*DE A *

Transkript

1 *DE A * (19) Bundesrepublik Deutschland Deutsches Patent- und Markenamt (10) DE A (12) Offenlegungsschrift (21) Aktenzeichen: (22) Anmeldetag: (43) Offenlegungstag: (71) Anmelder: LFK-Lenkflugkörpersysteme GmbH, Schrobenhausen, DE (74) Vertreter: Patentanwaltskanzlei Kanzlei Schatt IP, München (51) Int Cl. 8 : G01S 5/12 ( ) H04K 3/00 ( ) G01S 7/38 ( ) G05D 1/10 ( ) (72) Erfinder: Muser, Christoph, München, DE (56) Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht gezogene Druckschriften: US EP A1 Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen Prüfungsantrag gemäß 44 PatG ist gestellt. (54) Bezeichnung: Täuschsystem für Satellitennavigationssysteme (57) Zusammenfassung: Offenbart sind ein Täuschsystem, eine Täuschsystemanordnung sowie ein Verfahren zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen. Das Täuschersystem hat zumindest eine Empfangseinheit zum Empfang von Satellitensignalen und mindestens eine Sendeeinheit zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, oder zumindest einen Satellitensignal-Simulator zum Senden von Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger. Erfindungsgemäß ist die Empfangs- und Sendeeinheit oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem angeordnet. 1/10

2 Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Täuschsystemanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12 sowie ein Verfahren zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen gemäß dem Patentanspruch 13. [0002] Die Positionsberechnung basiert bei Satellitennavigationssystemen, wie beispielsweise dem Global Positioning System (GPS), auf der Laufzeit der Satellitensignale zwischen den Navigationssatelliten und der Empfangsantenne bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit. Dadurch ergibt sich ein Abstand des Navigationssystems zu dem jeweiligen Satelliten. Aufgrund der bekannten Lage der Satelliten, kann hieraus eine Kugel mit dem Satelliten als Zentrum für den Aufenthaltsort des Satellitennavigationssystems gebildet werden. Wird dies mit mehreren Satelliten durchgeführt, kann eine Positionsbestimmung eindeutig erfolgen, indem der Schnittpunkt aller Kugeln berechnet wird. Da in realen Systemen keine eindeutige Zeitbasis vorhanden ist, werden zur Zeitbestimmung und Synchronisation nicht die absoluten Laufzeiten der Signale, sondern die unterschiedlichen Laufzeitdifferenzen zwischen dem Eintreffen gleicher Datenpakete unterschiedlicher Navigationssatelliten an dem Satellitennavigationssystem verwendet. Bewegt sich der Navigationsempfänger, so verändern sich die Laufzeitdifferenzen und ein neues Positionsergebnis sowie ein Geschwindigkeitsvektor wird errechnet. [0003] Die Satellitennavigation zählt heute zu einer Kernfähigkeit der elektronischen Kriegsführung. Im Konfliktfall ist es entscheidend, feindliche Satellitennavigationssysteme zu täuschen. Ein derartiges Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen ist beispielsweise aus der EP B1 bekannt. Diese herkömmlichen Täuschsysteme verwenden eine stationäre, bodengebundene Empfangseinheit (Receiver) zum Empfang von Satellitensignalen und eine ebenfalls stationäre Sendeeinheit (Transmitter) zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, beispielsweise