[发明专利]基于聚类的卫星导航欺骗攻击防御方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及全球导航卫星系统领域，尤其涉及一种基于聚类的卫星导航欺骗攻击防御方法及系统。

背景技术

由于导航卫星距离地球较远，到达地面的信号功率微弱，民用导航系统结构开放，信号体制公开，且一般接收机出于成本和复杂度问题没有加入抗欺骗手段，这些因素使人为欺骗卫星导航接收机成为可能。欺骗攻击是一种恶意干扰，通过向接收机发送伪造或经过延迟的导航信号，欺骗攻击可以误导接收机产生错误的位置和时间信息。现在已有成功针对轮船、智能电网和证券交易所数据中心的欺骗试验报道，因此研究实际可用的卫星导航系统欺骗防御方法意义重大。

现在已有的欺骗防御方法大致可分为欺骗检测和欺骗消除两类。欺骗检测主要目的是鉴别当前所处理信号中是否存在欺骗信号，若存在则给出告警信息；欺骗消除主要致力于减轻甚至消除欺骗信号的影响，使欺骗攻击无法影响用户接收机的正常工作。

目前常用的一些欺骗检测方法，包括多峰检测、信号质量监测方法等。然而，在伪码捕获时，由于欺骗信号既可提前于真实信号到达目标接收设备也可以晚于真实信号到达，因此这种多峰检测的方法往往无法识别真实信号，易受欺骗攻击影响。信号质量监测方法能在一定程度上检测出当前是否存在欺骗信号，但同样无法识别出哪些是真实信号、哪些是欺骗信号，同样易受欺骗攻击的影响，并且只能在信号质量非常好的环境下工作，对普通接收机而言使用较为困难。

因此，如何准确检测、识别出欺骗信号，抑制欺骗攻击的影响，提高导航接收机欺骗防御能力，是急需解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对当前技术无法准确区分真实信号和欺骗信号、易被欺骗攻击所影响的问题，本发明提出一种基于聚类的卫星导航欺骗攻击防御方法及系统。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种基于聚类的卫星导航欺骗攻击防御方法，所述方法包括：

S1:对接收机接收的卫星信号进行捕获、牵引、跟踪处理，提取所跟踪的各个卫星信号的信号发射时间；

S2:根据所述信号发射时间以及预设的时差下限对卫星信号进行第一聚类处理，将信号发射时间差小于所述预设的时差下限的卫星信号归为同一第一信号集，从而得到N个第一信号集，对于每一个第一信号集，保留其中一个卫星信号，舍弃其他卫星信号，从而得到N个卫星信号；

S3：以预设的时差上限为门限，对所述N个卫星信号进行第二聚类处理，将信号发射时间之差小于所述预设的时差上限的卫星信号归为同一第二信号集，得到K个第二信号集；

S4：根据所述K个第二信号集得到L个定位解算结果，L≤K；

S5：从L个定位解算结果中选出与所述接收机的已知信息最匹配的定位解算结果，则所述最匹配的定位解算结果对应的第二信号集中的卫星信号为真实信号，其余卫星信号为欺骗信号，所述接收机的已知信息包括位置信息和时间信息中的至少一个。

优选地，所述步骤S1包括：

S11：对接收机接收的卫星信号进行捕获，将所捕获的各个卫星信号的相关值与预设捕获门限进行比较，对相关值大于等于所述预设捕获门限的卫星信号进行牵引；

S12：在牵引预设的时间后，对环路锁定值大于等于预设牵引门限的卫星信号进行跟踪；

S13：待所跟踪的各个卫星信号实现帧同步后，提取所跟踪的各个卫星信号的信号发射时间。

优选地，所述步骤S3包括：

S31：取i为从1至N的整数，分别进行以下步骤：将第i个卫星信号X_i的信号发射时间分别和所述N个卫星信号中的其它卫星信号的信号发射时间作差，将得到的时间差小于预设时差上限对应的卫星信号归为第二信号集C_i中，从而得到N个第二信号集；

S32：对于步骤S31得到的所述N个第二信号集中，若两个或两个以上的第二信号集中的卫星信号完全相同，则将其合并为同一第二信号集，合并后得到K个第二信号集，K≤N。

优选地，所述步骤S4包括：

S41：提取所述K个第二信号集中卫星信号个数大于等于预设个数的第二信号集，得到L个第二信号集；

S42：对所述L个第二信号集进行定位解算，得到L个定位解算结果。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于聚类的卫星导航欺骗攻击防御系统，所述系统包括：

信号发射时间获取模块，用于对接收机接收的卫星信号进行捕获、牵引、跟踪处理，提取所跟踪的各个卫星信号的信号发射时间；