CN103777215B

CN103777215B - 一种恶意屏蔽gps天线的检测方法

Info

Publication number: CN103777215B
Application number: CN201410047932.1A
Authority: CN
Inventors: 姚亮; 陈从华; 黄运峰; 蔡运文; 汤益明; 李家祥
Original assignee: Xiamen Yaxon Networks Co Ltd
Current assignee: Xiamen Yaxon Networks Co Ltd
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2018-05-22
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: CN103777215A

Abstract

本发明公开一种恶意屏蔽GPS天线的检测方法，包括如下步骤：步骤1：检测GPS定位是否有效，如果GPS定位无效，则认为存在遮挡GPS天线造成无法定位的嫌疑，则通过SNR信噪比算法来判断GPS定位无效的现象是否是因为信号被屏蔽导致；如果计算结果为真，则确认GPS天线有受到恶意屏蔽，转到步骤2进行恶意屏蔽检测；步骤2：在GPS天线接收头中内置一对不可见光的发射器和接收器，所述发射器负责向外发射指定波长的不可见光信号，所述接收器负责接收该不可见光信号；发射器发送指定波长的不可见光信号，通过检测接收器是否接收到该信号，以判断GPS天线外是否有遮挡物；如果接收器接收到发射器发送的指定波长的不可见光信号，则表明GPS天线受到恶意屏蔽。

Description

一种恶意屏蔽GPS天线的检测方法

技术领域

本发明属于GPS定位技术领域，具体涉及一种恶意屏蔽GPS天线的检测机制。

背景技术

目前，绝大部分的车辆上之所以会安装车载GPS定位终端，都不是出于车主自己的需要，而是车辆管理员（比如公司、销售商等角色）需要对该车辆的运行、工作情况进行监控，必要时能对车辆进行远程控制。对于车主而言，这些目的都是与他们的初衷相违背的，他们当然不希望车辆被人实时监控甚至远程控制，因此就会想出各种办法暗中对车载GPS终端进行破坏，让其无法正常工作，以期达到摆脱被人监视和控制的目的。而这其中，最常见、也是最有效的一个手段，就是破坏GPS定位天线。因为GPS天线可以说是整个GPS终端的眼睛，一旦天线被破坏，GPS将无法定位，那么所谓的监视、跟踪、定位、以及其他附属功能将全部失效，整个GPS终端基本瘫痪。

对于破坏GPS天线，目前常见的做法有3种，一是直接拔掉或者剪断GPS天线（即造成GPS天线开路），使其无法正常定位；一种是将GPS天线的正负极短接在一起（即造成GPS天线短路），使其无法正常定位；另一种则是使用一个金属屏蔽罩将GPS天线罩住，削减GPS卫星信号使其无法正常定位。其中，前2种手段已经有相关的技术可以实现有效的检测，但是第3种手段目前尚未可靠技术来检测，这就给恶意破坏者造成了可乘之机。他们可以通过在GPS天线外加盖一个金属屏蔽罩等类似的方法来干扰GPS的卫星信号，给人造成GPS因为信号不好无法定位的假象，摆脱监控者的追踪。

发明内容

因此，针对上述问题，本发明设计出一种恶意屏蔽GPS天线的智能检测机制，能够有效的判断出当前GPS天线是否被恶意屏蔽，然后通过提示和报警等手段对破坏者进行警告，并执行相应的处罚措施（比如限制车辆行驶速度、或者禁止车辆再次启动等），从而达到防止其再次破坏的效果。

为了提高检测效果，确保不出现误判，本机制中采用2种硬件电路检测和1套软件算法判断相结合的方式，三者相互依赖相互约束，实现真正有效的判断。首先，硬件上通过一套不可见光的发射器和接收器来实现GPS天线头上空是否有不透光遮挡物的检测，同时，通过一个金属接近传感器来检测GPS天线附近是否存在额外的金属物件，软件上则通过一套SNR值比对算法来确认GPS不定位是否是因为GPS卫星信号被恶意干扰或者屏蔽导致。

具体的，本发明所采用的技术方案是，一种恶意屏蔽GPS天线的检测方法，包括如下步骤：

步骤1：检测GPS定位是否有效，如果此时GPS定位有效，则返回重新检测；如果GPS定位无效，则认为存在遮挡GPS天线造成无法定位的嫌疑，则通过SNR信噪比算法来判断GPS定位无效的现象是否是因为信号被屏蔽导致；如果计算结果为真，则确认GPS天线有受到恶意屏蔽，转到步骤2进行恶意屏蔽检测，并可同步触发报警和相应的处理动作；否则，如果计算结果为假，则返回重新检测；其中该SNR信噪比算法具体包括如下步骤：

