GNSS模拟平台解决方案
针对无人机的导航诱骗,一般由地面的无人机导航诱导设备发射与真实无人机GNSS信号具有一定相似性的伪导航信号,迫使相关用户接收终端接收解算此类伪导航信号,从而在隐蔽条件下使无人机得到了虚假的位置、速度和时间信息并无法有效察觉。需要指出的是,导航欺骗与导航干扰不同,导航压制干扰一般是以大功率干扰机发射不同类型的压制信号,使得目标接收机无法接收到正常的导航信号,用户无法获取导航、定位和授时结果,从而导致导航系统的不可用。由于导航欺骗往往不需要太强的发射功率,隐蔽性好,并能在一定程度上引导相关用户按照错误方式进行导航,这也使得导航欺骗在实际中具有较好的应用效果。
功能描述
本方案结合SKYDEL和USRP-LW X310两大平台,构建了一个用于GNSS信号生成、干扰与诱骗的综合模拟平台,可专门针对无人机的导航系统进行信号干扰、定位诱骗和导航失效的攻击。该系统不仅可以生成高精度的真实GNSS信号,还可以模拟多种干扰和诱骗攻击模式,影响无人机的定位精度和航向,从而测试其在恶劣环境下的抗干扰能力和安全性。
系统组成
本系统由SKYDEL GNSS模拟软件、USRP-LW X310软件定义无线电硬件平台、高性能主机、天线以及被测目标(无人机与GNSS接收机)组成。
SKYDEL GNSS信号仿真平台
USRP-LW X310软件定义无线电硬件平台
USRP-LW X310是一款高性能的软件定义无线电平台,支持实时信号生成与发射,能够精确调制和发射多频段GNSS信号,特别适用于GNSS信号的诱骗与干扰攻击。
设备具体信息参见:USRP-LW X310
无人机与GNSS接收机
无人机配备高精度GNSS接收机,负责接收来自卫星的信号并进行定位。为了测试平台的效果,接收机的响应和性能将是核心评估对象。
接收机工作原理:接收来自真实卫星和伪卫星的信号,通过三角定位法计算无人机的实时位置;接收机会分析信号的时延、频率等特征,进行卫星身份识别和位置计算。
抗干扰能力:无人机接收机通常具有一定的抗干扰能力,但针对伪卫星和高强度干扰信号的攻击,接收机可能会出现定位精度下降、路径偏移等问题。
技术参数
软件系统功能
软件控制与监控系统用于集成SKYDEL和USRP-LW X310,实时控制信号生成、发射和攻击模式,并且监控无人机的响应。
控制界面:
提供GUI界面供操控人员选择攻击模式、设定攻击参数(如伪卫星的轨道、频率等)和干扰参数。
实时监控信号的发射、无人机的反应以及测试进度。
数据记录与分析:
记录信号参数、无人机定位数据、飞行路径等信息,方便后期分析。
支持数据可视化,展示无人机在干扰下的航迹偏差、定位误差等。
多种攻击模式
伪卫星攻击
伪卫星攻击通过发射伪造的卫星信号,误导无人机接收机计算出错误的定位信息,从而引导无人机偏离预定路径。
伪卫星信号生成:
在SKYDEL中设置伪卫星的轨道、频率和时间信息,以确保伪卫星信号与真实卫星信号相似,难以被接收机辨别。
控制伪卫星的精确位置、时间同步信息,使其产生误导性的定位结果。
信号发射与覆盖:
通过USRP-LW X310发射伪卫星信号,确保信号覆盖到无人机的接收机,产生错误的定位信息。
可以根据攻击需求,调整伪卫星信号的功率和覆盖范围,避免干扰过于明显。
攻击效果:
无人机接收到伪卫星信号后,按照虚假的卫星位置计算出错误的定位,并调整飞行路径。
干扰攻击
干扰攻击通过发送强信号干扰真实卫星信号,使无人机接收机无法正确解码卫星信号,从而导致定位失效或精度降低。
宽带干扰:
发射宽频带的随机噪声信号,覆盖GNSS频谱,强制干扰接收机所有可用的卫星信号,导致其无法正确定位。
窄带干扰:
对特定频段(如L1频段)进行集中干扰,屏蔽真实卫星信号,使接收机无法使用这些信号进行定位。
多路径干扰:
使用SKYDEL模拟多路径效应,使无人机接收到来自多个路径的信号,导致定位误差增加。
多路径效应
多路径效应通过反射和折射信号,模拟接收机接收到多个不同路径的信号,导致定位计算错误。
反射信号模拟:
使用SKYDEL仿真多路径信号,使无人机接收到来自不同路径的信号。通过USRP-LW X310发射多个不同路径的信号,模拟现实环境中的多路径效应。
干扰影响:
无人机接收机会错误地将反射信号当作真实卫星信号,计算出错误的位置,导致航迹偏移。
伪卫星定位诱骗
通过生成虚假的位置和速度信息,诱骗无人机执行错误的飞行路径。
伪造定位信息:
设置伪卫星信号的时间和轨道信息,将其计算出的虚假定位信息发送给无人机。
调整伪卫星的轨道和信号,诱导无人机飞向错误的目的地。
动态诱骗:
可以根据需要动态调整伪卫星信号,使无人机持续沿着错误的轨迹飞行。
系统实施过程
第一步:系统配置与信号生成
(1) 配置SKYDEL仿真环境,选择合适的卫星系统(如GPS、Galileo等)。
(2) 根据需要设置干扰与诱骗的具体类型和参数(频率、功率、位置等)。
(3) 使用USRP-LW X310发射生成的干扰和伪卫星信号,覆盖目标区域。
第二步:无人机定位监测与反馈
(1) 实时监控无人机的定位数据和飞行路径。
(2) 比较无人机的实际路径与预定路径,评估诱骗或干扰的效果。
第三步:攻击效果评估
(1) 记录无人机的飞行数据,包括定位误差、路径偏移等。
(2) 分析无人机在攻击下的行为和响应,评估反欺骗技术的有效性。
软件界面图
典型应用场景
该平台通过结合SKYDEL和USRP-LW X310,成功实现了多种GNSS信号干扰与诱骗攻击功能,为无人机导航系统的安全测试提供了一个强大的工具。
方案适用于以下场景:
- 测试无人机在干扰和诱骗攻击下的定位与导航性能。
- 研究和开发反欺骗、抗干扰等无人机防护技术。
- 在各类实验中模拟真实GNSS信号的失效或被干扰的情况。