[发明专利]基于TDOA和功率测量值的GNSS欺骗干扰定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别涉及一种基于差分到达时间(Time Difference of Arrival，TDOA)和信号功率测量值的全球导航卫星系统(Global Positioning Satellite System,GNSS)欺骗干扰源定位方法。

背景技术

随着GNSS的发展，它在人们的生活中起着越来越重要的作用。然而由于到达接收机的GNSS信号很微弱，导致GNSS信号对带内干扰很脆弱，其中欺骗干扰是危害最大的一种。欺骗干扰的信号结构和功率等参数与真实信号相似，其目的是使接收机输出虚假的位置、时间结果，而不引起使用者注意。这将导致严重的后果，特别是对重要的基础设施，比如输电网络或数字通信网络使用的GNSS授时接收机被欺骗，时间被拉偏，将导致输电故障或通信中断。

因此，抗欺骗技术成为近来GNSS研究领域的一个研究热点。学者们提出了许多抗欺骗技术。带内功率监测、信号质量监测、天线阵技术、加密技术以及多接收机抗欺骗方法等是当前研究中较为流行的抗欺骗技术。这些方法主要集中于欺骗干扰的检测和抑制，对有欺骗干扰源定位的研究却很少。

距离测量值和功率测量值是GNSS接收机的两个基本测量值。因此，一些基于TDOA或能量的无源定位算法可以扩展到欺骗干扰源定位应用中。其中最大似然(Maximum Likelihood，ML)算法是一种较为吸引人的技术，因为它得出解的精度可以达到克拉美罗下限(Cramer-Rao lower bound，CRLB)。然而该算法需要迭代计算，并且需要一个好的初始解，否则计算结果会出现发散或者收敛到局部最优解。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术的不足，提出一种基于差分到达时间TDOA和信号功率测量值的基于TDOA和功率测量值的GNSS欺骗干扰定位方法。

本发明的技术方案是：

一种基于TDOA和功率测量值的GNSS欺骗干扰定位方法，包括以下步骤：

S1：利用多个位置已知且静止的GNSS接收机组成一个欺骗干扰源定位系统；将伪距单差TDOA和与伪距单差TDOA对应的功率比的开方作为GNSS欺骗干扰源定位求解过程中的变量；

此欺骗干扰源定位系统由N个GNSS接收机组成，在柯西参考坐标系下，N个GNSS接收机分别位于已知的位置r_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，此位置可以根据需求自由设定，欺骗干扰源位于s^o＝[x^o,y^o,z^o]^T；第i个GNSS接收机接收到欺骗干扰信号x_i(t)的模型为：

其中，t表示GNSS时间；p_T为欺骗信号的发射功率；g_i为第i个GNSS接收机的增益，包含天线增益和接收机前端处理损耗；为欺骗干扰源到第i个GNSS接收机之间的欧拉距离；F(t)为接收到的信号波形，由伪随机码和导航电文调制到载波上生成；τ_i为信号传播到第i个GNSS接收机的时延；ξ_i为高斯白噪声，均值为0，方差为N₀B，N₀为噪声功率谱密度，B为信号带宽；

欺骗干扰信号直视入射且符合空间自由传播模型，第i个GNSS接收机伪距测量值l_i的模型为：

式中c为信号传播速度；τ_f为干扰源模拟的虚假时延，dt_r和dt_s分别表示GNSS接收机和欺骗干扰源的钟差，τ_a＝τ_f+dt_r-dt_s融合不同伪距测量值中相同的分量，ε_d,i为伪距测量噪声，其服从0均值高斯分布，方差为且各接收机伪距测量值l_i之间的噪声不相关；

对欺骗干扰信号进行解扩、相干积累可得：

式中I_i为相干累积的结果，T为相干累积间隔，F^*(t)为接收到的信号波形F(t)的共轭；ξ_i′为式(1)噪声分量ξ_i积分后的结果，易知它是0均值高斯随机变量，方差为N₀/T；