廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ads-b自主防虛假目標欺騙辦法
【專利摘要】廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ADS-B基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS和地-空數(shù)據(jù)鏈等先進技術(shù)，是國際民航組織ICAO正在全球推廣的新型地-空監(jiān)視系統(tǒng)。ADS-B因其工作頻率、信號格式及其通信協(xié)議的開放共享特性，使得這種系統(tǒng)應(yīng)用容易受到無線電愛好者或不法分子實施的人為惡意欺騙攻擊，出現(xiàn)虛假目標，造成ATC管制空域管理的混亂，嚴重干擾正常的航空飛行秩序，對安全產(chǎn)生嚴峻隱患。本發(fā)明組成包括：ADS-B地面基站主機和抗虛假目標處理分機、BD/GPS天線、ADS-B接收天線和抗虛假目標測向功能天線、PC機（選項）、BD/GPS衛(wèi)星、飛機。
【專利說明】廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ADS-B自主防虛假目標欺騙辦法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軍民航空管對飛行器目標的地-空監(jiān)視應(yīng)用技術(shù)，是利用飛行器目標自身發(fā)射的信息進行地-空監(jiān)視的系統(tǒng)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ADS-B集全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS (GPS/BD/GL0NASS/GALLILE0)和地-空數(shù)據(jù)鏈(1090 ES/VDL MODE 4/UAT)等先進技術(shù)于一體，是國際民航組織ICA0正在全球推廣的新型地-空監(jiān)視系統(tǒng)。該技術(shù)誕生于上世紀90年代中后期，本世紀初在世界各國的軍民航航空運輸領(lǐng)域逐步得到推廣應(yīng)用，近年來ADS-B系統(tǒng)及其設(shè)備的商用化普及速度大大加快。
[0003]ADS-B系統(tǒng)(主指ADS-B地面基站)接收空中飛行目標上的機載應(yīng)答機發(fā)射的各種RF應(yīng)答信號(即ADS-B OUT信號，如S模式、1090 ES信號等)，進行實時接收處理并獲取飛行器目標的ID屬性代號、空中3D位置數(shù)據(jù)(來自機載GNSS)、飛行速度、航向、國籍等信息，從而完成對飛行器目標的監(jiān)視、定位、跟蹤等功能。與雷達監(jiān)視應(yīng)用相比，該系統(tǒng)具有監(jiān)視精度高、信息豐富完整、數(shù)據(jù)更新快、隱蔽性強等特點，并且成本低、安裝維護方便，可以配合各類雷達(包括一次雷達PSR以及二次雷達SSR等)進行目標的監(jiān)視；另外也可以單獨工作，特別適用于山區(qū)、沙漠、海洋等無雷達監(jiān)視的地區(qū)。
[0004]目前常規(guī)的ADS-B地面基站的接收天線僅采用ADS-B IN全向天線，也不具備抗虛假信號的排查判斷功能，很容易受人為惡意(無線電愛好者或不法分子發(fā)出的)的ADS-B虛假信號的欺騙干擾，嚴重影響軍民航航空運輸?shù)恼Ｖ刃蚝瓦\行安全。