欺骗环境下GNSS信号估计与定位修正技术
发布时间：2021-08-06 18:35
欺骗信号以其极强的隐蔽性使卫星导航接收机难以察觉并迅速定位到错误位置,严重影响了卫星导航的安全性。现有抗欺骗技术需要其他导航系统辅助来修正受欺骗影响的定位解算,针对该问题,本文提出了一种GNSS欺骗信号参数估计与辨识方法,能够在欺骗干扰环境下估计并辨识出真实信号所对应的伪距,进而解算出接收机真实位置。该方法通过研究欺骗干扰下接收机相关值模型,在信号跟踪阶段建立真实与欺骗双信号状态模型与基于九路相关器输出的观测模型,利用扩展卡尔曼滤波（EKF）估计真实信号与欺骗信号的伪码延时与信号相关幅值,进而获得真实与欺骗伪距,在定位解算阶段利用改进观测量残差检测方法辨识出真实与欺骗伪距,最终使用真实伪距定位获得真实位置。仿真结果表明对相对码延时介于0.3～0.9chip之间且欺骗/真实信号幅度比介于1～5之间的隐蔽欺骗攻击,所提方法的码延时估计误差约0.1chip,可有效估计真实信号与欺骗信号参数,辨识出真实伪距,并使被欺骗的定位结果重新回到真实位置结果,改善GNSS接收机抗欺骗能力,提高卫星导航安全性。
【文章来源】：航空学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
混合信号下的多路相关拟合曲线
由于欺骗干扰下接收机接收到真实信号与欺骗信号的混合信号相干积分结果不仅与码延时误差有关，还与真实信号、欺骗信号各自的幅值和本地跟踪点之间的码延时有关。因此，基于EKF的欺骗信号参数估计算法包含6个状态量，2维用于码跟踪的码参数，即本地即时码与实际欺骗位置的码延时误差Δτs与变化率Δτ·s；真实信号与欺骗信号幅值与相对延时参数各2维，即真实信号幅值Aau、欺骗信号幅值Asp、实际欺骗相对码延时αau与实际欺骗偏差αsp，因此状态方程的状态量X表示为进一步状态方程可写作
式中：Vkes表示9×1阶的观测噪声。第j=2,5,8路相关器为主相关器，码延时δ2、δ5、δ8分别为-0.5、0、0.5chip。其他相关器为辅助相关器，为提高本地码序列生成效率，考虑接收机前端采样率fs=16.367 667 MHz，相关器间距选择1.023 Mbps/fs≈0.062 5chip的整数倍，因此δ1、δ4、δ7较主相关器提前0.062 5chip，对应码延时为-0.562 5、-0.062 5、0.437 5chip，δ3、δ6、δ9则较主相关器滞后0.062 5chip，为-0.437 5、0.062 5、0.562 5chip，主相关器对应观测点与各信号成分之间的相位关系如图3所示。该跟踪环路实际跟踪信号是真实信号与欺骗信号的混合信号，直接输出的伪距既非真实伪距，也非欺骗伪距，因此利用状态方程估计的αau与αsp，可以同时估计真实信号与欺骗信号的码延时，进而获得真实伪距与欺骗伪距，即
【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星导航欺骗信号检测技术研究[J]. 董树理,刘敏,许光飞. 无线电通信技术. 2019(05)
[2]北斗导航信号欺骗干扰建模与测试[J]. 李豹,朱银兵,曹可劲,李松林,李娟. 海军工程大学学报. 2019(03)
[3]Impact of one satellite outage on ARAIM depleted constellation configurations[J]. Qian MENG,Jianye LIU,Qinghua ZENG,Shaojun FENG,Rui XU. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(04)
[4]基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗检测算法研究[J]. 武智佳,吴文启,刘科,唐康华. 导航定位与授时. 2019(01)
[5]阵列天线抑制欺骗式导航干扰信号方法研究[J]. 崔建华,程乃平,倪淑燕. 电子学报. 2018(02)
[6]惯导辅助的三元天线阵欺骗干扰检测算法[J]. 范广腾,黄仰博,伍微,朱祥维,孙广富. 国防科技大学学报. 2017(02)
[7]采用双天线载波相位差技术的卫星导航接收机抗欺骗方法[J]. 黄龙,雍玲,徐博,王飞雪. 国防科技大学学报. 2016(04)
[8]基于多天线的GNSS压制式干扰与欺骗式干扰联合抑制方法[J]. 王璐,吴仁彪,王文益,卢丹,贾琼琼. 电子与信息学报. 2016(09)
[9]基于MEDLL的分级搜索抗多径算法[J]. 叶锦宇,寇艳红. 北京航空航天大学学报. 2016(06)
[10]GPS生成式欺骗干扰关键技术[J]. 马克,孙迅,聂裕平. 航天电子对抗. 2014(06)
硕士论文
[1]基于软件接收机的GNSS多策略欺骗方法研究[D]. 祁雅.南京航空航天大学 2019
