(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011220625.0
(22)申请日 2020.11.05
(71)申请人 西北工业大学
地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号
(72)发明人 干红平 舒君
(74)专利代理机构 西北工业大学专利中心
61204
代理人 金凤
(51)Int.Cl.
G01S 19/01(2010.01)
G01S 19/21(2010.01)
(54)发明名称
同步授时方法
(57)摘要
本发明提供了一种高精度同步生成式无人
度仿真装置一体化设计，首先生成与真实卫星同
步的时间系统，随后通过参数计算，产生高精度
同步伪卫星导航诱骗信号，通过射频天线，用于
将生成的导航诱骗信号发送至无人机。本发明具
有同步效果好，系统体积小，易于便携的优点；完
成多模卫星诱骗信号的生成，能够快速剥离无人
机的真实导航信号，控制导航跟踪环路，迅速实
现对无人机干扰、驱离、迫降和诱捕等操作，具有
初始化时间短、切入无人机速度快、隐蔽性强、不
会对人体和社会秩序造成损害等优点。权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 112433230 A 2021.03.02
C N 112433230
A
1.一种高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，包括GNSS接收模块、诱骗信号生成模块和射频模块，其特征在于：
所述GNSS接收模块用于接收和解析真实卫星信号，并将解析结果传输至导航诱骗信号生成模块，所述诱骗信号生成模块是无人机导航诱骗系统的核心模块，采用时钟同步驯服子模块和信号源高精度仿真子模块一体化设计，用于生成与真实导航信号无差别的高精度同步数字中频导航诱骗信号，所述射频模块将诱骗信号生成模块输出的高精度同步数字中频导航诱骗信号进行数模转换，并IQ调制上变频到GPS、GLONASS或BD伪卫星导航信号的射频段，最后将信号发送至黑飞或目标无人机。
2.根据权利要求1所述的高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，其特征在于：
所述GNSS接收模块包括GNSS接收机和接收天线，接收天线接收天上真实卫星的信号，GNSS接收机解析接收天线的真实卫星信号，以获得真实卫星的星历，并将其解析结果传输至诱骗信号生成模块。
3.根据权利要求1所述的高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，其特征在于：
所述诱骗信号生成模块中的时钟同步驯服子模块根据真实卫星的星历，利用授时控制算法产生与真实卫星同步的基准时间与频率；诱骗信号生成模块中的高精度信号源仿真子模块根据操作指令和时钟驯服子模块的同步时间系统实时产生与真实导航信号无差别的高精度同步数字中频导航诱骗信号。
4.根据权利要求1所述的高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，其特征在于：
所述射频模块包括D/A单元、上变频调制单元和发送天线：D/A单元将数字中频导航诱骗信号转换为模
拟中频诱骗信号；上变频调制单元将模拟中频导航诱骗信号IQ调制上变频成GPS、GLONASS或BD伪卫星导航诱骗信号；发送天线将产生的伪卫星导航诱骗信号发送至黑飞无人机。
5.根据权利要求3所述的高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，其特征在于：
所述时钟同步驯服子模块包括高精度时间数字转换单元、驯服机构ARM、压控振荡器和恒温晶体振荡器；高精度时间数字转换单元TDC测量真实卫星时间系统与时钟同步驯服子模块的相位误差；驯服机构ARM利用相位误差通过比例积分微分算法计算出电压控制信号；VCO根据ARM计算的电压控制信号控制高稳定度OCXO逐步生成与真实卫星信号同步的时间与基准频率。
6.根据权利要求1所述的高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，其特征在于：
所述时钟同步驯服子模块中，高精度数字转换单元TDC首先通过将GNSS接收机获得真实卫星时间系统的基准1PPS与时钟同步驯服子模块的Local 1PPS进行相位测量，随后将相位误差传输至驯服机构ARM，ARM根据测量误差通过PID控制算法，控制内部DAC输出控制电压至VCO以控制高稳定度恒温晶体振荡器OCXO输出为10MHz，FPGA将10MHz分频以输出Local 1PPS，逐步反馈调节OCXO的频率和相位使得基准1PPS和Local 1PPS相位差为0，使得诱骗信号生成模块的时间系统与真实卫星的时间系统同步，并为所述诱骗信号生成模块中的信号源高精度仿真子模块提供同步时间系统。
