无人系统自主监测与诱捕安防系统及方法技术方案

一种无人系统自主监测与诱捕安防系统及方法，包括：视觉监测模块、轨迹发生模块、信号模拟模块和信号发射模块，轨迹发生模块根据初始位置信息，结合轨迹诱导式的欺骗策略，设置轨迹发生模块中的各参数，即可生成诱骗轨迹文件；信号模拟模块根据生成的诱骗轨迹文件和官方公开的卫星星历文件，转化为GNSS基带信号数据流；信号发射模块将基带信号数据流转换为射频信号，即欺骗信号，再将欺骗信号通过无线电射频设备进行播发。本发明专利技术能够自动识别无人系统目标，并提供其位置信息，并利用轨迹诱导式的GNSS欺骗干扰技术，诱导目标逐渐偏离原轨迹，并最终对其实施捕获。并最终对其实施捕获。并最终对其实施捕获。

【技术实现步骤摘要】
无人系统自主监测与诱捕安防系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种卫星导航领域的技术，具体涉及一种基于全球导航卫星系统(GNSS)的轨迹诱导式的无人系统自主监测与诱捕安防系统及方法。

技术介绍

[0002]对于利用卫星导航进行实时定位和控制的无人系统，GNSS欺骗干扰技术能够发挥重要作用。在军用上，GNSS欺骗干扰技术可有效控制目标接收机，对于非法无人系统管理和在被动防御中扰乱敌方精确制导武器的打击具有重要作用；而在民用领域，对未来城市无人飞行系统(UAM)商业运行可能出现的空管问题能够提供一种解决思路，对失控或者违规的无人机采取诱捕技术，可以降低事故损失。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种无人系统自主监测与诱捕安防系统及方法，针对利用GNSS进行定位，根据定位结果实时调整方向进行控制的无人飞行器、无人车等设备，能够自动识别无人系统目标，并提供其位置信息，并利用轨迹诱导式的GNSS欺骗干扰技术，诱导目标逐渐偏离原轨迹，并最终对其实施捕获。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种无人系统自主监测与诱捕安防系统，包括：视觉监测模块、轨迹发生模块、信号模拟模块和信号发射模块，其中：轨迹发生模块根据初始位置信息，结合轨迹诱导式的欺骗策略，设置轨迹发生模块中的各参数，即可生成诱骗轨迹文件；信号模拟模块根据生成的诱骗轨迹文件和官方公开的卫星星历文件，转化为GNSS基带信号数据流；信号发射模块将基带信号数据流转换为射频信号，即欺骗信号，再将欺骗信号通过无线电射频设备进行播发。
[0006]本专利技术涉及上述系统的无人系统自主监测与诱捕安防方法，通过视觉监测模块获取无人系统的初始位置信息；轨迹诱导式的欺骗策略设计欺骗轨迹并设置参数，从而通过轨迹发生模块生成诱骗轨迹文件；轨迹诱骗文件在信号模拟模块中转化为GNSS基带信号数据流；基带信号数据流通过信号发射模块转化为射频信号即欺骗信号，并向无人系统播发；当无人系统的卫星导航接收机跟踪到欺骗信号后，欺骗信号逐渐将真实卫星信号相关峰剥离，并最终覆盖，无人系统在其引导下逐渐偏离原有轨迹诱骗至被诱捕。
[0007]所述的轨迹诱导式的欺骗策略是指：为了达到使无人系统逐渐偏离原定轨迹的效果，需要自主设计一定的欺骗轨迹，使得当发射的欺骗信号令无人系统定位结果落在该轨迹上时，其后续的行驶方向能逐渐偏离原轨迹。
[0008]所述的跟踪到诱骗信号是指：在无人系统原本接收真实卫星导航信号的情况下，生成的欺骗干扰信号利用其功率优势不断剥离真实信号的相关峰，最终实现对目标跟踪环路的牵引，让其改为接收欺骗信号。
附图说明
[0009]图1为本专利技术系统示意图；
[0010]图2为视觉监测装置工作过程示意图；
[0011]图3为轨迹发生模块及实施例参数设置示意图；
[0012]图4为实施例的轨迹诱导式欺骗策略示意图；
[0013]图5为信号模拟模块生成基带信号数据流示意图；
[0014]图6为实施例中欺骗信号包含的位置信息与预期欺骗轨迹的对比图；
[0015]图7为实施例中欺骗信号定位结果在平面上x、y方向上的误差图。
具体实施方式
[0016]如图1所示，为本实施例涉及的一种基于GNSS欺骗干扰的无人系统自主监测与智能安防系统，包括：视觉监测模块、轨迹发生模块、包含开源信号模拟器程序的信号模拟模块和信号发射模块，其中：视觉监测模块识别目标并获取其初始位置信息；轨迹发生模块根据初始位置信息，结合轨迹诱导式的欺骗策略，设置轨迹发生模块中的各参数，即可生成诱骗轨迹文件；信号模拟模块根据生成的诱骗轨迹文件和官方公开的卫星星历文件，转化为GNSS基带信号数据流；信号发射模块将基带信号数据流转换为射频信号，即欺骗信号，再将欺骗信号通过无线电射频设备进行播发。
[0017]如图2所示，所述的视觉监测模块在自主监测与智能安防前预先经摄像机标定、坐标系构建、图像特征选择与提取、特征点匹配和特征库建立；在有目标无人系统的情况下，依次完成图像采集、目标识别、立体匹配和三维信息恢复，并最终将目标的初始位置信息输出至轨迹发生模块。
