一种组合导航模式下的无人机欺骗方法技术

一种组合导航模式下的无人机欺骗方法，其步骤包括：步骤S1：攻击方利用第三方测量设备设备观测估算无人机的飞行状态信息，包括其位置

A deception method of UAV in integrated navigation mode

【技术实现步骤摘要】
一种组合导航模式下的无人机欺骗方法
本专利技术主要涉及到无人机控制
，特指一种组合导航模式下的无人机欺骗方法。
技术介绍
随着科学技术的进步和经济的飞速发展，由于无人技术在持久性、机动性以及降低生命危险性等方面具有独特的优势，为此无人机在各行各业的应用即为广泛，有的属于正常的应用，有的属于非正常应用，而有的应用环境下反无人机技术也分为正常应用和非正常应用。一些干扰技术能够对正常应用下的无人机实现压制，从而影响到正常应用。例如涉及到安全问题。隐蔽性欺骗是指无人机在接收到虚假GPS信号后，虽然其真实飞行状态跟踪欺骗轨迹。全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)/惯性导航系统(InertialNavigationSystem,INS)的组合导航是无人机系统导航、制导与控制的核心技术之一。但是由于导航卫星信号十分微弱，故应用卫星导航终端的无人机GPS/INS组合导航系统容易受到压制式干扰或欺骗式干扰等恶意干扰。与压制式干扰不同，欺骗式干扰信号的功率水平、信号格式及频谱结构均与真实卫星信号相似，旨在迫使接收机在毫无意识的情况下锁定在欺骗式干扰信号上，产生看似可靠、其实错误的导航定位结果，进而达到卫星接收机的目的。由于受到欺骗式干扰时，接收机往往对此没有察觉，因此欺骗式干扰的危害比压制式干扰更加严重。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种易实现、适用范围广、控制精度高的组合导航模式下的无人机欺骗方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种组合导航模式下的无人机欺骗方法，其步骤包括：步骤S1：攻击方利用第三方测量设备设备观测估算无人机的飞行状态信息，包括其位置速度和加速度信息；步骤S2：根据估算的飞行状态信息攻击方采用PID控制算法，计算出迫使无人机跟踪欺骗轨迹的控制输入量as；步骤S3：结合步骤S1获取的无人机估计飞行状态信息和步骤S2获取的欺骗控制输入量as，攻击方计算求得虚假卫星信号的加速度分量a*；步骤S4：攻击方通过积分运算，求解得到各个时刻虚假卫星信号的位置x*和速度v*信息。作为本专利技术的进一步改进：在所述步骤S1中，采用线性估计器，即：其中，Ae为状态观测器系统矩阵，且：Ls为估计器的稳态增益矩阵，可由连续黎卡提方程：AePs+PsAe+Qs-PsCT(Rs)-1CPs＝0求解得到，即：Ls＝PsCT(Rs)-1Qs和Rs分别为攻击方线性估计器估算无人机飞行状态的系统噪声和观测噪声矩阵。作为本专利技术的进一步改进：在所述步骤S2中，攻击方的目标是使得无人机跟踪欺骗轨迹采用PID控制算法，计算出控制输入量as为：其中，为欺骗控制参数矩阵。作为本专利技术的进一步改进：在所述步骤S3中，结合步骤S1获取的无人机估计飞行状态信息和步骤S2获取的欺骗控制输入量as，攻击方采用虚假卫星信号的加速度分量a*，即：作为本专利技术的进一步改进：在所述步骤S4中，攻击方通过积分运算，求解得到各个时刻虚假卫星信号的位置x*和速度v*信息，即与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的一种组合导航模式下的无人机欺骗方法，不仅为攻击方提供一套完整的利用虚假卫星信号捕获无人机的作战方案，而且为防守方提供检测或抑制该种欺骗式干扰技术的理论依据和技术路线。同时，本专利技术提出的欺骗方法可以推广到其他无人机系统(无人车、无人船等)中，具有较高的应用价值。2、本专利技术的一种组合导航模式下的无人机欺骗方法，综合考虑了包括GPS/INS组合导航与飞行控制闭环反馈回路的无人机系统，并结合可能获取的所有无人机飞行状态信息设计构造各个时刻虚假卫星信号，以实现无人机无意识的位置欺骗偏移。