eines Navigationssystems eines Luftfahrzeugs. [0004] Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind weiterhin stationäre, bodengebundene Satellitensignal-Simulatoren, beispielsweise GPS-Simulatoren, zum Senden von gefälschten Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger bekannt. Dazu kann beispielsweise ein Code eines zur Zeit nicht sichtbaren Satelliten oder ein ungenutzter Code verwendet werden. Der Satellitensignal-Simulator ermöglicht es gezielt einzelne Satelliten zu simulieren und diese zu stören. Dadurch kann das Täuschsystem die Positionsbestimmung eines Satellitennavigationsempfängers zumindest zeitweise mit gefälschten Navigationsnachrichten stören und eine korrekte Positionsberechnung verhindern. [0005] Nachteilig bei derartigen Täuschsystemen ist, dass diese Systeme für moderne Navigationsalgorithmen einfach zu detektieren und dadurch ausschließbar sind, so dass Satellitennavigationssysteme im Falle nicht auswertbarer, widersprüchlicher oder nicht vertrauenswürdiger Satellitensignalen auf die Verwendung der getäuschten Signale verzichten. Dies liegt darin begründet, dass der Navigationsalgorithmus bei bewegten Navigationsempfängern, insbesondere bei mit einem INS (Inertial Navigation System) gekoppelten Satellitennavigationssystem feststellt, dass die Satellitensignal-Laufzeitdifferenz zu dem Täuschsender konstant ist. Dadurch ist die ermittelte Position des Navigationsempfängers konstant (kein Geschwindigkeitsvektor). Da dies bei einem bewegten Navigationsempfänger nicht möglich ist, wird der Täuschungsversuch von dem Navigationsalgorithmus erkannt. Aus der Positionsberechnung werden nun solche Signale ausgeschlossen, die eindeutig als Täuscher erkannt werden. Handelt es sich beispielsweise um ein Navigationssystem eines Starrflügelflugzeuges, so kann in der Luft keine Geschwindigkeit von 0 km/h vorkommen. Somit können diese Werte aus der Berechnung eines kombinierten Navigationssystems ausgeschlossen werden. [0006] Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Täuschsystem, eine Täuschsystemanordnung sowie ein Verfahren zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen zu schaffen, bei denen gegenüber herkömmlichen Lösungen eine verbesserte Täuschung von Satellitennavigationssystemen erreicht ist. [0007] Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Täuschsystems durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1, hinsichtlich der Täuschsystemanordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 und hinsichtlich des Verfahrens zur Täuschung durch die Merkmale des Patentanspruchs 13 gelöst. [0008] Das erfindungsgemäße Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen hat zumindest eine Empfangseinheit zum Empfang von Satellitensignalen und mindestens eine Sendeeinheit zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, oder zumindest einen Satellitensignal-Simulator zum Senden von Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger. Erfindungsgemäß ist die Empfangs- und Sendeeinheit oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem angeordnet. Das heißt, dass Täuschsystem wird nicht stationär am Boden aufgestellt, sondern an einem Trägersystem ange- 2/10

