估算目标所接收到的卫星测量值大小, 并随机给这些测量信号加上适当的不可检测的偏差值, 以较小的偏差值实施有效干扰 GPS导航系统在精确打击武器上的应用十分广泛，已经成为军事基础设施的一个基本组成部分如果能成功破坏GPS卫星导航系统的工作，那么，就能大大减少新一代精确打击武器的效果，削弱敌方的侦察、调度、后勤保障等对于战争来说至关重要的军事活动的能力，扭转战争局面。

对GPS的成功干扰将明显地削弱敌军在信息化战争中的优势，因此是我军对敌斗争的重要手段本文先是概括了几个与GPS干扰机相关的概念，就国内外动态，简要说明了在转发式 GPS欺骗干扰机的研究领域解决关键问题的方法着重解释了转发式GPS欺骗干扰机的设计关键以及GPS信号的搜索与捕获另外，本文简要说明了最新的基于最大似然估计的GPS 转发式干扰信号估计技术二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：研究的基本内容1，转发式 GPS欺骗干扰机原理分析2，对转发式 GPS欺骗干扰机动态行为建立模型3，基于 MATLAB/SIMULINK仿真实现产生式 GPS欺骗干扰机4，撰写论文拟解决的主要问题1，掌握 GPS欺骗干扰机原理2，建立转发式 GPS欺骗干扰机动态模型3，仿真实现产生式 GPS欺骗干扰机三、研究步骤、方法及措施：1,GPS接收机的定位原理和转发干扰的方法和原理1.1 ，GPS 简要测距方法 GPS 接收机定位导航采用的是测量“伪距”来定位的，其基本原理是同时接收四颗或四颗以上的卫星信号，通过测量各个卫星信号到接收机的时间差，计算出卫星与接收机的距离，“伪距”经过误差修正后就可以得到真实的距离1.2GPS转发干扰“转发式”干扰利用信号的自然延时，因此干扰信号与导航信号完全相同，只是延时不同，另外转发式干扰信号经过放大信号的幅度大于导航信号的幅度GPS 接收机完全有可能将转发的干扰信号捕获到从而获得错误的伪距使GPS 接收机达不到精确的定位。

精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页6 / 11 下变频LNAFIFO时钟控制DACADC上变频放大器信号接收单元干扰发送单元干扰生成单元GPS 转发干扰部分可以由信号接收、干扰信号生成和信号发射等部分来实现其中，信号接收部分通过接收天线接收GPS 卫星信号，经过滤波、放大、混频、正交混频等处理后，送至干扰信号生成部分；干扰信号生成部分则通过多抽头可控数字延迟线进行延时控制，将经过延时的正交分量D ／A转换后通过正交混频器还原为GPS 信号，并将此信号经滤波、功率放大后，经发射天线发射出去，从而完成GPS 信号的整个转发过程最佳转发干扰参数的设定应该遵循下面的原则：(1>干扰载频与信号载频瞄准；(2>干扰和信号两者的伪码速率相近；(3>干扰伪码序列和信号伪码序列相关，要求互相关值最大2，建立转发式 GPS欺骗干扰机动态模型系统基本模型如下其中，我们将对干扰机模块进行重点模拟，框图如下典型的转发式干扰机结构框图如图所示，其中信号接收单元接收GPS卫星信号，进行相应处理，将模拟信号转换为中频数字信号；干扰生成信号单元产生延迟干扰信号，根据控制单元输出的控制指令，由FPGA控制的 FIFO进行延时控制，将经过延时的数据经 DAC转换后，生成干扰信号；干扰信号发送单元发送干扰信号，由微处理控制单元输入控制指令，进行相应处理后发送出去。

从图3中可以看出，转发式干扰机的主要器件包括：低噪声放大器、滤波器、混频器、晶体振荡器、模数转换器、数模转换器、时钟控制和FIFO等需要分别对这些主要器件对干扰信号产生的细微影响进行分析并建模精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页7 / 11 3，仿真建模3.1 GPS 信号的转发干扰模块分为通信接收部分、延迟转发部分和通信发射部分，它是转发式干扰机的主要组成部分首先由通信接收部分接收到GPS卫星的仿真信号，然后通过三次降频，将信号降为中频随后进入延迟转发模块，首先将信号解调为数字信号，然后通过多抽头可控延迟线控制信号延迟其中，信号接收单元原理图如下：第一中频处理混频器2低噪放带通滤波器 2混频器1第二中频处理带通滤波器 1混频器3带通滤波器 3第一本振带通滤波器 4第二本振带通滤波器 5第三本振低通滤波ADC接收信号中频数字输出首先接收到的中频调制信号，通过解调将信号变为数字信号，然后用存储器存储存储转发过程如图通 信 的 发 射 部 分 主 要 功 能 是 将 中 频 的 模 拟 信 号 上 变 频 至GPS L1(1575．42MHz>L2(1227 ．60 MHz> 频率并放大输出。