步骤11：启动定时器T1（典型值为3秒，当然也可以设置为其他时间），定时判断GPS模块是否已经定位有效，如果已经定位有效，则跳至步骤12；否则，继续按照定时器周期执行上述判断；

步骤12：扫描当前每颗卫星的SNR（信噪比），并将GPS模块能够捕获的每一颗卫星的ID号及其所对应的SNR值都记录下来；

步骤13：依次分析本次记录的每一颗卫星的SNR值，记录其中小于预设值P（例如P=10）的卫星的ID值及其总颗数X；

步骤14：如果X大于2颗，则认为产生了SNR跳变嫌疑，跳至步骤15；否则，重复执行步骤11；

步骤15：启动定时器T2（典型值为1秒），定时检测GPS模块是否定位无效；如果是，则跳至步骤16；否则，继续等待；

步骤16：重新扫描每颗卫星的SNR值，依次用本次扫描得到的SNR值与上次扫描存储的SNR值相减，得到其差值，并记录下每颗卫星对应的SNR差值；

步骤17：依次判断每颗卫星的SNR差值，如果SNR差值小于预设值N，（例如N=5，即本次的SNR值比前次的SNR值小，或者比前次的SNR值偏大3个单位以内）的卫星的颗数大于3颗，则将SNR波动计数器加1；否则，将SNR波动计数器减1；

步骤18：判断SNR波动计数器的值是否小于预设值V（例如-30），或者GPS模块是否已经重新定位成功；如果是，则认为已经解除了SNR跳变嫌疑，清空各个计数器和标志位，重新回到步骤10开始执行；否则，判断SNR波动计数器的值是否大于预设值Q（例如30），如果是，则认为GPS定位无效是因为信号被屏蔽导致（GPS天线存在遮挡嫌疑）；否则，继续执行步骤16。

步骤2：在GPS天线接收头中内置一对不可见光的发射器和接收器，所述发射器负责向外发射指定波长的不可见光信号，所述接收器负责接收该不可见光信号；发射器发送指定波长的不可见光信号，通过检测接收器是否接收到该信号，以判断GPS天线外是否有遮挡物；如果接收器没有接收到发射器发送的指定波长的不可见光信号，则表明GPS天线当前没有受到恶意屏蔽，则返回执行步骤1；如果接收器接收到发射器发送的指定波长的不可见光信号，则表明GPS天线可能受到恶意屏蔽。

另外，为了保证步骤2的恶意屏蔽检测的准确性，该恶意屏蔽GPS天线的检测方法还包括进一步确认检测的步骤3。步骤3：在GPS天线接收头中内置一个金属接近传感器，用于检测GPS天线接收头附近是否存在金属物体。当附近没有存在金属物体时，所述金属传感器输出低电平信号；当附近存在金属物体时，所述金属传感器输出高电平信号。那么，当检测到金属传感器输出低电平信号时，表示附近没有存在金属物体，返回步骤1重新检测。而当检测到金属传感器输出高电平信号时，表明附近存在金属物体，进而判定该GPS天线接收头存在恶意屏蔽的现象。

本发明采用遮挡传感器、金属传感器和SNR值比对算法的综合检测手段，用遮挡传感器来检测GPS天线接收头上空是否存在额外的遮挡物，用金属传感器来检测GPS天线接收头附近是否存在额外的金属物体，用SNR值对比算法来判断出当前GPS定位失败的现象是否是由于GPS信号被屏蔽削弱而导致。当上述3个条件全部满足时，便可精确的判断出当前有人为恶意的对GPS信号进行屏蔽干扰而导致GPS无法定位。综上，本方案创新性的通过软硬结合的方法全面和准确的判断出当前是否存在GPS天线被人为恶意遮挡而导致GPS无法定位的问题。为GPS模块有效定位提供保证手段，也为车辆管理员能够实时监控车辆运行情况、阻止其他人恶意破坏GPS定位功能提供了技术支持。