3 ordnet, der das System, beispielsweise im Luftraum, bewegt. Da es sich bei dem erfindungsgemäßen System gegenüber dem Stand der Technik um ein bewegbares System handelt, kann der Nachteil einer statischen Positionslösung durch die Bewegung des Systems verhindert werden. Durch die Bewegung können selbst mit einem INS-Gerät kombinierte Navigationssysteme keine Unterscheidung mehr treffen, ob es sich um getäuschte oder reale Signale handelt. Somit kann die Navigationsalgorithmik eines Navigationssystems nicht oder nur sehr schwer eine Täuschung erkennen. Dadurch werden falsche Navigationsdaten mit einer vermeintlich hohen Präzision in ein Navigationssystem mit eingerechnet und das Gesamtsystem empfindlich gestört. Das zu täuschende Satellitennavigationssystem ist beispielsweise ein GPS (Global Positioning System). [0009] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung findet als Trägersystem ein Luft-, Land- oder Wasserfahrzeug Verwendung. Das Luft-, Land- oder Wasserfahrzeug kann bemannt oder unbemannt, insbesondere ferngelenkt oder autonom gesteuert sein. Das Luftfahrzeug ist vorzugsweise ein unbemannter oder bemannter Flugkörper. Ein unbemannter Kleinflugkörper hat den Vorteil, dass der Täuscher einfach und schnell an seinen Einsatzort transportiert werden kann. [0010] Der Flugkörper kann ein Luftschiff, ein Hubschrauber oder ein Ballon, beispielsweise ein Heißluftballon oder ein Gasballon sein. Bei einem vorteilhaften Beispiel für ein mobiles Täuschsystem kann die Integration des Täuschsystems in einen Modellzeppelin oder einen bemannten Zeppelin als Träger erfolgen. Dies ermöglicht eine flexible Ortswahl und lange Verweildauer des Täuschsystems in der Luft. [0011] Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Empfangsantenne an dem Flugkörper gegenüberliegend der Sendeantenne angeordnet ist. [0012] Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Empfangsantenne nach oben, im Wesentlichen in Richtung der Navigationssatelliten und die Sendeantenne nach unten in Richtung der Erdoberfläche ausgerichtet ist. Dadurch ist das Störfeld nach oben hin abgeschlossen, so dass dieses bei bekannter Flughöhe des Täuschsystems ohne Täuschereinfluss oder Deaktivierung des Täuschers passiert, d. h. überflogen werden kann. Eigene Satellitenempfänger werden von dem ausgesendeten Täuschsignal beim Überflug des Täuschsystems nicht gestört, so dass eine Positionsbestimmung der eigenen Navigationssysteme möglich bleibt aber fremde Navigationssysteme dauerhaft gestört werden. [0013] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dem mobilen Trägersystem der Satellitensignal-Simulator zugeordnet. Dieser simuliert, Satellitensignale von zumindest einem Navigationssatelliten. Dadurch kann das Täuschsystem die Positionsbestimmung eines Satellitennavigationsempfängers mit gefälschten Navigationsnachrichten stören und eine korrekte Positionsberechnung verhindern. [0014] Vorzugsweise ist das Trägersystem auf einer definierten Bewegungsbahn bewegbar. Ein als Trägersystem verwendeter Flugkörper kann beispielsweise auf einer definierten Flugbahn bewegbar sein, um eine von der Bewegung des zu täuschenden Objekts, beispielsweise eines Luftfahrzeugs, abhängige Täuschung zu erreichen. [0015] Der Aufbau eines Täuschsystems ist mit wenigen Komponenten fertigungstechnisch einfach möglich. Das System besteht im Wesentlichen aus der Sendeeinheit, die über eine Verstärkungseinheit mit der Empfangseinheit verbunden ist. Sende- und Empfangseinheit sind jeweils mit zumindest einer Antenne verbunden. Die Verstärkungseinheit weist mindestens einen Verstärker, insbesondere einen rauscharmen HF-Verstärker auf. Die HF-Satellitensignale werden mittels des Täuschsystems empfangen, verstärkt und wieder ausgestrahlt. [0016] Zur Signalanpassung und Verbesserung der Signalqualität ist der Verstärkungseinheit bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zumindest ein Filter zugeordnet. [0017] Eine erfindungsgemäße Täuschsystemanordnung verwendet eine Vielzahl von gleichen und/oder unterschiedlichen Täuschsystemen. Aufgrund der bewegten Täuschsysteme ist das Feld mit getäuschten Signalen nicht eindeutig zu identifizieren. Eine Kombination mehrerer Täuschsysteme ermöglicht es, einen sehr großen Bereich effektiv zu stören. Dem fremden Navigationssystem kann eine fiktive Satellitenkonstellation simuliert werden, so dass die Positionsbestimmung auf Basis falscher Informationen erfolgt. [0018] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen werden in einem ersten Schritt Satellitensignalen mittels zumindest einer Empfangseinheit empfangen oder mittels eines Satellitensignal-Simulators simuliert. In einem weiteren Schritt werden die empfangenen oder simulierten Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger gesendet, wobei die Empfangsund Sendeeinheit oder der Satellitensignal-Simulators an einem mobilen Trägersystem angeordnet sind. [0019] Zwischen dem Empfangen und Senden des Satellitensignals kann dieses mittels zumindest einer Verstärkereinheit verstärkt werden, um die Täuschwirkung zu verbessern. 3/10