如图带通滤波器 1混频器 1带通滤波器 2混频器 2带通滤波器 3功率放大器延迟转发信号第一本振第二本振转发干扰信号生成3.2 接收转发的 GPS信号作为 GPS 接收机的处 N核心，由捕获和跟踪组成的同步过程是尤为关键的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页8 / 11 干扰信号与原信号有不同的功率比值, 通过比较仿真接收机得到效果图中可以发现，当干扰信号的功率与原信号的功率相同时，原信号捕获的相关峰值高于干扰信号由此可以判断出跟踪解调的是原信号随着干扰信号的功率的增大，干扰信号捕获的相关值逐渐增大当干扰信号的功率是原信号的1．5 倍时，跟踪解调的是干扰信号而并非原信号，这样就实现了对GPS卫星信号的转发干扰最后当干扰信号的功率大于或等于原信号的4 倍时，原信号基本被压制在噪声中，只有干扰信号的相关峰值4，仿真使用 MATLAB/SIMULINK 仿真上述实验，分别得出各干扰效果图然后改变各个参数，重复实验，分析实验结果，撰写论文四、研究工作进度：序号时间内容1 2018.9.16-2018.10.15 查阅文献，熟悉课题及相关知识内容，提交申请表2 2018.10.16-2018.10.22 撰写并完成开题报告，英文文献翻译和文献综述3 2018.10.23-2018.10.25 开题答辩4 2018.10.26-2018.11.15 整理转发式GPS欺骗干扰机设计方法5 2018.12.2-2018.12.10 期中检查6 2018.12.11-2018.12.20 根据转发式GPS 干扰机功率特性与转发干扰原理，模拟仿真实验7 2018.12.21-2018.12.31 通过实验，验证GPS欺骗干扰机的运作效果，撰写论文8 2018.1.1-2018.1.10 成果验收9 2018.1.11-2018.1.16 毕业设计答辩参考文献[1]Glisic S，Vucetic B．，Spread Spectrum CDMA Systems for Wireless Communications，Artech House[C]，March 1997: 383．[2]周义，王自焰， GPS 干扰与反干扰 ——电子战新焦点 [J]，飞航导弹2001 年第4 期：31-47。

[3]孙智信 . GPS 导航系统的电子攻防对抗研究综述[ J] . 航天电子对抗 , 2001.1:5-11精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页9 / 11 [4]范俊辉，田斌，王勇，田红心，易克初,G P S 干扰技术研究 [J],广东通信技术， 2005年25卷2期：70-73 [5]张翰林 , 张国定 , 刘宝，对现代化 GPS 的欺骗式干扰研究 [J]，光盘技术， 2006 年第4 期：36-38. [6]El-Rabbany A．，Introduction to GPS：the Global Positioning System[M]．Artech House，2002:1-11．[7]Sally L.Fridge ，Stephen R．beloach ．Real-Time On-The-Fly KineMatic GPS System Results[J]，Navigation，Summer 1994．175—186．[8]Braasch M．and Van Dierendonck A．，GPS Receiver Architectures and Measurements[J] ，Proc．Of the IEEE，V01．87，No．1，January 1999:48-64 ．[9]Brown A ．，Neil Gerein，and Keith Taylor, Modeling and Simulation of GPS Using Software Signal Generation and Digital signal Reconstruction[R]，Proc．of ION Technical Meeting，Anaheim，CA，January 2000:4-11 ．[10]刘慧越，张爱勇，唐斌，基于最大似然的GPS转发式干扰信号估计方法 [J]，GNSS WORLD OF CHINA ，2018,35(3>：10-12。

[10]刘慧越，张爱勇，唐斌，基于最大似然的GPS转发式干扰信号估计方法，GNSS WORLD OF CHINA ，2018,35(3> 六、指导教师审核意见：该同学在前期准备过程中学习了关于认知无线电的基本概念和超宽带信号设计与生成及分析的基本方法，阅读了相关参考文献对本课题所研究的内容有了较清精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页10 / 11 晰的认识，叙述了将采用的研究步骤、方法和措施，及并较合理地安排了完成毕业论文的相关进度，同意开题指导教师签字：年月日七、系<教研室）评议意见：该同学的开题报告由认知无线电和超宽带信号的概念出发，较系统地介绍了其各自的性能及发展过程通过分析认知无线电和超宽带信号结合的可行性，分析了几种典型的认知超宽带信号波形设计方案，并较合理地安排了完成毕业设计论文的相关进度可知该同学已查阅了一定的国内外相关文献，对课题所处领域的研究现状有了较为清晰的了解，同意开题系<教研室）主任签字：年月日八、开题小组评审意见：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页11 / 11 该同学的开题报告较详细地介绍了认知无线电和超宽带信号各自的特性和发展过程，分析了将两者结合的可行性及本课题所处领域的研究现状。

可知该同学查阅了一定的国内外相关文献，并做了系统地整理，对本课题接下来所要完成的任务有了一定的了解，并初步制定了各阶段的完成步骤同意开题开题小组负责人签字：年月日九、学院领导审核意见：1．通过； 2．完善后通过；３．未通过学院领导签字：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页。