基于多级辨识器的GNSS干扰信号分类与辨识研究

发布时间：2020-05-19 17:01

【摘要】：全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)在社会各方面发挥着不可替代的作用,但由于卫星信号到达地面的强度很低,易受到电磁干扰影响,对GNSS可靠性和可用性提出了巨大挑战。因此提高GNSS的抗干扰能力显得尤为重要,由于干扰性质类型多样,对干扰信号进行分类和辨识是研究针对性、高效抗干扰技术的必要步骤。为此,本文以GPS L1为例,针对压制式和欺骗式两种不同性质干扰的作用机理、辨识方法及对未知干扰的分类方案展开研究工作。本文以压制式和欺骗式干扰的作用机理为研究出发点,深入分析了常见压制式(连续波、扫频波、脉冲调制连续波)干扰和欺骗攻击对GNSS接收机性能的影响,分析结果表明压制式干扰会造成接收机中频信号功率谱的明显畸变,而欺骗信号对功率谱影响较弱,但会引起基带相关函数的畸变;连续波干扰超-70dBm、扫频波干扰超-60dBm会导致接收机捕获、跟踪性能骤降,而随脉冲干扰(T=1ms~10ms)功率的增大,接收机性能逐渐下降;本文根据该影响变化,将不同功率的压制式干扰分为极弱、弱、强和极强四个干扰威胁层次。根据不同压制式干扰造成功率谱畸变特点不同,提出了基于滑动累积功率谱的干扰信号频率估计方案,有效检测并估计弱干扰等级以上的干扰带宽;利用时频分析实现对干扰周期的估计,并针对传统时频分析估计极弱干扰估计误差大和无法估计极弱宽带干扰的问题,提出周期谱图积分消噪和区块二值化滤波的优化算法;最终联合频、时频域分析,提出压制式干扰辨识与参数估计方案,实验结果表明该方案对于-90dBm以上连续波和扫频波干扰的辨识成功率高于99%,且对-80dBm以上干扰信号,频率估计误差低于5%,扫频波周期估计误差接近0;-80dBm以上的短周期(1ms)脉冲调制连续波干扰辨识率92%以上,频率和周期估计误差接近0,占空比估计误差低于6.9%。针对欺骗式干扰对中频信号频谱无明显影响,传统相关函数检测技术对大功率、小延时欺骗不敏感的问题,利用惯性信息辅助进行欺骗干扰辨识。在研究欺骗干扰对松组合导航的影响的基础上,提取新息信息检测欺骗信号。对小延时欺骗,欺骗位置跳变7m(相对欺骗伪距12m)以上的欺骗攻击或欺骗速度0.2m/s(相对欺骗伪距率0.35m/s)以上的牵引式欺骗的检测率高于92%;对于大延时欺骗,基于参数估计的接收机可以估计但无法辨识欺骗信号的问题,本文提出伪距差变化率的欺骗辨识算法,相对欺骗伪距率1m/s以上的欺骗伪距成功辨识的概率为95%以上。最后,对于GNSS受干扰环境未知的实际问题,设计并实现应对压制和欺骗干扰多级辨识器,测试结果表明,本文提出的GNSS干扰辨识与分类方案能够有效区分不同性质、种类的干扰,实现干扰信号的检测和辨识。同时本文所提方案也可为GNSS抗干扰算法提供重要的干扰特征参数,进而改进抗干扰算法的适应性。
【图文】：

号谱图的能量集中在以中频 IF（4.123968MHz）为中心，2M 前端带宽范围内，由于 GPS 信号被噪声信号淹没，能量分布随机。而 CW 干扰下，经过前端下变频处理，干扰频率从 1575.42MHz降频到4.123968MHz附近，中频处谱值增大，且不随时间变化；图3.13(3)以单边带宽为3.069MHz的扫频干扰为例，其频率约在 1~7MHz 成周期性变化；而脉冲干扰与前述两种干扰不同，当脉冲未达到时，谱图特征与正常信号一致，，而脉冲到达时，则呈现单频干扰。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN967.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;2002国际GPS/GNSS学术年会[J];国际学术动态;2004年01期

2 刘畅;丁凡;田淼清;;GNSS安全——网络空间安全的新战场[J];全球定位系统;2019年01期

3 林波;;GNSS跟踪测量技术研究[J];信息技术与信息化;2019年08期

4 国际;王田;刘成;苏牡丹;薛仁魁;;浅谈GNSS测试方案设计[J];数字技术与应用;2019年07期

5 黎奇;;趋势、阻碍与机遇——2018年全球导航卫星系统(GNSS)行业调查报告[J];中国测绘;2019年02期

6 张双成;戴凯阳;南阳;张勤;瞿伟;李振宇;赵迎辉;;GNSS-MR技术用于雪深探测的初步研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2018年02期

7 李加群;王健;赵向东;;GNSS观测数据解算检查及自动存储研究[J];测绘与空间地理信息;2017年12期

8 白帆;;海上复杂环境对GNSS天线信号影响的分析[J];数字通信世界;2018年03期

9 熊寻安;龚春龙;曹梦成;曹志德;;茜坑水库主坝表面GNSS变形监测系统设计与实现[J];人民长江;2018年12期

10 钟梓敏;;略论几种常见引起GNSS测量出现误差的因素[J];科技资讯;2018年10期

相关会议论文 前10条

1 王凯龙;郭杭;田宝连;王海涛;;GNSS车载相对定位实验研究[A];卫星导航定位与北斗系统应用2016——星参北斗 位联世界[C];2016年

2 ;GNSS系统的研究与发展[A];卫星导航产业机遇与挑战2010[C];2010年

3 Lingxuan Wang;Yu Gan;Erhu Wei;Lifen Sui;Xuexi Liu;;INS-Aided Single-Frequency Cycle-Slip Detection for Real-Time Kinematic GNSS[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S10 多源融合导航技术[C];2018年

