GNSS欺骗干扰检测算法与实验验证方法研究
发布时间：2022-01-23 13:42
本文主要研究了GNSS欺骗干扰信号的相关检测算法以及惯性信号/卫星欺骗干扰信号综合模拟仿真。随着卫星导航技术的发展,尤其是我国北斗卫星导航系统覆盖范围的日益扩大,有意或无意的欺骗干扰将影响GNSS的应用安全,尤其是有意的欺骗干扰,将直接导致定位终端产生“错误”的位置信息,导致授时终端产生“错误”的时间信息,扰乱正常的生产、生活秩序。论文从实际需求出发首先研究了在现有条件下（即不改变终端硬件设计）如何实现对欺骗干扰信号的检测问题。以信号传输路径的不同分别建立了真实信号和欺骗干扰信号伪距模型,并以此为基础,建立了真实信号场景和欺骗干扰信号场景的伪距差分模型。论文首先提出了基于双接收机的欺骗干扰信号检测算法,通过差分计算和迭代求解,将两接收机位置结果之间的距离与真实基线距离进行比较,从而实现对信号真伪的判别。对于单接收机双差的检测算法,利用泰勒近似展开将伪距双差（伪距时间差分和星间差分）模型线性化,得到了基于伪距时间差分和星间差分的位置求解算法的理论表达式。将其与基于伪距的最小二乘位置求解算法的理论表达式进行对比,推导分析了两种算法在面对不同信号场景时的差异,为确认信号的真伪提供了支持。对于...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：277 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文总体框架结构图
模型分别在真实信号场景和欺骗干扰信号场景下对两接收机（天线）采用基于伪距的最小二乘位置求解算法进行迭代求解得到的位置结果进行对比分析，对欺骗干扰信号检测算法的实现原理进行解释。最后，通过多组实际实验（包含转发式欺骗干扰和生成式欺骗干扰）对算法的检测性能进行验证。本章主要讨论三类场景，欺骗场景中只有一个欺骗者且所有卫星信号均被欺骗。三类场景分别是：（1）一直是真实信号场景；（2）一直是（转发式）欺骗干扰信号场景；（3）先真实信号场景，再切换到欺骗干扰信号场景。2.1信号伪距模型根据图2.1的伪距测量示意图可以看出，理论的伪距是一个与卫星和接收终端之间的真实距离、卫星钟差和接收机钟差等有关系的，用于表示卫星与接收终端之间的距离的量。信号在传输的过程中在穿越大气层时还要受到电离层和对流层的影响，因而存在电离层延迟和对流层延迟，且测量过程还存在测量噪声等非模型误差。综上所述，实际的伪距是一个不仅与卫星和接收终端之间的真实距离、卫星钟差和接收机钟差等有关系的量，还是一个与电离层延迟、对流层延迟以及测量噪声等非模型误差有关系的量。图2.1伪距测量示意图
国防科技大学研究生院博士学位论文第14页,1/22,1cos11.001tropjnuj（2-4）当采用NovAtel接收机时，可以通过设置指令“LOGSATXYZONTIME1”并结合数据格式转换软件，直接在转换得到的ASCII文件中提取卫星钟差补偿量、电离层延迟校正量和对流层延迟校正量[117]。在接下来的信号伪距模型建立中，默认已经进行了卫星钟差校正、电离层延迟校正和对流层延迟校正，且不考虑校正残差和测量噪声等非模型误差。伪距模型的建立主要根据真实信号和欺骗干扰信号不同的传输路径来进行。图2.2真实信号传输路径示意图真实信号的传输过程可以理解为：卫星发出电磁波信号，在穿越大气层后，由接收机直接捕获接收，在不考虑信号穿越大气层时的折射的情况下，可以将其视为一条直线，如图2.2蓝色线条所示。因此，真实信号经改正后的伪距模型可以表示为()()()()(),,sastjjeteeCesstjeasarcsaet=Crtrt+t（2-5）式中，(),eesstjrt表示stt时刻第j颗卫星在Earth-Centered,Earth-Fixed(ECEF)坐标系下的位置，等于()()(),,,Teeeesstjesstjesstjxtytzt，()rcsat表示sat时刻接收机钟差等效距离误差，()()()()Teeeeeasaeasaeasaeasat=xtytztr表示sat时刻载体在ECEF坐标系下的位置。卫星信号自stt时刻发出后sat时刻被接收机捕获，信号在传输过程中卫星仍然处于运动状态，因此需要对卫星位置进行地球自转改正，也称为Sagnac校正。通过对卫星位置(),eesstjrt左乘()(),sastjetetC实现在stt时刻ECEF坐标系和sat时刻
【参考文献】：
期刊论文
[1]GNSS欺骗防护技术国内外研究现状及展望[J]. 边少锋,胡彦逢,纪兵. 中国科学:信息科学. 2017(03)
[2]GNSS接收机欺骗干扰功率控制策略[J]. 胡彦逢,边少锋,曹可劲,冯国利. 中国惯性技术学报. 2015(02)
[3]基于飞行力学的惯导轨迹发生器及其在半实物仿真中的应用[J]. 陈凯,卫凤,张前程,于云峰,闫杰. 中国惯性技术学报. 2014(04)
[4]基于加权估计的紧组合导航抗欺骗算法研究[J]. 袁超,康国华,郑峰婴,徐川,张雷,华冰. 现代电子技术. 2013(19)
[5]利用轨迹诱导的欺骗式GPS干扰技术研究[J]. 张会锁,高关根,寇磊,谷超. 弹箭与制导学报. 2013(03)
[6]基于飞行仿真的捷联惯导算法测试平台[J]. 李军伟,程咏梅,陈克喆,陈思静,宋春华. 中国惯性技术学报. 2012(05)
[7]Vehicle kinematics modeling and design of vehicle trajectory generator system[J]. 李昭,蔡自兴,任孝平,陈爱斌,薛志超. Journal of Central South University. 2012(10)
