一种北斗抗宽带干扰识别系统的制作方法

本发明涉及电力北斗系统技术，具体涉及一种北斗抗宽带干扰识别系统。

背景技术：

1、电力系统是国家关键基础设施，电力安全关系国计民生，是国家安全的重要保障，与经济安全、网络安全、社会安全诸多领域密切关联，由于电力作业的环境复杂、范围广泛，依赖北斗卫星定位或授时功能作业的终端设备面临的不可控因素较多，作业区内可能存在针对反无装备的影响作业的导航卫星干扰信号和欺骗信号，导致终端设备无法正常工作和带来危害，比如依赖卫星高精度授时的输电线路分布式故障定位终端失去作用，全自主巡检无人机不能准确定位飞入禁区带来次生危害，从而影响北斗在电力生产作业中的应用；

2、对全省范围内的电力北斗卫星信号中的干扰信号和欺骗信号进行分析、识别、剥离至最终达到抗干扰与防欺骗的目的，确保电网空域附近电力北斗系统应用的可靠性，保障电力北斗授时的准确性和电力巡检无人机定位型装备的安全应用，及时掌握各地区的导航卫星信号状态，加强对干扰信号和欺骗信号识别与监测，做到信号源定位，从而在发现异常时及时进行处理，保障各类北斗终端设备的正常工作，同时通过对干扰信号和欺骗信号的长期跟踪研究，为终端抗干扰、防欺骗技术的研究提供必要的基础，为更多高可靠的终端研制及北斗技术应用方案提供技术保障，确保终端在应用过程中的可靠性与稳定性，为此，有必要建立一种北斗抗宽带干扰识别系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种北斗抗宽带干扰识别系统，以解决现有技术中的上述不足之处。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种北斗抗宽带干扰识别系统，包括北斗卫星信号干扰源与欺骗信号仿真模块、北斗卫星信号干扰和欺骗信号采集与分析模块以及北斗卫星信号抗干扰与防欺骗技术应用模块；

3、所述北斗卫星信号干扰源与欺骗信号仿真模块是用来生成各类型gnss干扰和诱骗信号，所述欺骗信号和空口信号相互混合，所述空口信号指各种协议的无线电信号，仿真模拟的带有诱骗信号的作业场景，从而对运行设备的抗干扰和防欺骗性能进行评估型测试验证处理，在实验室场景下生成伪卫星信号（欺骗信号）和干扰信号，灵活构造错误的时间、位置信号实现对北斗接收机的欺骗与干扰，影响北斗接收机（终端设备）的授时、定位功能，通过北斗卫星信号干扰源与欺骗信号仿真模块控制干扰信号、欺骗信号的强度、频段、模式参数，实现对电力北斗终端设备的应用干扰，如影响巡检无人机的自主飞行，通过建立北斗卫星定位抗干扰和防欺骗技术研究环境，对不同的终端设备进行抗干扰和防欺骗仿真，掌握各类业务终端在北斗卫星信号异常情况下的隐患；

4、所述北斗卫星信号干扰与欺骗信号采集与分析模块是gnss系统的主要监测模块，用于在各个重要变电站所建设分布式的gnss信号的实时监测分析能力，采集分析模块对gnss卫星信号进行实时采集并进行信号处理和信号分析处理；

5、所述北斗卫星信号抗干扰与防欺骗技术应用模块是平台上的主要应用模块，对异常信号的影响范围、后果进行评估，建立北斗信号防欺骗、抗干扰防御体系，确定干扰时间、范围、欺骗方式及手段，对干扰、欺骗信号源进行定位，及时发现异常信号的出现并为无人机巡检业务提供预警处理，所述北斗卫星信号抗干扰与防欺骗技术应用模块与电力北斗定位服务技术监督平台相互配合，通过对监测区域的北斗卫星导航信号进行实时监测，同时对干扰源和欺骗信号源的自动监控，实现省内北斗卫星信号状态的主动监测。

6、进一步地，所述北斗卫星信号干扰源与欺骗信号仿真模块包括信号发生器、仿真控制软件、射频分合路调理及射频测量器、被测终端和对天信号器，所述信号发生器用于对卫星信号发射时的频率、波形和输出电平电信号的电参数进行检测显示；

7、所述仿真控制软件由一个同步测试控制中心和多台同步相控仿真装置构成，通过同步测试控制中心控制多台同步相控仿真装置输出的稳态三相交流电流、电压、频率、相角信号，实现对广域卫星信号实时动态监测，进行控制；

