[发明专利]一种基于惯性信息辅助与参数估计的GNSS反欺骗环路跟踪方法

摘要

本发明提出一种基于惯性信息辅助与参数估计的GNSS反欺骗环路跟踪方法，将信号估计算法在反欺骗领域的应用进行探索性的研究；利用信号估计算法对类GNSS信号进行估计，并辅助惯性信息进行鉴别，融合信息进行欺骗信号和真实信号分辨；针对信号估计算法的应用辅以惯性导航信息提出了一种新的跟踪环路结构，具备为跟踪环路提供更多参考量，与保持GNSS与惯性导航系统相对独立的双重优势。实现一套集信号估计、检测和抑制欺骗信号、保持跟踪真实信号于一体的完备的反欺骗方案，能够抑制欺骗干扰以保证接收机工作的准确性和稳定性。

主权项

一种基于惯性信息辅助与参数估计的GNSS反欺骗环路跟踪方法，其特征在于：分为前向支路，辅助信息支路与反馈支路；所述前向支路能够获得接收信号每一颗卫星信号的幅值、相位与码延时参数，对于受欺骗干扰的卫星信号，经过信号参数估计器能够获得两组信号幅值、相位与码延时参数；前向支路包括天线、接收前端、混频器、相关器组、信号参数估计器以及融合器；具体工作步骤如下：步骤(1‑1)，GNSS信号经过天线模块的接收和放大，输入接收前端使模拟射频信号转换为数字中频信号：sIF,iau(k)=Aiau(k)Ci(kTs-τiau(k))Di(kTs-τiau(k))cos((ωIF+ωD,iau(k))kTs+φiau(k))---(1)]]>其中，上标au表示真实卫星信号；下标i表示第i颗卫星信号；sIF，i(k)表示接收机在第k个采样时刻获得的第i颗卫星的中频信号；Ai(k)表示第i颗卫星信号在第k个采样时刻的幅值；Ci(kTs‑τi(k))表示码延时为τi(k)的第i颗卫星信号的伪码序列,Ts表示采样周期；Di(kTs‑τi(k))表示延时为τi(k)的第i颗卫星信号的导航数据码；cos((ωIF+ωD(k))kTs+φi(k))表示载波，ωIF、ωD(k)与φi(k)分别表示中频频率，多普勒频率与相位偏差；当接收信号包含欺骗信号时，对于单颗卫星信号而言，接收机接收到的数字中频信号表示为：sIF,i(k)=sIF,iau(k)+sIF,isp(k)+n(k)---(2)]]>其中，n(k)表示接收机噪声；上标sp表示欺骗信号，表示接收机在第k个采样时刻获得的第i颗卫星的中频欺骗信号，与真实信号有相同的结构，但伪码延时、载波多普勒和相位延时会不同，具体表示为：sIF,isp(k)=Aisp(k)Ci(kTs-τisp(k))Di(kTs-τisp(k))cos((ωIF+ωD,isp(k))kTs+φisp(k))---(3)]]>步骤(1‑2)，数字中频信号依次通过同相‑正交相混频器与多路相关器，获得剥离载波后的一组具有不同延时时间的自相关值；多路相关器个数为2M+1个，相关器码片间隔为Δ码片，则第m个相关器，m∈[‑M，‑(M‑1)…，‑1，0，1，…，M‑1，M；]，输出同相信号Im(l)与正交相信号Qm(l)为：Im(l)=Σk=lNcoh+1lNcohsIF,icos((ωIF+ω^D,i(l-1))kTs+φ^i(l-1))Ci(kTs-τm(k))Qm(l)=Σk=lNcoh+1lNcohsIF,isin((ωIF+ω^D,i(l-1))kTs+φ^i(l-1))Ci(kTs-τm(k))---(4)]]>其中，l表示第l个相干积分时间，Ncoh表示一个相干积分周期内所需的采样点个数；与表示前一相干积分时间估算的多普勒与相位偏差；τm表示第m个相关器的码延时，τm＝mΔ；步骤(1‑3)，信号参数估计器利用极大似然估计方法获取真实信号与欺骗信号的信号幅值、相位与码延时信息，同时将估计参数输出至融合器；参数估计方法如下：τ^x=max[Re{[Rxx(τ)-Σy=1y≠x2a^yR(t-τ^y)ejφ^y]}]---(5)]]>a^x=Re{[Rxx(τ^x)-Σy=1y≠x2a^yR(τ^x-τ^y)ejφ^y]e-jφ^x}---(6)]]>φ^x=arg[Rxx(τ^x)-Σy=1y≠x2a^yR(τ^x-τ^y)ejφ^y]---(7)]]>其中，^表示估计量；x＝1表示真实信号，x＝2表示欺骗信号；Rxx(τ)表示通过Im与Qm获得的实际相关函数；R(τ)为理想相关函数曲线；在具体解(5)、(6)与(7)时，通过不断调整理想相关曲线叠加后与测量相关曲线无线趋近获得；步骤(1‑4)，融合器利用信号参数估计器输出的各信号参数，与辅助信息支路输入的辅助信号参数信息，即码延时与载波多普勒，进行检验，从而获得真实信号参数与欺骗信号参数；同时，融合器输出真实信号至辅助信息支路的码延时估计器，并将信号强度较大的信号认为须跟踪信号，输出至反馈支路的码生成器；所述辅助信息支路用于提供辅助的码延时信息，供前向支路的融合器检测欺骗信号；所述反馈支路用于给GNSS接收机码跟踪环路提供控制量。