[0018]如图3所示，所述的轨迹发生模块中需要设置的参数及其在本实施例中的具体值包括，初始位置经度(Reference Longitude)121.45
°
E，初始位置纬度(Reference Latitude)31.03
°
N，初始位置海拔高度(Reference Altitude，单位为m)5.00米，初始速度(Initial Velocity，单位为m/s)0.00米/秒，初始方向(Initial Direction，方位角，单位为
°
)315
°
，采样率(Sampling Rate，单位为Hz)10.00赫兹，初始时间(Start Time，UTC)00:00:00，第一段轨迹的加速度(Accelerate，单位为m/s2)0.01米/秒2和时长(Duration，单位为s)30.00秒，第二段轨迹的加速度0.00米/秒2和时长25.00秒。
[0019]如图4所示，所述的轨迹诱导式的欺骗策略是指：在简化问题的条件下，假设目标匀速行驶，且每经过一定的时间间隔便检测当前位置与目标点B，AB方向代表目标无人系统在无欺骗干扰情况下的原轨迹方向，T
i
点代表目标无人系统在无欺骗干扰情况下的定位结果对应的坐标点，F
i
点代表发射的欺骗干扰信号包含的定位结果对应的坐标点，与T
i
点在时间上一一对应。在有欺骗干扰的情况下，目标无人系统的卫星导航模块定位结果落在F
i
点，则其在检测自身位置后将会改为沿F
i
B方向继续行驶，且每次的偏离量相对较小，整体上造成了轨迹诱导的效果，S
i
点为目标实际轨迹经过的坐标点。
[0020]如图5所示，本实施例中所采用的信号模拟模块具体包括：C/A码产生器、数字振荡器(NCO)、数模转换器(D/A)、带通滤波器(BPF)、锁相环(PLL)。
[0021]本实施例中所采用的信号模拟模块的具体工作过程为：在每一个信号通道中，都会根据诱骗轨迹文件和卫星星历文件所对应的参数生成C/A码、导航电文数据以及载波多
普勒参数，并通过数字振荡器将载波多普勒参数转化为中频信号；合成离散中频信号后，调整信号幅度，经过数模转换器和带通滤波器后，将各通道信号进行功率合成；结合锁相环的输出，生成GPS L1频段的信号；根据诱骗轨迹文件中的标识、位置坐标和校验符，将生成的GPS L1频段信号转化为GNSS基带信号数据流。
[0022]本实施例中所采用的信号发射模块包括：用于生成和播发射频信号的软件无线电平台设备HackRF One以及GPS发射天线。
[0023]本实施例中采用搭载GPS接收机的无人小车代表无人系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人系统自主监测与诱捕安防系统，其特征在于，包括：视觉监测模块、轨迹发生模块、信号模拟模块和信号发射模块，其中：轨迹发生模块根据初始位置信息，结合轨迹诱导式的欺骗策略，设置轨迹发生模块中的各参数，即可生成诱骗轨迹文件；信号模拟模块根据生成的诱骗轨迹文件和官方公开的卫星星历文件，转化为GNSS基带信号数据流；信号发射模块将基带信号数据流转换为射频信号，即欺骗信号，再将欺骗信号通过无线电射频设备进行播发；所述的轨迹诱导式的欺骗策略是指：为了达到使无人系统逐渐偏离原定轨迹的效果，需要自主设计一定的欺骗轨迹，使得当发射的欺骗信号令无人系统定位结果落在该轨迹上时，其后续的行驶方向能逐渐偏离原轨迹。2.根据权利要求1所述的无人系统自主监测与诱捕安防系统，其特征是，所述的视觉监测模块在自主监测与智能安防前预先经摄像机标定、坐标系构建、图像特征选择与提取、特征点匹配和特征库建立；在有目标无人系统的情况下，依次完成图像采集、目标识别、立体匹配和三维信息恢复，并最终将目标的初始位置信息输出至轨迹发生模块。3.根据权利要求1所述的无人系统自主监测与诱捕安防系统，其特征是，所述的轨迹发生模块中需要设置的参数及其在本实施例中的具体值包括，初始位置经度(Reference Longitude)121.45
°
E，初始位置纬度(Reference Latitude)31.03
°
N，初始位置海拔高度(Reference Altitude，单位为m)5.00米，初始速度(Initial Velocity，单位为m/s)0.00米/秒，初始方向(Initial Direction，方位角，单位为
°
)315
°
，采样率(Sampling Rate，单位为Hz)10.00赫兹，初始时间(Start Time，UTC)00:00:00，第一段轨迹的加速度(Accelerate，单位为m/s2)0.01米/秒2和时长(Duration，单位为s)30.00秒，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨溶，宋冠辰，战兴群，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：