CN102662187A - 一种多模组合导航防诱骗装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种多模组合导航防诱骗装置及其工作方法，属于定位和测量技术领域。装置由GNSS组合导航单元、数据压缩与存储单元、协议网关单元、组合导航数据输出单元组成；其中，GNSS组合导航单元由北斗二代导航模块、GPS导航模块、GALILEO导航模块、磁罗盘模块、陀螺仪模块和授时模块组成。GNSS组合导航单元各GNSS模块（包括北斗二代导航模块、GPS导航模块、GALILEO导航模块、磁罗盘模块、陀螺仪模块和授时模块）获取多模原始导航数据，经授时模块将多模原始导航数据进行时间同步，并将时间同步后的多模原始导航数据送入数据压缩与存储单元，建立非诱骗条件下的欧氏距离分布模型；协议网关单元接收多模原始导航数据，进行诱骗判决，并根据判决结果解算出组合导航防诱骗数据。

Description

一种多模组合导航防诱骗装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种多模组合导航防诱骗装置及其工作方法，属于定位和测量技术领域。

背景技术

使用单一导航系统具有一定风险，并且可见卫星数目，几何结构等都不能满足复杂环境中的用户需求。一方面，GPS卫星定位服务已在我国各领域开展应用，一旦战争爆发或产生经济利益摩擦，美国将很容易屏蔽或干扰特定区域的卫星定位导航功能。例如海湾战争期间，美国甚至不顾欧盟的强烈反对而一度关闭对欧GPS服务，导致了欧洲国家的巨大经济损失。另一方面，利用单一导航系统存在的缺陷，可实现对导航终端的电子诱骗。2011年，伊朗通过对美国无人机GPS导航系统实施诱骗干扰，成功“捕获”一架美国RQ-170无人机。

我国北斗卫星定位系统建设已完成立项论证工作，列为国家科技发展重大专项，目前已成功发射9颗北斗二代导航卫星，并于2011年12月27日正式试运行，为中国及周边地区提供导航定位服务。2012年10月份前我国将再发射6颗卫星以完成北斗系统组网，并在2020年左右形成全球覆盖能力。但目前北斗二代系统定位不稳定，GPS系统长期占据我国导航定位市场大部分份额，因此研究GNSS多模协同抗诱骗高精度自主定位理论与方法，为我国各领域提供安全可靠的卫星导航定位服务迫在眉睫。

惯性导航系统和卫星导航系统具有良好的信息互补性，惯性/多卫星组合成为较理想的导航系统，可进一步提高北斗二代导航系统防诱骗的可靠性。

发明内容

本发明针对目前使用单一导航系统，敌人产生虚假信号进行干扰,可能使攻击的导航终端脱离轨道的问题，提供一种多模组合导航防诱骗装置及其工作方法。

本发明采用以下技术方案：

一种多模组合导航防诱骗装置，包括GNSS组合导航单元、数据压缩与存储单元、协议网关单元和组合导航数据输出单元；GNSS组合导航单元和数据压缩与存储单元通过串口连接，数据压缩与存储单元和协议网关单元通过串口连接，协议网关单元和组合导航数据输出单元通过串口连接。

所述的GNSS组合导航单元包括北斗二代导航模块、GPS导航模块、GALILEO导航模块、磁罗盘模块、陀螺仪模块和授时模块；数据压缩与存储单元包括原始导航数据存储模块、欧氏距离分布模型存储模块和组合导航解算数据存储模块三部分，这三部分由FLASH存储芯片组成，FLASH采用SAMSUNG公司的K9K1G08UOM系列芯片；协议网关单元由欧氏距离分布模型建立模块和组合导航数据解算模块组成，欧氏距离分布模型建立模块由具有建立欧氏距离分布模型功能的单片机和RAM组成、组合导航数据解算模块由具有解算导航数据功能的DSP芯片和RAM组成，其中单片机采用ATMEL公司的ATMEGA128系列芯片，DSP芯片采用TI公司的TMS320C6416芯片，RAM采用ISSI公司的高速存储器IS61C3216。

所述的组合导航防诱骗装置的工作方法如下：

1）组合导航单元各GNSS模块获取多模原始导航数据，经授时模块对多模原始导航数据进行时间同步，并将同步后的数据送至数据压缩与存储单元的原始导航数据存储模块存储，同时将同步后的数据送至协议网关单元；协议网关单元接收同步后的导航数据，由欧氏距离分布模型建立模块提取同步后的导航数据在相同时刻的滤波状态与新息变量欧氏距离，根据滤波状态与新息变量欧氏距离建立非诱骗条件下欧氏距离分布模型，并将建立的非诱骗条件下的欧氏距离分布模型送入数据压缩与存储单元的欧氏距离分布模型存储模块存储，作为诱骗判决模型的备份数据；