7.根据权利要求1所述的高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，其特征在于：
所述信号源高精度仿真子模块包括卫星仿真信号计算单元和卫星基带调制单元；卫星仿真信号计算单元用于推算出仿真卫星的星座参数和诱骗导航信号的载波相位状态、码相
位状态、载波NCO参数和码NCO参数；卫星基带调制单元用于基带调制以生成数字中频诱骗导航信号；卫星仿真信号计算单元的执行机构是ARM，实际数字信号产生机构和卫星基带调制单元的执行机构是FPGA。
8.根据权利要求1所述的高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，其特征在于：
所述信号源高精度仿真子模块的工作原理是以时钟同步驯服子模块产生的同步时间系统为基准，根据GNSS接收机接收的真实卫星星历和操作指令，利用ARM计算出导航诱骗信号的发射时间与多普勒频移，实时推算出仿真卫星的星座参数和诱骗导航信号的载波相位状态、码相位状态、载波NCO参数和码NCO参数，同时将推算出的星座参数、载波相位状态和码相位状态、载波NCO参数和码NCO参数传送至卫星基带调制单元的执行机构FPGA，FPGA根据接收到的数据产生电文、载波和伪码，随后通过基带调制以生成与真实导航信号无差别的高精度同步数字中频导航诱骗信号。
9.一种利用权利要求1所述高精度同步生成式无人机导航诱骗系统的同步授时方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：通过将GNSS接收机获得真实卫星时间系统的基准1PPS与时钟驯服系统的Local 1PPS进行相位测量，计算出相位误差；
步骤2：根据相位误差，通过PID控制算法计算出VCO的电压控制参数，并将电压控制参数输出至VCO以控制高稳定度恒温晶体振荡器OCXO输出10MHz信号；
步骤3：将10MHz分频以输出Local 1PPS，逐步反馈调节OCXO的频率和相位使得基准1PPS和Local 1PPS相位差为0；
当两者的相位差小于2-11，时钟误差低于20ns时，时钟驯服系统与真实卫星的时间系统高精度同步，此时时钟驯服系统可用于生成伪卫星的时间系统。
高精度同步生成式无人机导航诱骗系统及同步授时方法
技术领域
[0001]本发明涉及电子信息技术领域，具体是一种高精度同步生成式无人机导航诱骗系 统。
背景技术
[0002]从技术上讲，无人机管控方法可以分为动能消灭、强压制干扰和导航欺骗式诱导 三类。动能消灭诸如激光、高能微波打击或毒刺，不仅很难精准地锁定黑飞无人 机，而且还会造成爆炸碎片，易对地面保护目标和人形成二次伤害。强压制干扰往 往利用大功率无线电破坏黑飞无人机的数据链路，使得无人机悬停、自动返航、失控 或坠机。但这种手段不能有效地控制失控无人机的飞行轨迹和坠机地点，易造成二次 威胁，而且大功率无线电信号极易扰乱社会的正常秩序。导航诱导是最为有效和便利 的无人机管控手段。该方法利用诱骗技术通过发射虚假导航信号至黑飞无人机，依靠 功率优势诱导无人机的GNSS接收机对其进行捕获跟踪，从而达到接管无人机导航系 统的目的。这种手段能够将黑飞无人机诱骗至指定位置，随后再进行诱捕、迫降、消 灭等针对性处理，它是一种低成本、隐蔽性强，对人体和社会秩序无害的全天候无人 机管控手段。
[0003]导航诱导方法要求诱骗信号的时间系统、载波和载波相位、码和码相位等信息与 真实卫星信号的这些信息尽可能地同步，使得诱骗信号与无人机内置GNSS导航接收 机所接收的真实导航信号的码片与载波一致，从而快速接管导航接收机的跟踪环路达 到诱骗的目的。但目前现有的无人机导航诱骗系统无法做到诱骗信号与真实导航信号 高精度同步，而且其时钟驯服装置和信号源仿真装置相互分离，集成度差，导致产生 的诱骗导航信号存在信号质量差、切入时间长、诱骗成功率低而且系统体积庞大等问 题。
发明内容