8、所述射频分合路调理及射频测量器，包括射频信号分合路设备，通过射频信号分合路设备对卫星信号的频率进行调理和测量处理；

9、所述被测终端，包括gnss接收器，通过gnss接收器对异常北斗卫星信号的检测与初步判断，在北斗卫星信号异常时主动采集异常信号并将数据发送至北斗卫星信号干扰识别与防欺骗平台；

10、所述对天信号器，包括信号采集与分析模块，通过信号采集与分析模块对异常信号进行准确分析，判定采集点处的卫星导航信号是否存在干扰以及欺骗信号的特征，实现对干扰信号或欺骗信号的识别，通过实际干扰信号电平值的计算进行宽带干扰情况，实际干扰信号电平值的计算公式如下：i=pi+li+gi+gr-lr-lsd-xpd+k，其中i为微波收信机输入端干扰信号功率，单位是dbm，pi为干扰发信机输出端信号功率，单位是dbm，gi为卫星地球站天线在干扰站方向的天线增益，单位是dbi，gr为微波天线在被干扰源方向的天线增益，单位是dbi，lr为接收端馈线系统损耗，单位是db，li为干扰站发射端馈线系统损耗，单位是db，lsd为路径传输损耗，单位是db，xpd为交叉极化去耦，单位是db（由于影响不大可以省略），k为宽修正因子，。

11、进一步地，所述北斗卫星信号干扰和欺骗信号采集与分析模块由分布式的gnss抗干扰防欺骗检测装置以及嵌入在卫星信号干扰识别和终端防欺骗平台内的gnss干扰识别和欺骗分析软件组成，所述gnss抗干扰防欺骗检测装置采用电力抗干扰防欺骗卫星授时模块，所述电力抗干扰防欺骗卫星授时模块支持授时功能，同时支持异常信号监测功能，可以在干扰和欺骗信号场景下运行工作，对干扰信号和欺骗信号给出异常报警指示，通过干扰信号允许值的计算进行干扰信号的预警处理，干扰信号允许值计算采用如下公式进行评估：

12、任何月份 20%以上时间，干扰信号电平允许值为：i0=10igtr-176.6（任一4khz带宽）；

13、2、任何月份0.01%以上时间，干扰信号电平允许值为：i0=l0igtr-159.6（任一4khz带宽），其中i0为微波接收机输入端干扰信号允许值，单位是dbwt，tr为微波接收机的噪声温度，单位是k，对于噪声温度tr，可用如下计算公式：tr=（f-1）×290，其中f为微波接收机的噪声系数；

14、通过门限恶化量来估算干扰信号允许值（干扰容限值），门限电平是指恰好满足中断概率指标的接收信号电平，通过描述门限恶化的一种方法给出最大干扰信号允许值，最大干扰信号允许值计算公式如下：i0=rth-10+se，其中i0为最大干扰信号允许值，单位是dbm，rth为被干扰的微波接收机门限电平值，单位是dbm，se为被干扰的微波接收机有效选择性，单位是db，当干扰超过底噪声10～18db时发出干扰预警，当干扰超过底噪声20db时发出干扰告警；

15、所述gnss抗干扰防欺骗检测装置包括有源天线、gnss抗干扰防欺骗模块和gnss防护前置处理软件；

16、所述gnss防护前置处理软件运行于gnss抗干扰防欺骗检测装置的内部，实现对gnss抗干扰防欺骗模块的驱动，并且通过接口发送采集数据，所述gnss防护前置处理软件控制gnss抗干扰防欺骗检测装置对原始gnss信号进行采集处理；

17、所述有源天线用于对gnss的信号进行接收并发送给gnss抗干扰防欺骗模块；

18、所述gnss抗干扰防欺骗模块用于对gnss卫星信号进行实时检测，初步判断其中是否存在干扰和欺骗，当数据出现可疑异常时，将事件信息报告发送给gnss前置处理软件进行处理；

19、所述gnss干扰识别和欺骗分析软件运行于平台内的核心信号处理软件，对现场侧采集的原始gnss信号联合时、频、空域多维度信息进行联合信号分析，提取信号的深度特征，并对干扰和欺骗信号进行定性和定量分析，给出检测结果，通常gnss信号中包含了c/a码和p码，由于p码是作为军事用途，并不对外公开，因此本文以民用范围的c/a码为研究对象，c/a码的数学形式表示为：sr=ac(n)d(n)cos(2πnf+φr)+w(n)，其中a表示信号的幅度，c(n)是c/a码，d(n)为导航电文，f为载波频率，φr为载波相位，w(n)为高斯白噪声，欺骗信号为了实现对接收机的干扰，需要保证载波频率与卫星信号一致，以上表达式仅考虑了单颗卫星的情况；

