【摘 要】
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无人机系统是未来战争中进行信息对抗、信息窃取、实施火力打击的重要手段,其中惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)/全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的组合导航系统应用使得无人机具备了精确导航、制导与控制的能力。但是作为无人机必备导航部件之一的卫星导航系统却极易受到来自敌对力量的恶意干扰,很多国家将
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无人机系统是未来战争中进行信息对抗、信息窃取、实施火力打击的重要手段,其中惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)/全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的组合导航系统应用使得无人机具备了精确导航、制导与控制的能力。但是作为无人机必备导航部件之一的卫星导航系统却极易受到来自敌对力量的恶意干扰,很多国家将卫星干扰作为一个攻击性策略,来降低敌方包括无人机在内的现代化武器的使用效能。因此,研究在INS/GNSS组合导航模式下各常见类型无人机的欺骗方法具有较大的学术价值和应用价值。它一方面为欺骗式干扰技术研究提供了新的理论依据和技术途径,另一方面又为对抗这种欺骗式干扰技术的策略提供了明确的思路,保障了我国卫星导航在军事和民事等领域中的安全应用。1.针对INS/GNSS组合导航模式下欺骗方法在算法研究上需要进行可行性理论验证的问题,本文以稳态增益矩阵为突破口,研究不同导航精度、不同导航方式下欺骗式干扰信号对组合导航输出结果影响程度的可操纵性和稳定性,进而推断出在INS/GNSS组合导航模式下实施欺骗攻击的可行性。2.针对目前开展的GNSS欺骗式干扰技术研究忽略飞行控制器对无人机欺骗效果影响的问题,本文在综合考虑质点无人机INS/GNSS组合导航系统和轨迹跟踪飞行控制系统的基础上,设计了一种欺骗跟踪控制器,使得无人机在无意识的状态下偏离原定参考轨迹,而按照欺骗跟踪控制器规划的欺骗轨迹航行。在实际应用中,针对质点无人机所开展的欺骗式干扰技术的相关研究是远远不够的。目前常见的多旋翼类型无人机和固定翼类型无人机都是需要考虑线运动和角运动的六自由度非线性模型。本文根据多旋翼类型和固定翼类型无人机自身独特的动力学模型,分别对欺骗跟踪控制器所涉及的算法适应性进行优化设计,以满足各种类型无人机的实际应用需求。3.针对多旋翼无人机类型,本文提出了一种利用轨迹诱导的欺骗控制策略,利用逐点逐步小量的位置拉偏来避免虚假卫星信号引起位置的突然变化以及姿态的巨大差异变化,可使得多旋翼无人机在受到欺骗式干扰而发生位置偏移的同时也能保持姿态的差异变化较小,从而增强欺骗攻击的隐蔽性。4.针对数学模型及飞行控制率更加复杂的固定翼无人机,本文提出一种基于逐点拉偏的隐蔽性欺骗控制策略,根据每个时刻期望的位置偏移量(即参考轨迹和欺骗轨迹之间的位置偏差)和真实的卫星信号来构造最优的虚假卫星信号,并根据无人机飞行存在的物理极限(确保飞行的稳定性)以及常见INS/GNSS组合导航的新息检测反欺骗算法(保证欺骗的隐蔽性),设置相对应的约束条件来实时调整虚假卫星信号以使得在每个时刻无人机尽可能地靠近目标欺骗位置点的同时也能确保无人机飞行的稳定性和欺骗干扰的隐蔽性。
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