附图

图1为本发明的逻辑关系示意图；

图2为本发明的GPS定位是否无效的计算流程图。

具体实施方式

现结合具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的技术方案是，采用硬件电路和软件算法相结合的方式，全面有效的检测GPS天线是否被恶意屏蔽。首先，通过一套不可见光的发射器和接收器来检测GPS天线上空是否有不透光遮挡物；同时，通过一个金属接近传感器来检测GPS天线附近是否存在额外的金属物件；软件上则通过一套SNR值比对算法来确认GPS不定位是否是因为GPS卫星信号被恶意干扰或者屏蔽导致。

为了提高检测效果，确保不出现误判，本机制中采用2种硬件电路检测和1套软件算法判断相结合的方式，三者相互依赖相互约束，实现真正有效的判断。首先，硬件上通过一套不可见光的发射器和接收器来实现GPS天线头上空是否有不透光遮挡物的检测，同时，通过一个金属接近传感器来检测GPS天线附近是否存在额外的金属物件，软件上则通过一套SNR值比对算法来确认GPS不定位是否是因为GPS卫星信号被恶意干扰或者屏蔽导致。他们之间的逻辑关系如图1所示。

其中，其2种硬件电路检测包括以下两个检测过程：

过程1：首先，在GPS天线接收头中内置一对不可见光的发射器和接收器；该发射器负责向外发射指定波长的不可见光信号，接收器负责接收该不可见光信号。因为GPS天线的安装方式必须是朝向天空放置，上方不能存在任何遮蔽物，因此，从发射器发射出来的不可见光信号会全部散射到天空中去，接收器将接收不到任何匹配信号，或者接收不到足够多的匹配信号来产生电平翻转，此时可认为没有满足天线被遮盖的条件。而当GPS天线接收头的上方存在一定的遮挡物时，势必影响不可见光的散射，导致有足够多的光线被反射回来进入接收器，触发其电平翻转产生异常报警，此时便满足了GPS天线上空存在遮挡物的嫌疑条件。

其次，在GPS天线接收头中内置一个金属接近传感器，用于检测GPS天线接收头附近是否存在金属物体。当没有存在金属物体时，金属传感器输出低电平信号。当检测到存在金属物体时，金属传感器输出高电平信号，此时便满足了GPS天线附近存在金属物体的嫌疑条件。

然后，1套软件算法中，具体是通过一套SNR信噪比算法来计算出GPS定位无效的现象是否是因为信号被屏蔽导致。

众所周知，GPS卫星的信噪比值是一个用于反映当前卫星信号强度的参数，该值越大，则表示卫星信号越强；该值越小，则表示卫星信号越弱。而且，连续检测过程中，各个卫星的SNR值一般不会出现大范围突变，就算因为GPS模块位置变化或者卫星自身移动等原因引起SNR值变化，也都是一个渐变的过程。只有当GPS设备周围存在干扰、遮挡和反射体时，SNR值才会出现大范围的下降。同时，一旦GPS天线被恶意遮挡，那么GPS模块所能搜索到的每颗卫星的SNR值基本都会落在一个很弱的范围，并且不太会大范围的波动。反之，如果没有任何遮挡的话，GPS卫星的SNR的值会随着车辆的行驶而呈现一些动态波动的过程。针对这一原理，参见图2，其包括以下步骤：

步骤1：启动定时器T1（典型值为3秒），定时判断GPS模块是否已经定位有效。如果已经定位有效，则跳至步骤2；否则，继续按照定时器周期执行上述判断;

步骤2：扫描当前每颗卫星的信噪比（SNR），并将GPS模块能够捕获的每一颗卫星的ID号及其所对应的SNR值都记录下来;

步骤3：依次分析本次记录的每一颗卫星的SNR值，记录其中小于10的卫星的ID值及其总颗数X;

步骤4：如果X大于2颗，则认为产生了SNR跳变嫌疑，跳至步骤5；否则，重复执行步骤1;

步骤5：启动定时器T2（典型值为1秒），定时检测GPS模块是否定位无效。如果是，则跳至步骤6。否则，继续等待;

步骤6：重新扫描每颗卫星的SNR值。依次用本次扫描得到的SNR值与上次扫描存储的SNR值相减，得到其差值，并记录下每颗卫星对应的SNR差值;

步骤7：依次判断每颗卫星的SNR差值，如果SNR差值小于5（即本次的SNR值比前次的SNR值小，或者比前次的SNR值偏大3个单位以内）的卫星的颗数大于3颗，则将SNR波动计数器加1；否则，将SNR波动计数器减1;