本發(fā)明所采用的ADS-B測向天線以及抗虛假目標處理分機等所組成的抗虛假目標處理功能系統(tǒng)，可以增加現(xiàn)有常規(guī)的ADS-B地面基站的自主防虛假目標欺騙的能力，對發(fā)射源信息進行合法性和安全性的確認，進而大大提高ADS-B廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的安全性、可靠性和可用性等，確保ADS-B能作為一種自主獨立、安全可靠地監(jiān)視技術(shù)在全球軍民航航空運輸領(lǐng)域，特別是軍民航空管ATC領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0005]此外，目前常規(guī)的ADS-B地面基站均基于美國全球定位系統(tǒng)GPS作為時基定位系統(tǒng)，大大受制于美國GPS系統(tǒng)而留有極大安全隱患；本發(fā)明采用了我國自主的北斗BD系統(tǒng)作為ADS-B基站的時基定位系統(tǒng)，而且兼容GPS等系統(tǒng)，這樣既可以使用BD系統(tǒng)進行ADS-B時基定位，也可以使用GPS系統(tǒng)進行ADS-B時基定位，還可以利用其中兩個系統(tǒng)進行組合使用進行ADS-B時基定位，進一步提高了系統(tǒng)的安全性、可用性和生存能力。
[0006]本發(fā)明采用了大規(guī)模陣列FPGA，高性能處理器CPU ARM、MCU以及大規(guī)模信號處理芯片DSP等，以及寬動態(tài)的ADS-B接收機以及抗虛假目標處理分機、北斗BD/GPS 二合一時基定位接收機與相應(yīng)的天線等，充分保證了設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性和技術(shù)先進性等，適應(yīng)軍民航空管的各類應(yīng)用環(huán)境。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是采用抗虛假目標處理的ADS-B系統(tǒng)能實時有效的動態(tài)地監(jiān)視飛行目標，得到飛行目標的各種屬性參數(shù)，保證不漏掉一個目標并有效排除虛假目標，以確保民航空管的安全可靠性。
[0008]將ADS-B發(fā)射源的真實空間位置與它發(fā)出的ADS-B報文中的空間位置信息進行比對，以判別其真實性:如果一致，則為真實有效的ADS-B信息；如果不一致，則為非法的ADS-B信息，即虛假目標。
[0009]本發(fā)明包括ADS-B主機和抗虛假目標處理主機、抗虛假目標測向天線和ADS-B接收天線、BD2/GPS天線、PC機(選項)。
[0010]本發(fā)明嚴格按照國際民航公約附件10 (ICAO ANNEX10)以及RTCA-D0260B相關(guān)規(guī)范的要求，并結(jié)合中國民航的實際應(yīng)用情況，采用具有抗虛假目標處理的ADS-B系統(tǒng)及中國自主的北斗(BD)衛(wèi)星定位系統(tǒng)，并兼容組合全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)；能實時動態(tài)地監(jiān)視飛行目標，得到飛行目標的各種屬性參數(shù)。
[0011]本發(fā)明具有如下技術(shù)特點:A.ADS-B地面基站主機天線與ADS-B抗虛假目標測向天線可以分別為各自獨立使用的兩個天線，也可以為兩種功能合用的一個天線。B.ADS-B地面基站主機和ADS-B抗虛假目標處理分機可以分別為各自獨立使用的兩個設(shè)備，也可以為兩種功能合用的一個設(shè)備。C.可單獨采用BD或GPS定位天線，也可以采用BD/GPS 二合一天線。D.判斷的方法簡單，將ADS-B發(fā)射源的真實空間位置與它發(fā)出的ADS-B報文中的空間位置信息進行比對，以判別其真實性:如果一致，則為真實有效的ADS-B信息；如果不一致，則為非法的ADS-B信息，即虛假目標。E.本發(fā)明所涉及的ADS-B發(fā)射源真實空間位置測量方法包括但不限于:測向算法，基于到達時間差TD0A的多點定位算法MLAT等。F.本發(fā)明適應(yīng)的設(shè)備即可在地面固定應(yīng)用，也可以加裝在車輛上，飛行器上等移動應(yīng)用，或安裝在艦船上應(yīng)用。

【具體實施方式】
[0012]下面對本發(fā)明作詳細的說明。
[0013]本發(fā)明包括ADS-B主機(1 )，抗虛假目標處理主機(2)，抗虛假目標測向天線(3)，BD/GPS 天線(4)，ADS-B 接收天線(5)，PC 機(選項)(6)，BD/GPS 衛(wèi)星(7)，飛機(8)。