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高精度同步生成式无人机导航诱骗系 统及同步授时方法，可以有效地解决现有诱骗导航系统存在信号质量差、切入时间长、 诱骗成功率低而且系统集成度不高、体积庞大等问题。该系统的核心导航诱骗信号生 成模块采用时钟同步驯服装置和信号源高精度仿真装置一体化设计，它首先生成与真 实卫星同步的时间系统，随后通过参数计算，产生高精度同步伪卫星导航诱骗信号。 通过射频天线，用于将生成的导航诱骗信号发送至无人机，凭借功率的优势，快速剥 离真实导航信号，控制无人机的跟踪环路，实现对黑飞无人机的导航诱骗。本发明具 有诱骗导航信号精度高、初始化时间短、介入无人机速度快和系统便携等诸多优点。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种高精度同步生成式无人机导航诱骗系统，包括GNSS接收模块、诱骗信号生 成模块和射频模块，所述GNSS接收模块用于接收和解析真实卫星信号，并将解析结 果传输至导航诱骗信号生成模块，所述诱骗信号生成模块是无人机导航诱骗系统的核 心模块，采用时钟同步驯服子模块和信号源高精度仿真子模块一体化设计，用于生成 与真实导航信号
无差别的高精度同步数字中频导航诱骗信号，所述射频模块将诱骗信 号生成模块输出的高精度同步数字中频导航诱骗信号进行数模转换，并IQ调制上变频 到GPS、GLONASS或BD伪卫星导航信号的射频段，最后将信号发送至黑飞或目标 无人机。
[0007]所述GNSS接收模块包括GNSS接收机和接收天线，接收天线接收天上真实卫星 的信号，GNSS接收机解析接收天线的真实卫星信号，以获得真实卫星的星历，并将 其解析结果传输至诱骗信号生成模块。
[0008]所述诱骗信号生成模块中的时钟同步驯服子模块根据真实卫星的星历，利用授时 控制算法产生与真实卫星同步的基准时间与频率；诱骗信号生成模块中的高精度信号 源仿真子模块根据操作指令和时钟驯服子模块的同步时间系统实时产生与真实导航信 号无差别的高精度同步数字中频导航诱骗信号。
[0009]所述射频模块包括D/A单元、上变频调制单元和发送天线：D/A单元将数字中频 导航诱骗信号转换为模拟中频诱骗信号；上变频调制单元将模拟中频导航诱骗信号IQ 调制上变频成GPS、GLONASS或BD伪卫星导航诱骗信号；发送天线将产生的伪卫 星导航诱骗信号发送至黑飞无人机。
[0010]所述时钟同步驯服子模块包括高精度时间数字转换单元(Time-to-digital Converter，TDC)、驯服机构ARM、压控振荡器(Voltage-controlled Oscillator，VCO) 和恒温晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO)；高精度时间数字转换 单元TDC测量真实卫星时间系统与时钟同步驯服子模块的相位误差；驯服机构ARM 利用相位误差通过比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，PID)算法计 算出电压控制信号；VCO根据ARM计算的电压控制信号控制高稳定度OCXO逐步生 成与真实卫星信号同步的时间与基准频率。
[0011]所述时钟同步驯服子模块中，高精度数字转换单元TDC首先通过将GNSS接收机 获得真实卫星时间系统的基准1PPS与时钟同步驯服子模块的Local 1PPS进行相位测 量，随后将相位误差传输至驯服机构ARM，ARM根据测量误差通过PID控制算法， 控制内部DAC输出控制电压至VCO以控制高稳定度恒温晶体振荡器OCXO输出为 10MHz，FPGA将10MHz分频以输出Local 1PPS，逐步反馈调节OCXO的频率和相 位使得基准1PPS和Local 1PPS相位差为0，使得诱骗信号生成模块的时间系统与真 实卫星的时间系统同步，并为所述诱骗信号生成模块中的信号源高精度仿真子模块提 供同步时间系统；
[0012]所述信号源高精度仿真子模块包括卫星仿真信号计算单元和卫星基带调制单元； 卫星仿真信号计算单元用于推算出仿真卫星的星座参数和诱骗导航信号的载波相位状 态、码相位状态、载波NCO参数和码NCO参数；卫星基带调制单元用于基带调制以 生成数字中频诱骗导航信号；卫星仿真信号计算单元的执行机构是ARM，实际数字信 号产生机构和卫星基带调制单元的执行机构是FPGA。
[0013]所述信号源高精度仿真子模块的工作原理是以时钟同步驯服子模块产生的同步时 间系统为基准，根据GNSS接收机接收的真实卫星星历和操作指令，利用ARM计算 出导航诱骗信号的发射时间与多普勒频移，实时推算出仿真卫星的星座参数和诱骗导 航信号的载波相位状态、码相位状态、载波NCO参数和码NCO参数，同时将推算出 的星座参数、载波相位状态和码相位状态、载波NCO参数和码NCO参数传送至卫星 基带调制单元的执行机构FPGA，FPGA根据接收到的数据产生电文、载波和
伪码， 随后通过基带调制以生成与真实导
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