[2]GPS接收机抗欺骗式干扰实验研究[D]. 申成良.电子科技大学 2018
[3]基于RAIM的GNSS抗欺骗式干扰算法研究[D]. 任文.中国民航大学 2017
[4]卫星导航信号多径特性分析及建模技术研究[D]. 方骁然.上海交通大学 2016
[5]GNSS/INS组合导航抗欺骗性干扰关键技术研究[D]. 周鹏飞.国防科学技术大学 2015
[6]GPS/INS深耦合系统抗欺骗式干扰关键技术研究[D]. 黄盼.电子科技大学 2014
本文编号：3326275
【文章来源】：航空学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
混合信号下的多路相关拟合曲线
由于欺骗干扰下接收机接收到真实信号与欺骗信号的混合信号相干积分结果不仅与码延时误差有关，还与真实信号、欺骗信号各自的幅值和本地跟踪点之间的码延时有关。因此，基于EKF的欺骗信号参数估计算法包含6个状态量，2维用于码跟踪的码参数，即本地即时码与实际欺骗位置的码延时误差Δτs与变化率Δτ·s；真实信号与欺骗信号幅值与相对延时参数各2维，即真实信号幅值Aau、欺骗信号幅值Asp、实际欺骗相对码延时αau与实际欺骗偏差αsp，因此状态方程的状态量X表示为进一步状态方程可写作
式中：Vkes表示9×1阶的观测噪声。第j=2,5,8路相关器为主相关器，码延时δ2、δ5、δ8分别为-0.5、0、0.5chip。其他相关器为辅助相关器，为提高本地码序列生成效率，考虑接收机前端采样率fs=16.367 667 MHz，相关器间距选择1.023 Mbps/fs≈0.062 5chip的整数倍，因此δ1、δ4、δ7较主相关器提前0.062 5chip，对应码延时为-0.562 5、-0.062 5、0.437 5chip，δ3、δ6、δ9则较主相关器滞后0.062 5chip，为-0.437 5、0.062 5、0.562 5chip，主相关器对应观测点与各信号成分之间的相位关系如图3所示。该跟踪环路实际跟踪信号是真实信号与欺骗信号的混合信号，直接输出的伪距既非真实伪距，也非欺骗伪距，因此利用状态方程估计的αau与αsp，可以同时估计真实信号与欺骗信号的码延时，进而获得真实伪距与欺骗伪距，即
【参考文献】：
期刊论文
[1]卫星导航欺骗信号检测技术研究[J]. 董树理,刘敏,许光飞. 无线电通信技术. 2019(05)
[2]北斗导航信号欺骗干扰建模与测试[J]. 李豹,朱银兵,曹可劲,李松林,李娟. 海军工程大学学报. 2019(03)
[3]Impact of one satellite outage on ARAIM depleted constellation configurations[J]. Qian MENG,Jianye LIU,Qinghua ZENG,Shaojun FENG,Rui XU. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(04)
[4]基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗检测算法研究[J]. 武智佳,吴文启,刘科,唐康华. 导航定位与授时. 2019(01)
[5]阵列天线抑制欺骗式导航干扰信号方法研究[J]. 崔建华,程乃平,倪淑燕. 电子学报. 2018(02)
[6]惯导辅助的三元天线阵欺骗干扰检测算法[J]. 范广腾,黄仰博,伍微,朱祥维,孙广富. 国防科技大学学报. 2017(02)
[7]采用双天线载波相位差技术的卫星导航接收机抗欺骗方法[J]. 黄龙,雍玲,徐博,王飞雪. 国防科技大学学报. 2016(04)
[8]基于多天线的GNSS压制式干扰与欺骗式干扰联合抑制方法[J]. 王璐,吴仁彪,王文益,卢丹,贾琼琼. 电子与信息学报. 2016(09)
[9]基于MEDLL的分级搜索抗多径算法[J]. 叶锦宇,寇艳红. 北京航空航天大学学报. 2016(06)
[10]GPS生成式欺骗干扰关键技术[J]. 马克,孙迅,聂裕平. 航天电子对抗. 2014(06)
硕士论文
[1]基于软件接收机的GNSS多策略欺骗方法研究[D]. 祁雅.南京航空航天大学 2019
[2]GPS接收机抗欺骗式干扰实验研究[D]. 申成良.电子科技大学 2018
[3]基于RAIM的GNSS抗欺骗式干扰算法研究[D]. 任文.中国民航大学 2017
[4]卫星导航信号多径特性分析及建模技术研究[D]. 方骁然.上海交通大学 2016
[5]GNSS/INS组合导航抗欺骗性干扰关键技术研究[D]. 周鹏飞.国防科学技术大学 2015
[6]GPS/INS深耦合系统抗欺骗式干扰关键技术研究[D]. 黄盼.电子科技大学 2014
本文编号：3326275
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