[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

说明书

本发明公开了一种基于主特征盲源分离的单天线GNSS欺骗式干扰检测方法。本发明步骤：1：将接收到的混合信号IQ两路分别建立观测矩阵，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；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；3：对初步筛选后的其余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；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分析。本发明具有识别检测性能好、适应低噪环境等优点，且识别率高、抗噪性能好、代价低，整体性能提升大。

技术领域

本发明主要针对GNSS领域的欺骗式干扰的识别和检测，主要涉及基于主特征盲源分离的单天线GNSS欺骗式干扰检测方法。

背景技术

在军事和民用领域，卫星导航系统得到广泛应用。由于卫星距离地面接收机距离较远，卫星导航信号到达地面时信号功率大幅度衰减。这样卫星导航信号在传输过程中极易受到干扰，导致导航接收机受到欺骗干扰得到错误的定位定时结果。除了常见的压制干扰之外，近年来欺骗干扰逐渐成为危害卫星导航系统安全的重要途径。压制干扰主要是利用噪声信号来淹没有用的导航信号，而欺骗干扰是指故意释放假的导航信号，引导目标到达错误的位置。其中转发式欺骗干扰的目的是将得到错误的位置信息，生成式欺骗干扰是将接收机接收错误的数据信息和位置信息。没有经过特殊算法设计的接收机本身很难察觉到这种欺骗干扰。所以，对于有效检测欺骗干扰仍是当前GNSS领域内的研究热点。

针对GNSS领域内欺骗干扰的检测问题，目前的采用的欺骗干扰检测技术主要为下面几种：信号功率检测技术、信号空间特性检测技术、导航信息检测技术、外界辅助信息检测技术和多峰检测技术等。基于信号功率检测技术依赖于信号功率，但复杂环境中信号功率的不稳定性导致信号检测性能急速下降。基于信号空间特性检测技术需要多天线接收机和大量的观测空间，造成实施代价高昂。基于导航信息检测技术利用对码率和多普勒的一致性来实现检测，对复杂欺骗干扰信号，检测稳定性差，检测性能低。基于外界辅助信息检测技术需增加接收机的复杂性，且在检测过程中使用的加密认证技术可能会破坏导航信号的内部特征。其中，目前采用较多的是多峰检测技术，在信号捕获过程中通过检测超过捕获门限的相关峰个数来实现对转发式欺骗干扰的检测。但易受噪声干扰，且这种基于多峰能量的判决方法无法获取导航信号，从而不能识别区分转发式和生成式欺骗干扰。针对这一问题，本发明基于单天线卫星接收机，利用主特征盲源分离算法来实现单一性欺骗干扰信号和真实导航信号的有效分离，得到真实信号和欺骗干扰的估计数据信号和扩频码序列。从接收混合信号的特征值分布变化判决到欺骗干扰的存在，并利用估计数据信号解调获得基带信号的相关性分析和载波信息的差异性识别检测转发式和产生式欺骗干扰。所提算法从特征值分布的变化完成干扰个数估计，在此基础上，再联合基带数据和载波信息进行进一步的对欺骗干扰种类(转发干扰、生成干扰)的识别。

由此可见，利用主特征盲源分离算法来实现对欺骗干扰类型进行识别和检测有着非常广泛的应用前景。

发明内容

由于转发式欺骗干扰是对卫星信号进行转发，不改变导航信息，无需考虑导航信息就可以检测到转发式欺骗干扰的存在，因此目前对转发欺骗干扰的检测研究较多，但生成式欺骗干扰改变了导航信息，增加了欺骗干扰的复杂性，在检测时要至少从扩频码和导航信息两个方面考虑，检测难度增大。目前对生成式欺骗干扰的检测研究较少。本发明是利用主特征盲源分离算法实现产生欺骗干扰和信号的分离，获得估计导航信息和估计扩频码序列，联合信号特征值分布、基带导航数据和载波信息完成对欺骗干扰类型的检测和识别，增加了检测的稳定和可靠性，提升了检测性能。

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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：