[发明专利]微、轻型无人机GNSS反欺骗系统及欺骗信号检测与导航方法

说明书

本发明公开了微、轻型无人机GNSS反欺骗系统及欺骗信号检测与导航方法，其中系统具体为：GNSS信号分集接收阵列包括3个GNSS接收单元；GNSS接收单元由1个GNSS接收模块以及与其对应的1个GNSS天线组成，其中3个GNSS天线在无人机上按品字形非共线固定安装，用于采集GNSS卫星信号；GNSS接收模块对GNSS卫星信号进行捕获、跟踪，生成伪距观测原始数据或者载波相位观测原始数据、以及星历数据；计算单元接收伪距观测原始数据或者载波相位观测原始数据、以及星历数据，进行欺骗信号检测和导航，包括：区分欺骗信号和非欺骗信号对应的数据，向无人机发出警报信号。并在非欺骗信号数量达到设定个数的情况下，根据非欺骗信号，计算无人机真实定位结果以及姿态结果。

技术领域

本发明涉及信息安全及GNSS导航技术领域，具体涉及微、轻型小无人机的GNSS反欺骗系统及欺骗信号检测与导航方法。

背景技术

GNSS全称为Global Navigation Satellite System(全球导航卫星系统)，泛指迄今世界上所有的卫星导航系统，如美国的GPS系统、中国的北斗系统、欧洲的GALILEO系统、俄罗斯的GLONASS系统等。其基本的工作原理，是通过部署导航卫星星座，向地表附近用户播发导航测距信号，用户通过接收至少4颗卫星的信号，基于球面交回原理解算其自身的位置和时间。

在GNSS应用日趋普及的同时，也悄然出现了GNSS干扰技术和相应的装备。最传统的GNSS干扰手段是在GNSS信号频段上发播大功率的压制信号，迫使用户接收机不能正常工作。压制式干扰虽然能够有效拒止正常的GNSS信号，但用户能够直接感受到干扰信号的作用，转而可以采取其他的导航手段进行导航。在传统的压制性电磁干扰的基础上，近年来发展出了基于单站或多站伪卫星信号源的欺骗式干扰技术。单伪卫星站配置下的技术途径是，首先实现伪卫星站与GNSS系统之间的高精度(ns级)时间同步，然后参考真实卫星的信号格式，仿造一组(多颗卫星)完整导航卫星的信号，再向用户进行发送，诱骗用户卫星导航接收机锁定到虚假的卫星信号上，进而达到欺骗的目的。多伪卫星站配置下的技术途径是，实现伪卫星与GNSS系统、以及多个伪卫星之间的高精度(ns级)时间同步，然后参考真实卫星的信号格式，每个伪卫星站仿造一颗导航卫星的信号，再向用户进行发送，诱骗用户卫星导航接收机锁定到虚假的卫星信号上，达到欺骗的目的。2013年，由美国德克萨斯大学分校托德·汉弗莱斯(Todd Humphreys)教授带领的无线导航实验室，通过使用GPS信号干扰设备，利用GPS固有缺陷，向白玫瑰号超级游艇的导航系统发射错误GPS数据。致使这艘承载着百余人性命的游艇，在没有任何警报，没有任何提示的情况下，完全被操控者玩弄于鼓掌之间。无独有偶，2016年，两艘载有10名海军的美国巡逻艇因驶入伊朗水域，被伊朗军方扣押。针对此次事件，美方似乎没有官员能对那些训练有素的士兵偏离航向的原因做出合理解释。但总不免令人猜测，是伊朗利用GPS缺陷向美方巡逻艇发出GPS欺骗攻击，诱使船只偏离航向的可能性非常高。

GNSS干扰技术的发展，反过来又促进了抗干扰技术的不断进步。针对压制性干扰，陆续出现了时域抗干扰技术、频域抗干扰技术、空域抗干扰技术、空时联合抗干扰技术等。针对欺骗性干扰，出现了基于信号强度(信噪比)检测、到达角检测、时间检测、星历数据核实、多频点信号互相关检测、惯性导航辅助检测、速度检核等多种干扰监测方法。但这些方法都需要设计和建造特殊的用户终端加以实现，且只关注了如何发现欺骗式干扰，对在可靠地检测干扰的同时，尽最大可能向用户提供正确导航服务方面的针对性设计较少。