[8]针对卫星导航接收机的欺骗干扰研究[J]. 黄龙,吕志成,王飞雪. 宇航学报. 2012(07)
[9]仿真飞行轨迹的设计及应用[J]. 徐景硕,秦浩,高扬,李笔锋. 航空电子技术. 2012(01)
[10]一种面向捷联惯导系统设计/验证的仿真平台设计[J]. 周文君,刘进,雷宏杰. 弹箭与制导学报. 2011(06)
博士论文
[1]卫星导航系统接收机抗干扰关键技术研究[D]. 张琳.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3604463
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：277 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文总体框架结构图
模型分别在真实信号场景和欺骗干扰信号场景下对两接收机（天线）采用基于伪距的最小二乘位置求解算法进行迭代求解得到的位置结果进行对比分析，对欺骗干扰信号检测算法的实现原理进行解释。最后，通过多组实际实验（包含转发式欺骗干扰和生成式欺骗干扰）对算法的检测性能进行验证。本章主要讨论三类场景，欺骗场景中只有一个欺骗者且所有卫星信号均被欺骗。三类场景分别是：（1）一直是真实信号场景；（2）一直是（转发式）欺骗干扰信号场景；（3）先真实信号场景，再切换到欺骗干扰信号场景。2.1信号伪距模型根据图2.1的伪距测量示意图可以看出，理论的伪距是一个与卫星和接收终端之间的真实距离、卫星钟差和接收机钟差等有关系的，用于表示卫星与接收终端之间的距离的量。信号在传输的过程中在穿越大气层时还要受到电离层和对流层的影响，因而存在电离层延迟和对流层延迟，且测量过程还存在测量噪声等非模型误差。综上所述，实际的伪距是一个不仅与卫星和接收终端之间的真实距离、卫星钟差和接收机钟差等有关系的量，还是一个与电离层延迟、对流层延迟以及测量噪声等非模型误差有关系的量。图2.1伪距测量示意图
国防科技大学研究生院博士学位论文第14页,1/22,1cos11.001tropjnuj（2-4）当采用NovAtel接收机时，可以通过设置指令“LOGSATXYZONTIME1”并结合数据格式转换软件，直接在转换得到的ASCII文件中提取卫星钟差补偿量、电离层延迟校正量和对流层延迟校正量[117]。在接下来的信号伪距模型建立中，默认已经进行了卫星钟差校正、电离层延迟校正和对流层延迟校正，且不考虑校正残差和测量噪声等非模型误差。伪距模型的建立主要根据真实信号和欺骗干扰信号不同的传输路径来进行。图2.2真实信号传输路径示意图真实信号的传输过程可以理解为：卫星发出电磁波信号，在穿越大气层后，由接收机直接捕获接收，在不考虑信号穿越大气层时的折射的情况下，可以将其视为一条直线，如图2.2蓝色线条所示。因此，真实信号经改正后的伪距模型可以表示为()()()()(),,sastjjeteeCesstjeasarcsaet=Crtrt+t（2-5）式中，(),eesstjrt表示stt时刻第j颗卫星在Earth-Centered,Earth-Fixed(ECEF)坐标系下的位置，等于()()(),,,Teeeesstjesstjesstjxtytzt，()rcsat表示sat时刻接收机钟差等效距离误差，()()()()Teeeeeasaeasaeasaeasat=xtytztr表示sat时刻载体在ECEF坐标系下的位置。卫星信号自stt时刻发出后sat时刻被接收机捕获，信号在传输过程中卫星仍然处于运动状态，因此需要对卫星位置进行地球自转改正，也称为Sagnac校正。通过对卫星位置(),eesstjrt左乘()(),sastjetetC实现在stt时刻ECEF坐标系和sat时刻
【参考文献】：
期刊论文
[1]GNSS欺骗防护技术国内外研究现状及展望[J]. 边少锋,胡彦逢,纪兵. 中国科学:信息科学. 2017(03)
[2]GNSS接收机欺骗干扰功率控制策略[J]. 胡彦逢,边少锋,曹可劲,冯国利. 中国惯性技术学报. 2015(02)
[3]基于飞行力学的惯导轨迹发生器及其在半实物仿真中的应用[J]. 陈凯,卫凤,张前程,于云峰,闫杰. 中国惯性技术学报. 2014(04)
[4]基于加权估计的紧组合导航抗欺骗算法研究[J]. 袁超,康国华,郑峰婴,徐川,张雷,华冰. 现代电子技术. 2013(19)
[5]利用轨迹诱导的欺骗式GPS干扰技术研究[J]. 张会锁,高关根,寇磊,谷超. 弹箭与制导学报. 2013(03)
[6]基于飞行仿真的捷联惯导算法测试平台[J]. 李军伟,程咏梅,陈克喆,陈思静,宋春华. 中国惯性技术学报. 2012(05)
[7]Vehicle kinematics modeling and design of vehicle trajectory generator system[J]. 李昭,蔡自兴,任孝平,陈爱斌,薛志超. Journal of Central South University. 2012(10)
[8]针对卫星导航接收机的欺骗干扰研究[J]. 黄龙,吕志成,王飞雪. 宇航学报. 2012(07)
[9]仿真飞行轨迹的设计及应用[J]. 徐景硕,秦浩,高扬,李笔锋. 航空电子技术. 2012(01)
[10]一种面向捷联惯导系统设计/验证的仿真平台设计[J]. 周文君,刘进,雷宏杰. 弹箭与制导学报. 2011(06)
博士论文
[1]卫星导航系统接收机抗干扰关键技术研究[D]. 张琳.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3604463
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3604463.html