步骤8：判断SNR波动计数器的值是否小于-30，或者GPS模块是否已经重新定位成功。如果是，则认为已经解除了SNR跳变嫌疑，清空各个计数器和标志位，重新回到步骤1开始执行。否则，判断SNR波动计数器的值是否大于30，如果是，则认为GPS天线存在遮挡嫌疑；否则，继续执行步骤6。

本发明采用遮挡传感器、金属传感器和SNR值比对算法的综合检测手段，用遮挡传感器来检测GPS天线接收头上空是否存在额外的遮挡物，用金属传感器来检测GPS天线接收头附近是否存在额外的金属物体，用SNR值对比算法来判断出当前GPS定位失败的现象是否是由于GPS信号被屏蔽削弱而导致。当上述3个条件全部满足时，便可精确的判断出当前有人为恶意的对GPS信号进行屏蔽干扰而导致GPS无法定位。

综上，本方案创新性的将遮挡传感器、金属传感器的检测手段，与软件上的SNR值比对算法有机结合起来，全面和准确的判断出当前是否存在GPS天线被人为恶意遮挡而导致GPS无法定位的问题。为GPS模块有效定位提供保证手段，也为车辆管理员能够实时监控车辆运行情况、阻止其他人恶意破坏GPS定位功能提供了技术支持。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种恶意屏蔽GPS天线的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：检测GPS定位是否有效，如果此时GPS定位有效，则返回重新检测；如果GPS定位无效，则认为存在遮挡GPS天线以造成无法定位的嫌疑，则通过SNR信噪比算法来判断GPS定位无效的现象是否是因为信号被屏蔽导致；如果计算结果为真，则确认GPS天线有受到恶意屏蔽，转到步骤2进行恶意屏蔽检测；否则，如果计算结果为假，则返回重新检测；

步骤2：在GPS天线接收头中内置一对不可见光的发射器和接收器，所述发射器负责向外发射指定波长的不可见光信号，所述接收器负责接收该不可见光信号；发射器发送指定波长的不可见光信号，通过检测接收器是否接收到该信号，以判断GPS天线外是否有遮挡物；如果接收器没有接收到发射器发送的指定波长的不可见光信号，则表明GPS天线当前没有受到恶意屏蔽，则重复执行步骤1；如果接收器接收到发射器发送的指定波长的不可见光信号，则表明GPS天线受到恶意屏蔽；

所述步骤1中，SNR信噪比算法具体包括如下步骤：

步骤11：启动定时器T1，定时判断GPS模块是否已经定位有效，如果已经定位有效，则跳至步骤12；否则，继续按照定时器周期执行上述判断；

步骤12：扫描当前每颗卫星的SNR，并将GPS模块能够捕获的每一颗卫星的ID号及其所对应的SNR值都记录下来；

步骤13：依次分析本次记录的每一颗卫星的SNR值，记录其中小于预设值P的卫星的ID值及其总颗数X；

步骤15：启动定时器T2，定时检测GPS模块是否定位无效；如果是，则跳至步骤16；否则，继续等待；

步骤17：依次判断每颗卫星的SNR差值，如果SNR差值小于预设值N的卫星的颗数大于3颗，则将SNR波动计数器加1；否则，将SNR波动计数器减1；

步骤18：判断SNR波动计数器的值是否小于预设值V，或者GPS模块是否已经重新定位成功；如果是，则认为已经解除了SNR跳变嫌疑，清空各个计数器和标志位，重新回到步骤11开始执行；否则，判断SNR波动计数器的值是否大于预设值Q，如果是，则认为GPS定位无效是因为信号被屏蔽导致；否则，继续执行步骤16。

2.根据权利要求1所述的恶意屏蔽GPS天线的检测方法，其特征在于：所述定时器T1设为3秒，所述定时器T2设为1秒。

3.根据权利要求1或2所述的恶意屏蔽GPS天线的检测方法，其特征在于：该恶意屏蔽GPS天线的检测方法还包括进一步确认检测的步骤3，该步骤3包括如下内容：在GPS天线接收头中内置一个金属接近传感器，用于检测GPS天线接收头附近是否存在金属物体；当附近没有存在金属物体时，所述金属传感器输出低电平信号；当附近存在金属物体时，所述金属传感器输出高电平信号；那么，当检测到金属传感器输出低电平信号时，表示附近没有存在金属物体，返回步骤1重新检测；而当检测到金属传感器输出高电平信号时，表明附近存在金属物体。