导航 | 多干扰源全域协同部署方法及其部署效果评估

学术   2024-10-25 17:04   北京  

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中文摘要

本文实现了全球卫星导航系统(GNSS)多干扰源的全域协同部署,并对部署效果进行了评估,以增强在导航反制过程中对攻击者的干扰能力及对全球卫星导航系统的防御能力。首先,创建了全球卫星导航系统抑制性和欺骗性干扰源干扰效果的关键评估指标,构建其评估模型,并理清了检测流程,以此作为确定部署原则的基础。然后,制定了协同部署多干扰源的原则,以获取协同部署所需的三种单一干扰源的部署结构(包括所需数量、需求结构和相应位置)。据此,通过仿真及硬件在环测试结果,确定了设定情况下多干扰源协同部署的合理配置,并进一步实现了从地面、空中到空间的全域干扰网络部署。最后,开发了多种评估指标,用于评估所提出配置的部署效果,并进一步验证其可靠性和合理性。    

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https://doi.org/10.1016/j.dt.2023.03.022

主要结论

为实现多干扰源的地空天协同部署,开展了以下工作:①创建了评估指标,并制定了原则,以实现导航对抗下的全球卫星导航系统抑制性和欺骗性干扰源的全域协同部署;②根据制定的原则,提出了多干扰源协同部署的合理配置,并对其部署效果进行了评估,以验证配置的合理性;③计划部署该配置,以提高对全球卫星导航系统的防御能力。具体结论和未来研究方向如下:
(1)根据创建的关键评估指标,制定了实现全球卫星导航系统多干扰源协同部署的原则:①对于地基抑制干扰源,分配间隔不应大于相邻干扰源有效抑制操作距离之和的一半,且应选择数量较少的结构。②在部署星载转发式欺骗器时,应选择瞬时覆盖率和覆盖时间比大、重访时间、发射成本和部署难度小的结构。③在部署无人机载生成式欺骗器时,应选择随着诱饵与威胁目标之间距离的增加,能够持续生成更多诱饵的结构,并具有更高的欺骗成功率。
(2)根据建立的全域部署原则和案例仿真分析,提出了协同部署多干扰源的合理配置:①第一层是地面层,在威胁目标空中航线两侧8.660公里处,以43.648公里的间隔均匀部署8个抑制干扰源。②第二层是空中层,在(0,±50公里,15公里)、(±1.35公里,±50公里,15公里)、(±2.7公里,±50公里,15公里)、和(±4.05公里,±50公里,15公里)处部署UAV1–UAV14搭载生成式欺骗器,每相邻欺骗器之间的角距为1.54°。③第三层是空间层,部署了一个由132颗小卫星和13个相位因子组成的三链星座,分布在22个轨道面上,轨道高度为800公里,轨道倾角为53°,用作搭载转发式欺骗器的平台,并构建了4个闭合卫星间链路。
(3)根据制定的部署效果评价指标,对拟议配置的协同部署效果进行了评估,并验证了其合理性:①本文提出的配置的所有评估结果均符合其评估标准,并且这些结果均优于其他多干扰源部署配置。②虽然在相应的实例仿真中,该配置所包含的每个单一干扰源部署都是合理有效的,但其总体碰撞安全性和风险指数均高于该配置的相应结果。因此,虽然所提配置的合理性已得到验证,但部分单一干扰源部署结构仍有改进空间;特别是全球卫星导航系统生成欺骗源的部署,具有最高的风险指数和碰撞安全性,应引起关注。
(4)基于评估结果,提出了改善给定配置中单一干扰源部署的具体建议,进一步实现最优配置。①由于无人机搭载生成式欺骗器的安全性相对较差,因此将从以下几个方面改进无人机集群的部署,包括进行空中交通管制以降低冲突发生的概率,在远离人群或地面覆盖明显的区域设计航线网络以降低飞行设备的运行风险,以及增加无人机的防碰撞设计以减少无人机之间的碰撞概率等。②未来将引入智能进化算法,例如基于混合算法和粒子群优化的混合方法,该算法可以实现全局最优;对于各种多干扰源配置的设置参数,通过构建矩阵及其对应方程并利用该方法求解方程,可获得全局最优配置。

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编辑:陈微,曹文丽

审核:田丽


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