20、通过计算用户到各颗卫星之间的伪距确定用户位置，若卫星发出信号时刻为ts，该信号被接收机接收时刻为tu，忽略钟差，伪距计算公式如下：pr=c(tu-ts)，其中c表示光速；

21、当接收机把欺骗信号当作正确信号时，若欺骗信号相对卫星信号有延迟为τ，则解算出的伪距表示为：ps=c(tu-ts)+cτ，实时检测接收信号中是否存在欺骗信号，当存在欺骗信号时，关闭输出信号以实现欺骗信号隔离，同时发出欺骗告警。

22、进一步地，所述北斗卫星信号抗干扰与防欺骗技术应用模块包括干扰和欺骗特征数据库、历史数据统计模块、干扰欺骗源定位、实时数据处理模块以及预测和预警发布模块；

23、所述实时数据处理模块用于将gncc干扰识别和欺骗分析软件接收的实时数据信息进行分析整理，并将分析整理后的数据信息分别发送给干扰和欺骗特征数据库、干扰欺骗源定位以及预测和预警发布模块；

24、所述干扰和欺骗特征数据库用于将干扰时间、范围、欺骗方式及手段进行数据储存，并将数据库数据信息发送给历史数据统计模块以及预测和预警发布模块；

25、所述历史数据统计模块用于对之前的收到的干扰数据和欺骗数据进行统一统计处理，并将统计的数据信息发送给预测和预警发布模块；

26、所述干扰欺骗源定位用于对受到的干扰和欺骗信号源进行快速定位处理，并将源定位数据信息发送给预测和预警发布模块；

27、所述预测和预警发布模块用于及时发现异常信号的出现并给无人机巡检业务提供预警处理。

28、进一步地，所述信号发送器的输出端与射频分合路调理及射频测量器的输入端相连接，所述射频分合路调理及射频测量器与仿真控制软件之间实现双向连接，所述仿真控制软件与信号发生器之间实现双向连接，所述射频分合路调理及射频测量器的输出端与被测终端的输入端相连接，所述被测终端的输出端与仿真控制软件的输入端相连接，所述对天信号器的输出端与射频分合路调理及射频测量器的输入端相连接。

29、进一步地，所述有源天线的输出端与gnss抗干扰防欺骗模块的输入端相连接，所述gnss抗干扰防欺骗模块与gnss防护前置处理软件之间实现双向连接，所述gnss防护前置处理软件与gnss干扰识别和欺骗分析软件之间实现双向连接，有源天线无欺骗信号时，gnss抗干扰防欺骗检测装置内两个射频开关闭合，北斗和gps有源天线接收信号直接送给下级设备，下级设备接收卫星信号并处于卫星授时工作状态，当一个天线（北斗或gps）有欺骗信号时，gnss抗干扰防欺骗检测装置关断有欺骗信号通道的射频开关，同步时钟按卫星信号选择逻辑，选择另一无欺骗信号的卫星信号授时，当两个天线同时存在欺骗信号时，隔离网关内部两个射频开关同时关断，gnss抗干扰防欺骗检测装置只把不存在欺骗信号的接收信号送给下级设备，即使下级设备没有防欺骗能力，也可避免被欺骗。

30、进一步地，所述gnss干扰识别和欺骗分析软件的输出端与实时数据处理模块的输入端相连接，所述实时数据处理模块的输出端分别与干扰和欺骗特征数据库、干扰欺骗源定位以及预测和预警发布模块的输入端相连接，所述干扰欺骗源定位的输出端与干扰和欺骗特征数据库的输入端相连接，所述干扰和欺骗特征数据库的输出端与历史数据统计模块的输入端相连接，所述历史数据统计模块的输出端与预测预警发布模块的输入端相连接。

31、与现有技术相比，本发明提供的一种北斗抗宽带干扰识别系统，本系统通过确保电网空域附近电力北斗系统应用的可靠性，保障电力北斗授时的准确性和电力巡检无人机定位型装备的安全应用，同时开发电力北斗卫星干扰与欺骗信号源监测平台及时掌握各地区的导航卫星信号状态，加强对干扰信号和欺骗信号识别与监测，做到信号源定位，使得本发明不仅在发现异常时及时进行处理保障各类北斗终端设备的正常工作，同时对干扰信号和欺骗信号的长期跟踪研究为终端抗干扰和防欺骗技术的研究提供必要的基础，有效的为更多高可靠的终端研制及北斗技术应用方案提供技术保障，确保终端在应用过程中的可靠性与稳定性。