一种GNSS干扰信号监测设备及测向方法与流程

本发明属于无线电信号监测，尤其涉及一种gnss干扰信号监测设备及测向方法。

背景技术：

1、全球导航卫星系统（global navigation satellite system，缩写gnss）是通过人造地球卫星作为其导航台的星基无线电导航系统，实现全时空、全天候、高精度地提供位置、速度和时间数据服务。在交通运输、地理测绘、手机定位、智能驾驶、单兵作战、武器制导等民用和军用的不同领域得到广泛应用，如果gnss通信受到干扰，将可能造成不可估量的经济损失，甚至危及生命安全。

2、随着各类电子设备应用数量不断增加，空中电磁频谱信号环境日益复杂，存在信号杂波、电磁泄露、信道互调等对gnss通信的无意干扰，也存在发射特定功率信号和虚假信号等人为破坏gnss通信的有意干扰，为排除干扰问题，需要对gnss通信进行有效监测，在出现干扰时能够快速测向和定位干扰源。

3、目前的无线电信号的监测和测向设备可用于gnss通信的监测，其设计架构采用“接收天线+射频模块+中频模块+数据处理模块”形式，具备固定式、移动式和搬移式等多种形态，采用到达时间差、相关干涉仪、空间谱估计等测向体制，但是存在系统构建较为庞大、成本造价较为高昂、安装部署较为繁复和算法处理较为复杂等问题。

4、因此，如何对现有的gnss干扰信号监测设备进行改进，实现对gnss干扰信号的快速测向和定位，并且降低其成本造价，简化其安装部署，降低算法复杂度，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于对现有的gnss干扰信号监测设备进行改进，实现对gnss干扰信号的快速测向和定位，并且降低其成本造价，简化其安装部署，降低算法复杂度。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，提供一种gnss干扰信号测向方法，包括以下步骤：

4、s1：通过多个信号采集通道同时采集gnss卫星信号；

5、s2：解析gnss卫星信号的卫星信息数据，并判断gnss卫星信号是否收到干扰，若是，执行步骤s3，若否，持续gnss卫星信号的监测；

6、s3：计算干扰信号的来波方向；

7、s4：进一步确定干扰信号的来波方向；

8、s5：对进一步确定的干扰信号的来波方向进行正北方向校准，得到相对于正北方向的干扰信号来波方向；

9、s6：循环执行步骤s1~s5，实时更新监测和测向结果数据持续进行gnss卫星信号的监测。

10、优选的，步骤s1中信号采集通道设为6个，采集的gnss卫星信号的数据包括时间、经度、纬度、卫星数量、卫星编号和卫星载噪比。

11、优选的，步骤s2的具体过程如下：在指定时间段内，将采集的gnss卫星信号的数据中的位置信息与预设位置进行对比，判断位置差值是否在预设位置误差阈值内；判断卫星数量跟正常数量是否一致；判断卫星载噪比是否在预设载噪比阈值内。

12、优选的，步骤s3中包括以下具体过程：

13、s31：解析每个通道的gnss模块的各个卫星的卫星载噪比为si，j；

14、其中i为gnss模块编号，i取1~6中正整数；j为卫星编号，si，j为gnss模块的编号为i，卫星编号为j的卫星的载噪比；

15、s32：将同一颗卫星的卫星载噪比si，j划为一组数据，当一颗卫星不能被6个通道全部监测解析出来，则舍弃此颗卫星数据；

16、s33：选取一组数据内的6个卫星载噪比si，j中的最小值sjmin，计算其他卫星载噪比与sjmin的差值，得到卫星载噪比差值的最大值sδjmax；

17、s34：判断sδjmax≥α是否成立，其中，α为卫星载噪比的差值门限阈值，若是，判定此颗卫星j受到了干扰，记录此颗卫星的卫星载噪比最小值sjmin对应的gnss模块i；

18、s35：循环执行步骤s31~s34，得到每颗卫星的sδjmax和sjmin与gnss模块i的对应关系；

19、s36：累计在满足sδjmax≥α条件下卫星载噪比最小值sjmin所对应的gnss模块出现次数，计算每个gnss通道的出现次数概率值，得到出现次数概率值最大的gnss模块，其所在采样通道的gnss天线所对应的方向，即为干扰信号相对于设备正面方向的来波方向。

20、优选的，步骤s4中包括以下具体过程：

21、s41：按照步骤s33测得gnss模块的编号i以及其所对应的方向角度d0，同时记录当前云台角度dt，gnss模块i能够解析出的卫星总数量nall，卫星载噪比s≥β的卫星数量ns，其中β为卫星载噪比阈值门限；

