结合位置报告信息的ADS-B欺骗干扰检测算法研究

发布时间：2020-07-30 16:15

【摘要】：广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)是一种新型空管监视技术,通过结合全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)和其它机载设备,飞机周期地广播其位置、速度和身份与类型等信息,以便管制员对空域进行管理。与传统监视系统相比,其具有定位精度高、更新速率快和设备成本低等优点,因此受到广泛关注。但其共享开放式的特点使系统容易受到各种欺骗干扰的影响,严重影响了空中交通安全。因此,本文将主要研究ADS-B欺骗干扰检测算法。论文主要工作如下:第一,本文对1090ES模式ADS-B系统进行了介绍,主要包括1090ES模式的ADS-B信号特征、信号格式和报文内容,并针对该系统可能存在的欺骗干扰方式进行了介绍。另外,分析了基于TDOA(Time Difference of Arrival,TDOA)飞机位置验证方法的优缺点,为后续欺骗干扰检测方法的研究奠定了基础。第二,提出了一种基于TDOA相关系数的ADS-B欺骗干扰检测方法,该方法使用两个基站来接收ADS-B信号,首先根据飞机报告的位置和两基站的位置计算信号到达两基站的TDOA,然后通过两基站接收信号时刻计算TDOA,集合同一架飞机的各个航迹点,则得到一组由报文计算的时间差和一组由基站计算得到的时间差,进而计算两组TDOA的相关系数,通过与阈值比较来识别欺骗干扰。该方法不需要反推飞机位置,对基站同步误差和飞机报告位置误差稳健。第三,提出了一种基于双天线相位差的欺骗干扰检测方法,首先根据报文内容计算一组表征目标角度变化的量;然后根据双天线之间的相位差计算一组同样表征目标角度变化的量;最后通过两组变量的相关系数来识别欺骗干扰。同时,针对与空中真实目标ICAO地址相同的虚假ADS-B消息可能导致的误检测,提出了一种简单的信源一致性检测方法。该方法不需要估计信号来向,对阵列幅相误差稳健,仿真实验和实测数据均验证了方法的有效性。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V355.1;TN967.1
【图文】：

故意干扰 无意干扰数据链路欺骗式干扰大功率白噪声射频无线电信号式图 1-1ADS-B 系统面临的干扰扰是威胁航空安全不可忽视的问题，在 DEFCON（最大的黑客会技术大会）这两个安全会议上，引起广泛关注[2]。如图 1-1 所示两种，一种是定位源欺骗，另一种是数据链路欺骗。其中数据链扰源向外广播其产生的虚假 ADS-B 信号，使得监视屏幕上出现来欺骗监视系统，影响空中交通秩序。2013 年 Matthias Schafe 欺骗干扰的可实施性，如图 1-2 为在雷达监视屏幕上出现了成功

式 ADS-B 系统统是一种精确的基于卫星的监视系统，由信息源、传输通道、息是飞机的位置、飞机的速度、飞机的身份与类型、航迹角息可由 GNSS 系统、惯性导航系统等其它机载设备获得。A据链广播 ADS-B 报文。ADS-B 处理及显示是指报文信息的提迹来供用户使用。统的工作原理如图 2-1 所示。首先飞机上的相关机载设备结合度等信息数据。然后 ADS-B 发送设备将其获得的信息通及其他飞行器广播。地面 ADS-B 接收机接收 ADS-B 信号，并容，进而将飞机的位置显示在监视屏幕上，来为空中交通管态。

中国民航大学硕士学位论文航算法实验室的十字形的 ADS-B 阵列天线，该十字形阵列共包含 5 个阵元，两阵元间距 0.091m,其中心阵元（天线 1）的经度、纬度和高度分别是 117.3494 度、39.0997 度高度为 32.81 英尺，十字阵列周围一圈为 ADS-B 欺骗干扰信号发射天线，共有 16 根，每根干扰发射天线与中心阵元的距离为 8 米。十字阵列与干扰发射天线实物图如图 4-1所示，十字阵列与干扰发射天线分布示意图如图 4-17 所示。

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本文编号：2775780