4 Yaozong Zhou;Cuilin Kuang;Shaohua Dou;Ziping Liu;;Development and Assessment of GNSS Online Differential Data Processing System Based on HNCORS[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S02 导航与位置服务[C];2018年

5 Peng Hu;Guanwen Huang;Qin Zhang;Xiaolei Wang;Min Mao;;Algorithm and Performance of Precipitable Water Vapor Retrieval Using Multiple GNSS Precise Point Positioning Technology[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S01 卫星导航应用技术[C];2018年

6 Zhengxun He;Shuangcheng Zhang;Yang Nan;Kai Liu;Wei Qu;Huilin Wu;Qi Liu;;Analysis of Sea Surface Multipath and Impact on GNSS Precision Positioning[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S01 卫星导航应用技术[C];2018年

7 Ran Zeng;Yang Liu;;Clock Jump Repair of high-rate GNSS data for earthquake monitoring in Japan[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S01 卫星导航应用技术[C];2018年

8 肖岭;李向;白明玄;潘静璇;;GNSS压制欺骗信号特征分析[A];第十二届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2018年

9 张文金;;差分GNSS在无人机上的应用[A];云南省测绘地理信息学会2016年学术年会论文集[C];2016年

10 刘艳祥;;松阳县南城区块一级GNSS测量的设计与实施[A];“践行‘五大发展理念’，提升地质服务能力”——浙江省地质学会2016年学术年会论文集[C];2016年

相关重要报纸文章 前10条

1 包海　彭建华;全球导航卫星系统建功汶川灾后重建[N];中国测绘报;2009年

2 王立彬;中国全球卫星导航系统,夺下千万美元大单[N];新华每日电讯;2007年

3 本报记者 陈锦锋;华测导航加快核心业务发展 多元化发力驱动业绩稳定增长[N];通信信息报;2018年

4 王娜;我GNSS技术打破国外垄断[N];科技日报;2007年

5 本报记者 杨蕾;计量更准导航才能更准[N];中国质量报;2014年

6 记者 战旗;新区企业研制的国内首个商业GNSS掩星探测载荷发射成功[N];滨海时报;2020年

7 中国全球定位系统技术应用协会咨询中心主任 曹冲;全球卫星导航系统的现状和前景[N];中国测绘报;2009年

8 王雅丽;实施国际化战略[N];中国测绘报;2010年

9 北京合众思壮科技股份有限公司 彭玉群;移动GIS蓄势待发[N];计算机世界;2008年

10 文湘北邋田力;全面认识全球导航卫星系统[N];中国测绘报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 牟卫华;GNSS信号软件处理关键技术研究[D];国防科技大学;2017年

2 陈飞强;GNSS天线阵接收机干扰抑制与测量偏差补偿技术[D];国防科技大学;2017年

3 肖凯;多频GNSS/INS组合精密定位定姿理论与方法研究[D];战略支援部队信息工程大学;2018年

4 龚晓鹏;北斗/GNSS三频实时高精度大网快速处理方法研究[D];武汉大学;2018年

5 广伟;GNSS时间互操作关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家授时中心);2019年

6 张鹏飞;GNSS载波相位时间传递关键技术与方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家授时中心);2019年

7 宁一鹏;GNSS/INS组合导航系统初始对准及其故障修复研究[D];中国矿业大学;2019年

8 夏敬潮;融合泛在无线信号与GNSS的室内外定位方法研究[D];武汉大学;2015年

9 吕海洋;基于车行GNSS轨迹数据的道路网络构建与增强方法研究[D];南京师范大学;2017年

10 徐广辉;新信号体制GNSS接收机信号同步与干扰抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 丁梦羽;基于多级辨识器的GNSS干扰信号分类与辨识研究[D];南京航空航天大学;2019年

2 祁雅;基于软件接收机的GNSS多策略欺骗方法研究[D];南京航空航天大学;2019年

3 王念曾;基于惯性/GNSS/UWB信息融合的小型无人机编队相对导航技术研究[D];南京航空航天大学;2019年

4 许娜;基于星载GNSS的低轨卫星定轨方法研究[D];南京航空航天大学;2019年

5 余晓悦;基于CUDA的GNSS卫星导航信号模拟与测试验证[D];南京航空航天大学;2019年

6 戴伟昊;欺骗式攻击下GNSS信号参数估计算法研究与优化[D];南京航空航天大学;2019年

7 邱文旗;基于自适应卡尔曼滤波的GNSS/VO组合导航系统研究[D];南京航空航天大学;2019年

8 眭晨阳;欺骗干扰式GNSS卫星导航信号产生技术研究[D];南京航空航天大学;2019年

9 李海龙;INS/GNSS/Odometer车辆组合导航系统信息融合方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

10 全伟;VLBI2010技术在GNSS导航卫星精密定轨应用中的理论和方法研究[D];战略支援部队信息工程大学;2018年

本文编号：2671204