2）在1）的基础上，协议网关单元根据接收到的同步后的导航数据，由组合导航数据解算模块解算GPS导航模块和北斗二代导航模块定位信息，再利用Kalman滤波算法计算GPS/北斗二代滤波状态与新息变量欧式距离，由诱骗判决模块进行诱骗判决，判决方法如下：若GPS/北斗二代滤波状态与新息变量欧式距离符合非诱骗条件下欧氏距离分布模型，则判定为非诱骗状态；否则，判定为诱骗状态；

3）根据2）中的诱骗判决结果，在非诱骗状态下，协议网关单元设定GPS导航模块和北斗二代导航模块组合导航数据为输出导航数据；在诱骗状态下，则协议网关单元设定北斗二代导航模块、GALILEO导航模块的组合导航数据为输出导航数据；

4）由组合导航数据解算模块将3）中的输出组合导航解算数据与协议网关单元获取的经过同步处理的磁罗盘模块的原始导航数据、陀螺仪模块的原始导航数据协同解算，得到组合导航防诱骗数据；

5）输出组合导航防诱骗数据，并存储在数据存储与压缩单元，供定轨查询。

本发明具有如下优点和积极效果：

（1）针对高动态复杂环境下北斗二代定位不稳定和GPS服务非安全问题，建立北斗二代/GPS协同定位差异信息分布模型，突破伪卫星定位诱骗重大安全瓶颈；面向机动目标运动模式多样协同实际特点，基于联邦卡尔曼滤波融合算法研究多模型交互诱骗检测及其跟踪技术，克服机动目标运动状态及实际环境差异，提高诱骗检测与跟踪定位准确性，实现北斗二代/GPS抗诱骗高精度自主定位跟踪

（2）北斗二代/GPS多模定位多尺度动态信息，针对多源数据融合与滤波跟踪算法模型先验依赖问题，基于异构模型集交互滤波算法和滤波新息动态变化，分析模型集似然函数时间序列特征，实现目标跟踪定位模型自适应优化决策；综合利用惯性航迹推算及其状态分布特征，克服诱骗检测模型匹配与多模协同诱导检测局限，进一步提高系统诱骗检测与跟踪定位的精确性、鲁棒性。

（3）针对动态复杂环境下机动目标运动状态方程呈现时变非线性，系统模型与噪声无法精确描述，北斗二代/GPS信息传输存在随机时滞，以及传感器状态信息获取无序观测、数据不完备性及状态依赖于噪声等问题，在确定系统状态估计经典的理论和方法的基础上，进一步完善时滞不确定系统的理论和方法，基于数据预测、随机时滞和数据丢包系统的估计理论方法，有效解决时滞不确定非线性条件下的诱骗检测与滤波估计关键问题。

（4）组合导航的经纬度信息校正由惯导算法解算出位置信息，当结果发散时，可用惯导进行恢复，卫星信号被遮挡，导航单元受干扰时，靠惯导进行较精确的导航，减少速度误差和位置误差，提高导航定位精度。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的工作方法流程图。

其中，101、GNSS组合导航单元，102、数据压缩与存储单元，103、协议网关单元，104、组合导航数据输出单元，105、数据接口，201、北斗二代导航模块，202、GPS导航模块、203、GALILEO导航模块，204、磁罗盘模块，205、陀螺仪模块，206、授时模块，207、欧氏距离分布模型存储模块、208、原始导航数据存储模块209、组合导航解算数据存储模块，210、欧氏距离分布模型建立模块，211、诱骗判决模块，212、组合导航数据解算模块。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

实施例：

一种多模组合导航防诱骗装置，包括GNSS组合导航单元（101）、数据压缩与存储单元（102）、协议网关单元（103）和组合导航数据输出单元（104）；GNSS组合导航单元（101）和数据压缩与存储单元（102）通过串口连接，数据压缩与存储单元（102）和协议网关单元（103）通过串口连接，协议网关单元（103）和组合导航数据输出单元（104）通过串口连接；协议网关单元（103）由欧氏距离分布模型建立模块（210）、组合导航数据解算模块（212）和诱骗判决模块（211）组成。

所述的GNSS组合导航单元（101）包括北斗二代导航模块（201）、GPS导航模块（202）、GALILEO导航模块（203）、磁罗盘模块（204）、陀螺仪模块（205）和授时模块（206）；数据压缩与存储单元（102）包括原始导航数据存储模块（208）、欧氏距离分布模型存储模块（207）和组合导航解算数据存储模块（209）三部分，这三部分由FLASH存储芯片组成，FLASH采用SAMSUNG公司的K9K1G08UOM系列芯片；协议网关单元（103）由欧氏距离分布模型建立模块（210）和组合导航数据解算模块（212）组成，欧氏距离分布模型建立模块（210）由具有建立欧氏距离分布模型功能的单片机和RAM组成、组合导航数据解算模块（212）由具有解算导航数据功能的DSP芯片和RAM组成，其中单片机采用ATMEL公司的ATMEGA128系列芯片，DSP芯片采用TI公司的TMS320C6416芯片，RAM采用ISSI公司的高速存储器IS61C3216。

