张喜合开题分析方案.docx
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张喜合开题分析方案
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
转发式GPS欺骗干扰机的仿真建模与实现
1、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
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1957?
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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,GlisieS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
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。
2,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,SallyL[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,BraaschM[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,BrownA.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。
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:
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3、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?
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“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。
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。
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系统基本模型如下
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3,仿真建模
3.1GPS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:
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通信的发射部分主要功能是将中频的模拟信号上变频至GPSL1(1575.42MHz>L2(1227.60MHz>频率并放大输出。
如图
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。
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]GlisicS,VuceticB.,SpreadSpectrumCDMASystemsforWirelessCommunications,ArtechHouse[C],March1997:
383.
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[6]El-RabbanyA.,IntroductiontoGPS:
theGlobalPositioningSystem[M].ArtechHouse,2002:
1-11.
[7]SallyL.Fridge,StephenR.beloach.Real-TimeOn-The-FlyKineMaticGPSSystemResults[J],Navigation,Summer1994.175—186.
[8]BraaschM.andVanDierendonckA.,GPSReceiverArchitecturesandMeasurements[J],Proc.OftheIEEE,V01.87,No.1,January1999:
48-64.
[9]BrownA.,NeilGerein,andKeithTaylor,ModelingandSimulationofGPSUsingSoftwareSignalGenerationandDigitalsignalReconstruction[R],Proc.ofIONTechnicalMeeting,Anaheim,CA,January2000:
4-11.
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六、指导教师审核意见:
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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:
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。
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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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 张喜合 开题 分析 方案