4 [0020] Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche. [0021] Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: [0022] Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Täuschsystems; [0023] Fig. 2 eine Seitenansicht des Täuschsystems aus Fig. 1 und [0024] Fig. 3 eine Draufsicht des Täuschsystems aus Fig. 1. [0025] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Täuschsystems 1 zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen, mit einer Empfangseinheit 2 zum Empfang von Satellitensignalen nicht dargestellter Navigationssatelliten und einer Sendeeinheit 4 zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, beispielsweise einen GPS-Empfänger. Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 sind in einem etwa zylinderförmigen Gehäuse 6 angeordnet. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet das Täuschsystem 1 einen Satellitensignal-Simulator zum Senden der Satellitensignale an den fremden Satellitenempfänger. Dieser simuliert Satellitensignale von zumindest einem Navigationssatelliten. Dadurch kann das Täuschsystem 1 die Positionsbestimmung eines Satellitennavigationsempfängers mit gefälschten Navigationsnachrichten stören und eine korrekte Positionsberechnung verhindern. [0026] Erfindungsgemäß ist die Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 oder der nicht dargestellte Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem 8 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trägersystem als Flugkörper in Form eines unbemannten Luftschiffs 8 ausgebildet. Ein derartiges Luftschiff 8 kann einfach und schnell an seinen Einsatzort transportiert werden. Ein etwa ringförmiger Auftriebskörper 10 des Luftschiffs 8 ermöglicht eine flexible Ortswahl und lange Verweildauer des Täuschsystems 1 in der Luft. Das Antriebssystem des Luftschiffs 8 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Durch die Bewegung des Luftschiffs 8 im Luftraum können fremde Navigationssysteme keine Unterscheidung mehr treffen, ob es sich um getäuschte oder reale Signale handelt. Somit kann die Navigationsalgorithmik des fremden Navigationssystems nicht oder nur sehr schwer eine Täuschung erkennen. Dadurch werden falsche Navigationsdaten mit einer vermeintlich hohen Präzision in ein Navigationssystem mit eingerechnet und das fremde Gesamtsystem empfindlich gestört. [0027] Gemäß Fig. 2, die eine Seitenansicht des Täuschsystems 1 aus Fig. 1 zeigt, ist die Empfangsund Sendeeinheit 2, 4 jeweils mit einer Empfangsantenne 12 bzw. Sendeantenne 14 verbunden. Die Sendeeinheit 4 ist über eine nicht gezeigte Verstärkungseinheit mit der Empfangseinheit 2 verbunden. Die Verstärkungseinheit weist einen Verstärker, beispielsweise einen rauscharmen HF-Verstärker und einen Filter zur Signalanpassung und Verbesserung der Signalqualität auf. Die Empfangs- und Sendeantennen 12, 14 sind einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Empfangsantenne 12 nach oben, in Richtung der nicht dargestellten Navigationssatelliten und die Sendeantenne 14 nach unten, in Richtung der Erdoberfläche ausgerichtet ist. Dadurch ist das Störfeld nach oben hin abgeschlossen, so dass dieses, bei bekannter Flughöhe des Täuschsystems 1, ohne Täuschereinfluss oder Deaktivierung des Täuschers 1 passiert werden kann. Eigene Satellitenempfänger werden von dem ausgesendeten Täuschsignal nicht gestört, so dass eine Positionsbestimmung der eigenen Navigationssysteme möglich bleibt und fremde Navigationssysteme dauerhaft gestört werden. [0028] Wie insbesondere Fig. 3 zu entnehmen ist, die eine Draufsicht des Täuschsystems 1 aus Fig. 1 zeigt, ist das Gehäuse 6 der Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 mittels drei um jeweils etwa 120 zueinander verlaufenden Befestigungsstreben 16 mittig an dem ringförmigen Auftriebskörper 10 fixiert. [0029] Im Folgenden wird die Funktion des Täuschsystems 1 beispielhaft erläutert. Zur Täuschung von fremden Satellitennavigationssystemen werden in einem ersten Schritt Satellitensignalen mittels der Empfangseinheit 2 empfangen oder mittels des Satellitensignal-Simulators simuliert. In einem weiteren Schritt werden die empfangenen oder simulierten Satellitensignale von dem mobilen Trägersystem 8, d. h. dem Luftschiff an den fremden Satellitenempfänger gesendet. Zwischen dem Empfangen und Senden des Satellitensignals wird dieses mittels des Verstärkers verstärkt, um die Täuschwirkung zu verbessern. Das Luftschiff 8 kann auf einer definierten Flugbahn bewegt werden, um eine an die Bewegung des zu täuschenden Objekts, beispielsweise eines Luftfahrzeugs, angepasste Täuschwirkung zu erreichen. Des Weiteren ist eine Täuschsystemanordnung mit einer Vielzahl von gleichen oder unterschiedlichen Täuschsystemen 1 möglich. Beispielsweise kann eine Kombination aus Luft-, Land- und/oder Wasserfahrzeugen als Trägerplattformen Verwendung finden. Aufgrund der bewegten Täuschsysteme 1 ist das Feld mit getäuschten Signalen nicht eindeutig zu identifizieren. Dem fremden Navigationssystem kann weiterhin eine fiktive Satellitenkonstellation simuliert werden, so dass die Positionsbestimmung auf Basis falscher Informationen erfolgt. 4/10