所述的组合导航防诱骗装置的工作方法如下：

1）组合导航单元各GNSS模块获取多模原始导航数据，经授时模块对多模原始导航数据进行时间同步，并将同步后的数据送至数据压缩与存储单元的原始导航数据存储模块存储，同时将同步后的数据送至协议网关单元；协议网关单元接收同步后的导航数据，由欧氏距离分布模型建立模块提取同步后的导航数据在相同时刻的滤波状态与新息变量欧氏距离，根据滤波状态与新息变量欧氏距离建立非诱骗条件下欧氏距离分布模型，并将建立的非诱骗条件下的欧氏距离分布模型送入数据压缩与存储单元的欧氏距离分布模型存储模块存储，作为诱骗判决模型的备份数据；

2）在1）的基础上，协议网关单元根据接收到的同步后的导航数据，由组合导航数据解算模块解算GPS导航模块和北斗二代导航模块定位信息，再利用Kalman滤波算法计算GPS/北斗二代滤波状态与新息变量欧式距离，由诱骗判决模块进行诱骗判决，判决方法如下：若GPS/北斗二代滤波状态与新息变量欧式距离符合非诱骗条件下欧氏距离分布模型，则判定为非诱骗状态；否则，判定为诱骗状态；

3）根据2）中的诱骗判决结果，在非诱骗状态下，协议网关单元设定GPS导航模块和北斗二代导航模块组合导航数据为输出导航数据；在诱骗状态下，则协议网关单元设定北斗二代导航模块、GALILEO导航模块的组合导航数据为输出导航数据；

4）由组合导航数据解算模块将3）中的输出组合导航解算数据与协议网关单元获取的经过同步处理的磁罗盘模块的原始导航数据、陀螺仪模块的原始导航数据协同解算，得到组合导航防诱骗数据；

5）输出组合导航防诱骗数据，并存储在数据存储与压缩单元，供定轨查询。

Claims (3)

1.一种多模组合导航防诱骗装置，其特征在于，包括GNSS组合导航单元、数据压缩与存储单元、协议网关单元和组合导航数据输出单元；GNSS组合导航单元和数据压缩与存储单元通过串口连接，数据压缩与存储单元和协议网关单元通过串口连接，协议网关单元和组合导航数据输出单元通过串口连接。

2.如权利要求1所述的一种多模组合导航防诱骗装置，其特征在于，所述的GNSS组合导航单元包括北斗二代导航模块、GPS导航模块、GALILEO导航模块、磁罗盘模块、陀螺仪模块和授时模块；数据压缩与存储单元包括原始导航数据存储模块、欧氏距离分布模型存储模块和组合导航解算数据存储模块三部分，这三部分由FLASH存储芯片组成，FLASH采用SAMSUNG公司的K9K1G08UOM系列芯片；协议网关单元由欧氏距离分布模型建立模块和组合导航数据解算模块组成，欧氏距离分布模型建立模块由具有建立欧氏距离分布模型功能的单片机和RAM组成、组合导航数据解算模块由具有解算导航数据功能的DSP 芯片和RAM组成，其中单片机采用ATMEL公司的ATMEGA128系列芯片，DSP芯片采用TI公司的TMS320C6416芯片，RAM采用ISSI公司的高速存储器IS61C3216。

3.一种多模组合导航防诱骗装置的工作方法，其特征在于，工作方法如下：

1）组合导航单元各GNSS模块获取多模原始导航数据，经授时模块对多模原始导航数据进行时间同步，并将同步后的数据送至数据压缩与存储单元的原始导航数据存储模块存储，同时将同步后的数据送至协议网关单元；协议网关单元接收同步后的导航数据，由欧氏距离分布模型建立模块提取同步后的导航数据在相同时刻的滤波状态与新息变量欧氏距离，根据滤波状态与新息变量欧氏距离建立非诱骗条件下欧氏距离分布模型，并将建立的非诱骗条件下的欧氏距离分布模型送入数据压缩与存储单元的欧氏距离分布模型存储模块存储，作为诱骗判决模型的备份数据；

2）在1）的基础上，协议网关单元根据接收到的同步后的导航数据，由组合导航数据解算模块解算GPS导航模块和北斗二代导航模块定位信息，再利用Kalman滤波算法计算GPS/北斗二代滤波状态与新息变量欧式距离，由诱骗判决模块进行诱骗判决，判决方法如下：若GPS/北斗二代滤波状态与新息变量欧式距离符合非诱骗条件下欧氏距离分布模型，则判定为非诱骗状态；否则，判定为诱骗状态；

3）根据2）中的诱骗判决结果，在非诱骗状态下，协议网关单元设定GPS导航模块和北斗二代导航模块组合导航数据为输出导航数据；在诱骗状态下，则协议网关单元设定北斗二代导航模块、GALILEO导航模块的组合导航数据为输出导航数据；

4）由组合导航数据解算模块将3）中的输出组合导航解算数据与协议网关单元获取的经过同步处理的磁罗盘模块的原始导航数据、陀螺仪模块的原始导航数据协同解算，得到组合导航防诱骗数据；

5）输出组合导航防诱骗数据，并存储在数据存储与压缩单元，供定轨查询。

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