[发明专利]基于单接收机的欺骗干扰信号检测方法

说明书

本发明公开了一种基于单接收机的欺骗干扰信号检测方法，实施步骤包括：获取改正后的卫星在ECEF坐标系下的位置，利用卫星钟差改正量、电离层延迟改正量和对流层延迟改正量对测量伪距进行改正得到改正后的伪距，利用最小二乘法进行迭代求解，得到载体在ECEF坐标系下的第一位置，基于卫星的伪距双差模型进行泰勒近似展开迭代求解得到载体在ECEF坐标系下的第二位置；根据第一位置、第二位置之间的位置偏差是否大于预设阈值判断当前接收的信号是否为欺骗干扰信号。本发明只需单接收机或单天线和伪距测量信息就能实现，对设备的要求低，算法简单高效，实现过程简单，同时适用于生成式欺骗干扰和转发式欺骗干扰。

技术领域

本发明涉及卫星导航系统的欺骗干扰信号检测技术，具体涉及一种基于单接收机的欺骗干扰信号检测方法。

背景技术

随着卫星导航系统在人们生产、生活中日益广泛和深入的应用，其面临的安全形势也越来越严峻。有意或无意的欺骗和干扰影响导航终端和授时终端的正常使用，产生错误的定位和授时信息。针对卫星导航接收机的欺骗干扰主要是使接收机捕获干扰信号，进而产生错误的定位，这种干扰主要有生成式和转发式两种。卫星信号的C/A码部分是公开透明的，其结构为公众所熟知，因此可以模拟生成与真实卫星导航信号相似的干扰信号，误导接收机偏离正确的位置；P码部分因为加密原因，不能得到很好的模拟。相比于生成式，转发式欺骗干扰不仅成本更低，而且实现更容易。

对于欺骗干扰，干扰机首先需要破坏接收机与真实信号之间的连接，然后通过高于真实信号的功率来使接收机优先捕获干扰信号。文献[1黄龙，吕志成，王飞雪，针对卫星导航接收机的欺骗干扰研究[J]，宇航学报，2012,33(7):884-890.]指出，欺骗干扰功率只要高于真实信号4dB，就可以破坏接收机对真实信号的跟踪。要实现欺骗干扰的抑制，首先要准确的检测出欺骗干扰信号的存在。国内外对此做了大量细致的研究，最初的检测方法主要集中在信号的失真检测，包括信号的功率[2Jahromi Jafarnia,Broumandan Ali,Nielsen John,et al.Pre-despreading authenticity verification for GPS L1C/Asignals[J].Navigation:Journal of the Institute of Navigation,2014,61(1),1-11.；3Dehghanian V,Nielsen J,Lachapelle G.GNSS spoofing detection based onsignal power measurements:statistical analysis[J].Internation Journal ofNavigation and Observation,2012,2012(7),1-8.]、来向的空间分布特性[4ZhangYaotian,Wang Lu,Wang Wenyi,et al.Spoofing jamming suppression techniques forGPS based on DOA estimating[C]//China Satellite Navigation Conference(CSNC)2014,Proceedings:Volume I,Lecture Notes in Electrical Engineering 303.BerlinHeidelberg:Springer-Verlag press,2014,683-693.；5Borio D.PANOVA tests andtheir application to GNSS spoofing detection[J].IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems,2013,49(1),381-394.]等；当前的研究主要集中在利用天线阵[6Wang Wenyi,Chen Geng,Wu Renbiao,et al.A low-complexity spoofingdetection and suppression approach for ADS-B[C]//2015 Integratedcommunications navigation and surveillance(ICNS)conference.IEEE press,2015,k21-8.]、双接收机伪距或载波相位的差分[7Daniele Borio,Ciro Gioia.A sum-of-squaresapproach to GNSS spoofing detection[J].IEEE Transactions on Aerospace andElectronic Systems,2016,52(4),1756-1768.；8David S.Radin,Peter F.Swaszek,KellyC.Seals,et al.GNSS Spoof Detection Based Upon Pseudoranges from MultipleReceivers[C].Proceedings of the 2015 International Technical Meeting of TheInstitute of Navigation,Dana Point,California,January 2015,657-671.]、相关性[9Psiaki M L,O′Hanlon B W,Bhatti J A,et al.GPS spoofing detection via dual-receiver correlation of military signals[J].IEEE Transactions on Aerospaceand Electronic Systems,2013,49(4),2250-2267.；10Broumandan A,Jahromi A J,Lachapelle G.Spoofing detection,classification and cancelation(SDCC)receiverarchitecture for a moving GNSS receiver[J].GPS Solutions,2015,19(3),475-487.]、惯性辅助[11Nathan A.White,Peter S.Maybeck.Detection of Interference/Jamming and Spoofing in a DGPS-Aided Inertial System[J].IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems,1998,34(4),1208-1217.；12Jung-Hoon Lee,Keum-Cheol Kwon,Dae-Sung An,et al.GPS Spoofing Detection using Accelerometers andPerformance Analysis with Probability of Detection[J].International Journalof Control,Automation,and Systems,2015,13(4),951-959.]等。但是，不同的方法从一定程度上都能实现欺骗干扰信号的检测，但也存在局限和适用范围。比如，采用普通天线时无法得到信号的到达角信息，也就无法用信号来向监测实现欺骗干扰信号的判断；当只有单接收机或者单天线时，无法利用双接收机或者双天线进行差分计算的方法，而且双接收机伪距单差的方法的检测性能受接收机的基线长度以及卫星个数的影响。如果能够利用单接收机来实现对欺骗干扰信号的检测，那么就可以克服双接收机检测时存在的缺点。因此，如何利用单接收机来实现对欺骗干扰信号的检测，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。