[发明专利]一种在松GNSS/INS组合导航模式下实现位置精确定点欺骗偏移方法

权利要求书

1.一种在松GNSS/INS组合导航模式下实现位置精确定点欺骗偏移方法，其特征在于，基于滤波稳态增益矩阵各个元素，寻找不同惯性导航精度下虚假卫星信号对GNSS/INS组合导航输出结果影响的共性特征，推断出以稳态增益矩阵各个元素为系数、以过去各个时刻对卫星信号施加的位置偏移为变量的GNSS/INS组合导航位置估计的总偏移量解析表达式，并据此设计虚假卫星信号实现GNSS/INS组合导航位置估计发生精确定点偏移；

具体步骤如下：

(1)采用松组合方式，构建GNSS/INS组合导航系统的状态空间模型，研究其数据融合滤波器中稳态增益矩阵的求解过程；

定义GNSS/INS组合导航系统的状态矢量X为：

其中，L和λ分别为载体所在的纬度和经度信息，δL和δλ代表其误差信息；V_N和V_E分别为载体的北向和东向信息，δV_N和δV_E代表其误差信息；φ、θ和分别为载体的横滚角、俯仰角和航向角误差；

当卫星导航系统提供位置和速度信息时，定义观测矢量Z为：

Z＝[L_INS-L_GNSS λ_INS-λ_GNSS V_N,INS-V_N,GNSS V_E,INS-V_E,GNSS]^T

＝[δL δλ δV_N δV_E]^T

其中，L_INS、λ_INS、V_N,INS和V_E,INS分别为惯性导航系统解算出的载体纬度、经度、北向速度和东向速度；L_GNSS、λ_GNSS、V_N,GNSS和V_E,GNSS分别为GNSS系统提供的载体纬度、经度、北向速度和东向速度；

GNSS/INS组合导航系统的状态方程和为：

其中，F和G分别为系统状态矩阵和输入矩阵，其各个参数的取值可参考惯性导航系统的位置误差方程、速度误差方程和姿态角误差方程；W＝[δω_gx δω_gy δω_gz δf_x δf_y]^T为系统噪声矩阵，δω_gx、δω_gy和δω_gz是惯性导航系统三轴陀螺的噪声，δf_x和δf_y分别为前向和右向加速度计噪声；为观测噪声，n_L、n_λ、和为GNSS系统的位置和速度误差噪声；H为量测矩阵，且

对式(1)进行离散化处理，使用经典卡尔曼滤波对状态矢量X进行估计，即

状态一步预测：

状态估计：

滤波增益矩阵：

一步预测均方差阵：

估计均方差阵：

(2)根据稳态增益矩阵中各个元素与GNSS/INS组合导航估计输出结果、虚假卫星信号之间的函数对应关系，明确稳态增益矩阵中各个元素的物理意义；

(3)通过对比代入不同惯性导航精度参数之后滤波稳态增益矩阵各个元素的大小关系，找到影响GNSS/INS组合导航位置滤波估计结果的主要观测量；

(4)假设k时刻对目标卫星接收机施加欺骗式干扰，采用反馈校正方式，研究推导出以稳态增益矩阵元素为系数、以k时刻对卫星信号施加的位置偏移为变量的k时刻GNSS/INS组合导航位置估计输出解析表达式；

(5)进一步研究推导出以稳态增益矩阵元素为系数、以从k时刻到k+n时刻对卫星信号施加的位置偏移为变量的k+n时刻GNSS/INS组合导航位置估计的总偏移量解析表达式；

(6)分析欺骗式干扰对松GNSS/INS组合导航位置估计输出结果影响程度的可操纵性和稳定性，证明欺骗攻击方可通过调节欺骗式干扰引起的位置偏差分量使得GNSS/INS组合导航位置估计输出产生其期望的稳定偏移值；

步骤(4)中：推导出以稳态增益矩阵元素为系数、以k时刻对卫星信号施加的位置偏移为变量的k时刻GNSS/INS组合导航位置估计输出解析表达式为：

其中，和分别为在欺骗式干扰情况下经过反馈校正后的位置输出结果；和分别为在无欺骗式干扰情况下经过反馈校正后的位置输出正确结果；(L_I)_k和(λ_I)_k分别为惯性导航系统解算出的位置信息；和分别为在欺骗式干扰情况下GNSS/INS组合导航输出的位置误差估计值；和分别为在无欺骗式干扰情况下GNSS/INS组合导航输出的位置误差估计值；ΔL_k和Δλ_k分别为由于欺骗式干扰所引起的位置偏移量，即

步骤(5)中：推导出以从k时刻到k+n时刻对卫星信号施加的位置偏移为变量的k+n时刻GNSS/INS组合导航位置估计的总偏移量解析表达式为：

即总的位置偏移量为过去各个时刻施加的位置偏移量的线性组合。