[0014]將ADS-B發(fā)射源的真實空間位置與它發(fā)出的ADS-B報文中的空間位置信息進行比對，以判別其真實性:如果一致，則為真實有效的ADS-B信息；如果不一致，則為非法的ADS-B信息，即欺騙攻擊。
[0015]1)惡意欺騙者通常會在地面的某個位置匕，編制一個/組虛假的3D位置信息P:......ps，人為地調(diào)制出一個/組虛假、非法的ADS-B報文，利用發(fā)射源，通過地-空數(shù)據(jù)鏈通道發(fā)射出去；2)目前，標準的ADS-B地面基站接收到該虛假ADS-B報文經(jīng)解析后，則將在其相應(yīng)的地面顯示器或ATC管制員的顯示器上顯示出空域中的某虛假飛行目標的點跡(該虛假空間位置Ps)/航跡，進而造成該空域運行管理的混亂，形成極大地安全隱患。3)目前，常規(guī)標準的ADS-B地面基站對此種虛假ADS-B欺騙信號尚無排查抵抗能力。4)本發(fā)明采用對放射源進行實時的空間測向定位:a.利用天線對空域中的發(fā)射源進行搜索測向，并利用測向算法快速解算、確定其真實的空間位置已;b.將該發(fā)射源發(fā)出的ADS-B報文中的空間位置數(shù)據(jù)Ps其真實的空間位置數(shù)據(jù)已進行比較:如果Ps與Pr—致，那么發(fā)射源為真實、有效或合法；
如果Ps與Pr不一致，那么發(fā)射源為虛假、無效或非法；5)對發(fā)射源報文中的位置數(shù)據(jù)Pi進行前后數(shù)組的連續(xù)比對，如果Pi值未發(fā)生變化，則說明該發(fā)射源是虛假欺騙信號(航空器空中位置固定不變)，即:Pi = Pi+1 = Pi+2......，那么發(fā)射源為虛假欺騙。
[0016]本發(fā)明基于單個標準的ADS-B地面基站+測向天線+目標測向算法/虛假目標排查算法，對虛假目標進行實時的判別。它可以充分利用現(xiàn)已部署的ADS-B地面基站，對雷達覆蓋區(qū)域或無雷達覆蓋區(qū)域均可適用，即可以作為不依賴雷達的、獨立的ADS-B防虛假目標欺騙應(yīng)用。
[0017]本發(fā)明即可在地面固定應(yīng)用，也可以加裝在車輛上，飛行器上等移動應(yīng)用，或安裝在艦船上應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.廣播式自動相關(guān)監(jiān)視ADS-B自主防虛假目標欺騙方法的特征在于:ADS-B地面基站主機(I )，抗虛假目標處理分機(2)，抗虛假目標測向天線(3)，BD/GPS定位天線(4)，ADS-B接收天線(5)，PC機(選項)(6), BD2/GPS衛(wèi)星(7)，飛行器(8)。
2.ADS-B地面基站主機天線與ADS-B抗虛假目標測向天線可以分別為各自獨立使用的兩個天線，也可以為兩種功能合用的一個天線。
3.ADS-B地面基站主機和ADS-B抗虛假目標處理分機可以分別為各自獨立使用的兩個設(shè)備，也可以為兩種功能合用的一個設(shè)備。
4.可單獨采用BD或GPS定位天線，也可以采用BD/GPS二合一天線。
5.ADS-B發(fā)射源的真實空間位置與它發(fā)出的ADS-B報文中的空間位置信息進行比對，以判別其真實性:如果一致，則為真實有效的ADS-B信息；如果不一致，則為非法的ADS-B信息，即虛假目標。
6.本發(fā)明的設(shè)備即可在地面固定應(yīng)用，也可以加裝在車輛上，飛行器上等移動應(yīng)用，或安裝在艦船上應(yīng)用。
7.這里的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS包含但不限于:GPS、BD、GALONASS、GALILEO等；這里的地-空數(shù)據(jù)鏈包含但不限于:1090 ES、VDL MODE 4、UAT等。
【文檔編號】G01S3/14GK104346956SQ201310338835
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】曾潛輝 申請人:四川信能科技發(fā)展有限公司