5 [0030] Das erfindungsgemäße Täuschsystem 1 ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel mit einem Luftschiff 8 als mobiles Trägersystem beschränkt, vielmehr kann für das erfindungsgemäße Täuschsystem 1 jedes aus dem Stand der Technik bekannte Luft-, Land- oder Wasserfahrzeug als Trägerplattform Verwendung finden. Erfindungswesentlich ist, dass die Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem 8 angeordnet ist. [0031] Offenbart sind ein Täuschsystem 1, eine Täuschsystemanordnung sowie ein Verfahren zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen. Das Täuschsystem 1 hat zumindest eine Empfangseinheit 2 zum Empfang von Satellitensignalen und mindestens eine Sendeeinheit 4 zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, oder zumindest einen Satellitensignal-Simulator zum Senden von Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger. Erfindungsgemäß ist die Empfangs- und Sendeeinheit 2, 4 oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem 8 angeordnet. Bezugszeichenliste 1 Täuschsystem 2 Empfangseinheit 4 Sendeeinheit 6 Gehäuse 8 Trägersystem (Luftschiff) 10 Auftriebskörper 12 Empfangsantenne 14 Sendeantenne 16 Befestigungsstrebe DE A /10

6 ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. Zitierte Patentliteratur - EP B1 [0003] DE A /10

7 Patentansprüche 1. Täuschsystem zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen, mit zumindest einer Empfangseinheit (2) zum Empfang von Satellitensignalen und mindestens einer Sendeeinheit (4) zum Senden der empfangenen Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, oder zumindest einem Satellitensignal-Simulator zum Senden von Satellitensignalen an einen fremden Satellitenempfänger, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangs- und Sendeeinheit (2, 4) oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem (8) angeordnet ist. 2. Täuschsystem nach Patentanspruch 1, wobei das Trägersystem (8) ein Luft-, Land- oder Wasserfahrzeug ist. 3. Täuschsystem nach Patentanspruch 2, wobei das Luftfahrzeug ein unbemannter oder bemannter Flugkörper ist. 4. Täuschsystem nach Patentanspruch 3, wobei der Flugkörper ein Luftschiff (8), ein Hubschrauber oder ein Ballon ist. 12. Täuschsystemanordnung mit einer Vielzahl von Täuschsystemen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. 13. Verfahren zur Täuschung von Satellitennavigationssystemen, mit den Schritten: a) Empfangen von Satellitensignalen mittels zumindest einer Empfangseinheit (2) oder Simulieren eines Satellitensignals mittels eines Satellitensignal-Simulators; b) Senden der empfangenen oder simulierten Satellitensignale an einen fremden Satellitenempfänger, wobei die die Empfangs- und Sendeeinheit (2, 4) oder der Satellitensignal-Simulator an einem mobilen Trägersystem (8) angeordnet ist. 14. Verfahren nach Patenanspruch 13, wobei zwischen den Schritten a) und b) in einem Schritt c) das empfangene Satellitensignal mittels zumindest einer Verstärkereinheit verstärkt wird. Es folgen 3 Blatt Zeichnungen 5. Täuschsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Flugkörper als Trägersystem (8), wobei die Empfangsantenne (2) an dem Trägersystem (8) gegenüberliegend der Sendeantenne (4) angeordnet ist. 6. Täuschsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Flugkörper als Trägersystem (8), wobei die Empfangsantenne (2) nach oben und die Sendeantenne (4) nach unten ausgerichtet ist. 7. Täuschsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Trägersystem (8) auf einer definierten Bewegungsbahn bewegbar ist. 8. Täuschsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Sendeeinheit (4) über eine Verstärkungseinheit mit der Empfangseinheit (2) verbunden ist. 9. Täuschsystem nach Patentanspruch 8, wobei die Verstärkungseinheit zumindest einen Verstärker, insbesondere einen rauscharmen HF-Verstärker aufweist. 10. Täuschsystem nach Patentanspruch 8 oder 9, wobei die Verstärkungseinheit zumindest einen Filter aufweist. 11. Täuschsystem nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Satellitennavigationssystem ein Global Positioning System (GPS) ist. 7/10

8 Anhängende Zeichnungen 8/10

9 9/10

10 10/10