[发明专利]基于主特征盲源分离的单天线GNSS欺骗式干扰检测方法

权利要求书

1.基于主特征盲源分离的单天线GNSS欺骗式干扰检测方法，其特征在于将设置的欺骗干扰类型存在情况为如下四种：无欺骗式干扰、仅存在生成式欺骗干扰、仅存在转发式欺骗干扰、同时存在生成式欺骗干扰和转发式欺骗干扰，其检测实现步骤具体如下：

步骤1：将接收到的混合信号IQ两路分别建立观测矩阵，并对观测矩阵求解协方差矩阵，再对协方差矩阵进行特征值分解，并对特征值进行重构；

步骤2：对重构后的特征值进行计算得到特征值占比重，并设置门限完成欺骗干扰情况的初步筛选；

步骤3：对初步筛选后的第三类欺骗干扰情况下的混合信号进行提取主特征的Fast_ICA盲源分离算法，得到估计数据信息和扩频码信息；

步骤4：对估计数据信息进行解调，并统计锁相环跟踪段频率跟踪曲线方差值P和跟踪频率值均值E；并对跟踪解调得到的基带数据进行相关分析；

步骤1具体实现如下：

1-1.对于单天线多通道卫星接收机，每个通道只能接收和连续跟踪一个卫星导航信号，卫星导航信号系统采用的调制方式是BPSK调制，则接收到的单个卫星信号的数学模型表示为：

其中为真实卫星信号的功率；D_a为真实卫星导航数据信息；C表示真实卫星信号的C/A码；τ_a为接收到的真实卫星信号的时延；f₀为信号的载波频率，f_a、分别为真实卫星信号的多普勒频率及载波初始相位；

根据转发式欺骗干扰产生的原理可知转发式欺骗干扰相对于真实卫星信号，主要增大了信号功率和传输时延，并没有改变信号信息，因此对转发式欺骗干扰进行数学建模表示为：

其中为转发式欺骗干扰信号的功率；D_a为真实卫星导航数据信息，卫星导航数据信息与真实卫星信号保持一致；C表示真实卫星信号的C/A码；τ_z为接收到的转发式欺骗干扰信号的时延；f₀为信号的载波频率，f_z、分别为欺骗信号的多普勒频率以及载波初始相位；

而转发式欺骗干扰是借助已知民用码信息，伪造卫星导航数据信息，由此对生成式欺骗干扰进行数学建模表示为

其中为生成式欺骗干扰信号的功率；D_s是伪造的卫星导航数据信息；C表示真实卫星信号的C/A码；τ_s为接收到的生成式欺骗干扰信号的时延；f₀为信号的载波频率，f_s、分别为生成式欺骗信号多普勒频率以及载波初始相位；

1-2.提出对IQ两路信号分别进行盲源分离处理，且在提取特征值时基于提取特征值占总特征值的80％以上的提取准则来实现主特征值的提取，具体如下：

根据欺骗干扰的存在情况，可在接收时得到不同的混合信号，对混合信号的IQ两路分别建立观测矩阵，并求得协方差矩阵，对协方差矩阵进行特征值分解得到特征值；根据主特征盲源分离模型，对有延迟有频偏信号的实部或虚部混合信号进行大量仿真分析，统计得到一个源信号的3个主特征值；因此，对于有延迟有频偏的混合信号的特征值选取个数为3K，其中K为源信号个数；欺骗式干扰的存在将对信号的特征值有明显影响，因此根据特征值的分布来对干扰信号类型进行区分；

欺骗式干扰类型	干信比	估计特征值个数
无干扰	3～5dB	3
生成式欺骗干扰	3～5dB	6
转发式欺骗干扰	3～5dB	6
生成、转发欺骗干扰同时存在	3～5dB、3～5dB	9

由特征值个数将欺骗干扰情况分为三类，第一类为不存在欺骗干扰，第二类为两种欺骗干扰类型同时存在，第三类为仅存在一种欺骗干扰类型；

1-3.对所有特征值进行重构处理：特征值分解后，特征值已完成从大到小的排序，特征值大的区间为信号空间，特征值小的区间为噪声区间；从噪声区间选取10个特征值进行统计计算得到噪声基底的估计值；综合考虑后选取第20个至第29个特征值，并对其求和及均值，得到噪声基底的估计值即

借助噪声基底的估计值对特征值进行重构，将每一个特征值减去噪声基底估计值，近似得到无噪环境下特征值分布为

步骤2具体实现如下：

2-1.根据特征值的分布来对干扰信号类型进行区分；利用重构后的特征值进行特征值占比重计算，从而估计信号数目，实现干扰信号情况的区分；特征值占比重η_k的计算模型表示为

2-2.在信号区域内，η_k变化快，即增量大；噪声区域时，η_k变化缓慢，即增量小；在两区域的过渡段，特征值比重值η_k的增量落差也大；由欺骗干扰信号的存在影响特征值分布的特性，对η₃和η₆进行计算，然后与预设的阈值进行比较，完成欺骗干扰情况的初步筛选：若占比重特征值η₃大于预设的阈值，则说明不存在欺骗干扰，为第一类欺骗干扰情况；若占比重特征值η₆小于预设的阈值，则说明欺骗干扰存在情况为第二类情况，反之，欺骗干扰存在情况为第三类。