3、本专利技术的一种组合导航模式下的无人机欺骗方法，首先构建包含GPS/INS组合导航和飞行控制闭环反馈回路的无人机系统模型，然后结合第三方测量设备观测估算的无人机飞行状态信息、攻击方规划的欺骗轨迹信息以及预测的无人机飞行跟踪控制信息实时获取虚假卫星信号的加速度分量信息，并通过积分运算求得各个时刻的虚假卫星信号以实现无人机无意识地偏离自身原始规划的参考轨迹，而缓慢靠近攻击方规划的欺骗轨迹。附图说明图1是本专利技术方法的流程示意图。图2是本专利技术在具体应用实例中的原理示意图。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1和图2所示，本专利技术的一种组合导航模式下的无人机欺骗方法，其步骤包括：步骤S1：攻击方利用第三方测量设备设备(如地面雷达等)观测估算无人机的飞行状态信息，包括其位置速度和加速度信息；步骤S2：根据估算的飞行状态信息攻击方采用PID控制算法，计算出迫使无人机跟踪欺骗轨迹的控制输入量as；步骤S3：结合步骤S1获取的无人机估计飞行状态信息和步骤S2获取的欺骗控制输入量as，攻击方计算求得虚假卫星信号的加速度分量a*；步骤S4：攻击方通过积分运算，求解得到各个时刻虚假卫星信号的位置x*和速度v*信息。在本专利技术的具体实施例中，无人机的位置、速度以及加速度可以由下面的积分等式来描述：其中，x＝[rxryrzvxvyvz]T，a＝[axayaz]T，同时规定无人机事先规划的原始参考轨迹和攻击方规划的欺骗轨迹也满足：在具体实施例中，步骤S1中，本专利技术采用线性估计器，即其中，Ae为状态观测器系统矩阵，且：Ls为估计器的稳态增益矩阵，可由连续黎卡提方程：AePs+PsAe+Qs-PsCT(Rs)-1CPs＝0求解得到，即：Ls＝PsCT(Rs)-1Qs和Rs分别为攻击方线性估计器估算无人机飞行状态的系统噪声和观测噪声矩阵，其具体形式为：和分别为攻击方线性估计器估算X、Y和Z轴加速度的测量噪声方差，和分别为攻击方线性估计器观测X、Y和Z轴的位置误差，和分别为攻击方线性估计器观测X、Y和Z轴的速度误差。在具体实施例中，步骤S2中，本专利技术攻击方的目标是使得无人机跟踪欺骗轨迹采用PID控制算法，计算出控制输入量as为：其中，为欺骗控制参数矩阵。在具体实施例中，步骤S3中，本专利技术结合步骤S1获取的无人机估计飞行状态信息和步骤S2获取的欺骗控制输入量as，攻击方设计如下所示的虚假卫星信号的加速度分量a*，即：在具体实施例中，步骤S4中，攻击方通过积分运算，求解得到各个时刻虚假卫星信号的位置x*和速度v*信息，即下面模拟无人机接收到虚假卫星信号之后的导航定位结果。无人机利用线性滤波器将接收到的虚假卫星信号和自身惯性器件测得的飞行状态信息进行融合，可得:<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合导航模式下的无人机欺骗方法，其特征在于，步骤包括：/n步骤S1：攻击方利用第三方测量设备设备观测估算无人机的飞行状态信息，包括其位置

【技术特征摘要】
1.一种组合导航模式下的无人机欺骗方法，其特征在于，步骤包括：
步骤S1：攻击方利用第三方测量设备设备观测估算无人机的飞行状态信息，包括其位置速度和加速度信息；
步骤S2：根据估算的飞行状态信息攻击方采用PID控制算法，计算出迫使无人机跟踪欺骗轨迹的控制输入量as；
步骤S3：结合步骤S1获取的无人机估计飞行状态信息和步骤S2获取的欺骗控制输入量as，攻击方计算求得虚假卫星信号的加速度分量a*；
步骤S4：攻击方通过积分运算，求解得到各个时刻虚假卫星信号的位置x*和速度v*信息。


2.根据权利要求1所述的组合导航模式下的无人机欺骗方法，其特征在于，在所述步骤S1中，采用线性估计器，即：



其中，Ae为状态观测器系统矩阵，且：



Ls为估计器的稳态增益矩阵，可由连续黎卡提方程：
AePs+PsAe+Qs-PsCT(Rs)-...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐康华，郭妍，吴美平，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43