22、s42：天线间隔角度为dg，步进角度为ds，按步进角度ds转动云台，转动范围为[-dg/2，+dg/2]，按照步骤s33测得每个步进角度下满足sδjmax≥α条件的所有卫星载噪比最小值sjmin在gnss模块i出现次数的概率值p，以及云台角度dts，卫星总数量nall，卫星载噪比s≥β的卫星数量ns；

23、s43：完成一次云台转动周期，统计gnss模块i出现次数的概率最大值pmax对应的方向为干扰信号来波方向。

24、优选的，步骤s43中，当gnss模块i出现次数的概率最大值在多个步进角度下相同，进一步判断其步进角度下的卫星总数量nall和卫星载噪比s≥β的卫星数量ns，数量最少值所对应的角度即为干扰信号来波方向；

25、其中来波方向角度通过d=d0+（dts-dt）计算得到，其中d为干扰信号来波方向，d0为首次测得的信号来波方向，dts为当前云台角度，dt为首次测得的信号来波方向时的云台角度。

26、第二方面，提供一种gnss干扰信号监测设备，用于实现任意一项所述的一种gnss干扰信号测向方法，包括云台、电源模块、主控模块、数据处理模块、电子罗盘、多个gnss模块、多个低噪放大器和多根gnss天线，具备多路信号采集通道，每路信号采集通道均包括1个gnss模块、1个低噪放大器和1根gnss天线；

27、所述云台分别与电源模块和主控模块连接，电源模块分别与主控模块、数据处理模块、电子罗盘、gnss模块和低噪放大器连接，主控模块与数据处理模块和电子罗盘连接，数据处理模块分别与多个gnss模块连接，多个gnss模块分别与多个低噪放大器一一对应连接，多个低噪放大器分别与多根gnss天线一一对应连接。

28、优选的，gnss模块、低噪放大器和gnss天线的数量均设置为6。

29、优选的，6根gnss天线以设备水平剖面的中心点为圆心，6根gnss天线均匀分布在同一圆周上，并且相邻两根gnss天线的夹角为60°，6根gnss天线的中心、云台的水平转动中心与设备的中心在同一轴心上。

30、优选的，gnss天线接收空中gnss卫星通信信号，经过低噪放大器的信号放大后送入gnss模块，gnss模块采集gnss信号，并按照协议解析出包括时间、经度、纬度、卫星数量、卫星编号和卫星载噪比的卫星信息数据，各个通道的gnss卫星信息数据发送至数据处理模块，数据处理模块统计分析各个通道数据，经过特征提取、阈值比对和概率统计算法处理，得到测向结果数据并将其发送至主控模块；

31、电子罗盘发送方向数据至主控模块以校对设备的正北方向，实现与上层用户在相同坐标系内进行信号方向标识；主控模块控制云台转动角度，实时监测gnss数据的算法处理结果，校正设备的正北方向，确定干扰信号的来波方向，并将结果数据发送至上层用户。

32、本发明的有益效果包括：

33、本发明提供的gnss干扰信号监测设备及测向方法，通过多个信号采集通道同时采集gnss卫星信号；解析gnss卫星信号的卫星信息数据，并判断信号是否收到干扰，若是，计算干扰信号的来波方向；若否，持续gnss卫星信号的监测；进一步确定干扰信号的来波方向；对干扰信号的来波方向进行正北方向校准，得到相对于正北方向的干扰信号来波方向；持续进行gnss卫星信号的监测，更新监测和测向结果数据。

34、采用gnss模块作为信号采集模块，取代现有监测和测向设备架构中的射频采集模块和中频采集模块，降低了设备组成的复杂程度和价格成本，减小了信号采集和数据处理的难度。

35、采用特征值概率统计的数据处理算法，舍弃了相关干涉仪测向体制和空间谱估计测向体制，降低了工作频率和测向精度依赖于测向天线数量和孔径尺寸的要求，减小了设备结构尺寸和设计难度。采用云台承载设备，扩展了机动灵活性，配合测向算法，保证并提高了测向精度。

36、其以卫星数据作为分析数据，以卫星载噪比作为特征参量，以概率统计作为算法基础，提出以gnss卫星数据作为监测和测向的分析数据，舍弃了超外差架构的监测和测向设备使用iq和频谱数据作为监测和测向的分析数据的算法处理方式，降低了信号采集和数据分析的算法难度，易于工程设计和实现。