CN105445761A - 基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法 - Google Patents

基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法 Download PDF

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韩帅
邓雪菲
王学东
孟维晓
张中兆
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/21—Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service

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Abstract

基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，属于导航领域。现有的抗干扰方法的设计、运行复杂度都较高的问题。一种基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，接收机接收真实GPS信号和欺骗式干扰信号；记录下信号的载波频率的变化情况；求得信号的相对载波频率，选择不同时刻信号的相对载波频率中N个作为抽样点，设定误差门限为ε，比较接收到信号间的载波频率变化规律；若接收到信号的中有超过一半的抽样点的相对载波频率满足：||s1(k0+n)-s1(k0)|-|s2(k0+n)-s2(k0)||＜ε，则认为它们的变化情况一致，得出不同信号的载波频率的变化情况，表明卫星是否受到来自同一欺骗干扰源的干扰，反之则然。本发明可以更加快速地发现干扰，快速易行，应用场景更加广泛。

Description

基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法
技术领域
本发明涉及一种基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法。
背景技术
GNSS可以在全球范围内全天候提供定位、导航和定时服务，已经广泛应用于军事装备、国民生产和居民的日常生活中。但是由于GNSS的信号功率较低，必然使整个系统极易受到干扰，现有的干扰主要分为压制式干扰和欺骗式干扰。一次成功的欺骗式干扰攻击将比压制式干扰带来更严重的后果。欺骗式干扰分为转发式干扰和产生式干扰。转发式欺骗是先用导航信号接收机接收导航卫星下行信号，然后直接将接收信号转发或对接收导航电文信息篡改后转发，使目标接收机解得错误的定位定时结果，这种方式由于与卫星导航下行信号一致性很高，不易被受害接收机发现，后续我们研究的重点主要是转发式欺骗干扰。
现有的抗欺骗式干扰技术主要有，应用多天线阵列测得到接收信号的DOA(DirectionofArrival)。但是，鉴于卫星信号的信噪比较低，在应用天线阵列的DOA估计算法时，精度很低，甚至有检测不到的可能后果发生。
除此之外提出的基于粒子滤波的抗欺骗式干扰方式，提出的基于RELAX算法的抗欺骗式干扰方式，提出的基于子空间投影的抗欺骗式干扰方式，提出的组合导航方式等等。虽然这些方式都能够比较的有效的去除干扰，但是它们的算法和硬件复杂度都较高，实现较为困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的抗干扰方法的设计、运行复杂度都较高的问题，而提出一种基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法。
一种基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，
一种基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，所述抗欺骗式干扰方法通过以下步骤实现：
步骤一、设单天线接收机接收包括真实GPS信号和欺骗式干扰信号，其中，欺骗式干扰信号分别来自相同或不同的聚合式欺骗干扰源；
步骤二、对信号进行捕获、载波跟踪，记录下信号的载波频率Si(k)的变化情况；其中，i表示不同的信号编号，k表示不同抽样点，Si(k)表示第i个信号第k个抽样点的载波频率；
步骤三、令信号的载波频率Si(k)减去信号的初始频偏Si(k0)，求得第k个抽样点信号的相对载波频率为：
|si(k)-si(k0)|
步骤四、将不同时刻信号的相对载波频率作为抽样点，选择其中N个抽样点，设定误差门限为ε；
步骤五、统计接收到的信号的抽样点的相对载波频率满足下式的个数：
||s1(k0+n)-s1(k0)|-|s2(k0+n)-s2(k0)||＜ε，0＜n＜N
若满足上式的抽样点的个数大于N/2个，则认为不同信号的载波频率的变化情况一致，表明卫星受到干扰，而且干扰来自同一欺骗干扰源；
若否，则认为不同信号的载波频率的变化情况不一致，表明卫星未受到干扰；
式中，n用于区分与第k个抽样点不同的抽样点。
本发明的有益效果为：
本发明设计的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，首先，根据聚合式欺骗干扰源所处位置较低的特点，相比较真实的卫星，相同的用户速度下，欺骗式干扰可以带来更高的多普勒频移；其次，对于同一个运动的用户而言，从同一个欺骗源发出的信号，其多普勒频移具有相同的变化规律，而不同卫星发出的信号载波变化规律不同。利用这两点，分析PLL跟踪记录下的载波变化规律，找出受聚合式欺骗干扰的接收机。
当接收机以5/m的初速度作圆周运动的情况下，对比动态接收机受到了欺骗式干扰和未受到欺骗干扰时的载波变化情况。观测发现同一欺骗源来的信号初始频偏不同但是它们之后的变化趋势是相同的。由此可以判断出信号是否是聚合式欺骗干扰。能够更加快速地发现干扰,观测时间只需37秒左右即可，而以往的方法所需时间要多出5-7秒，此法快速易行，应用场景更加广泛。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明实施例涉及的受到来自不同来波方向时，PRN＝3的载波频率变化；纵坐标表示载波频率，单位为HZ，横坐标表示时间，单位为ms；
图3为本发明实施例涉及的受到来自不同来波方向时，PRN＝25的载波频率变化；纵坐标表示载波频率，单位为HZ，横坐标表示时间，单位为ms；
图4为本发明实施例涉及的受到来自同一欺骗源信号时，PRN＝3的载波频率变化；纵坐标表示载波频率，单位为HZ，横坐标表示时间，单位为ms；
图5为本发明实施例涉及的受到来自同一欺骗源信号时，PRN＝25的载波频率变化；纵坐标表示载波频率，单位为HZ，横坐标表示时间，单位为ms。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，
聚合式欺骗干扰源一般所处位置较低，相比较真实的卫星，相同的用户速度下，欺骗式干扰可以带来更高的多普勒频移；而且对于同一个运动的用户而言，从同一个欺骗源发出的信号，其多普勒频移具有相同的变化规律，而不同卫星发出的信号载波变化规律不同。利用这两点，可以分析PLL跟踪记录下的载波变化规律，找出受聚合式欺骗干扰的接收机。
结合图1所示，所述抗欺骗式干扰方法通过以下步骤实现：
步骤一、设单天线接收机接收包括真实GPS信号和欺骗式干扰信号，其中，欺骗式干扰信号分别来自相同或不同的聚合式欺骗干扰源；
步骤二、对信号进行捕获、载波跟踪，记录下信号的载波频率Si(k)的变化情况；其中，i表示不同的信号编号，k表示不同抽样点，Si(k)表示第i个信号第k个抽样点的载波频率；
步骤三、为了方便比较不同信号的载波频率的变化情况，令信号的载波频率Si(k)减去信号的初始频偏Si(k0)，求得第k个抽样点信号的相对载波频率为：
|si(k)-si(k0)|
步骤四、将不同时刻信号的相对载波频率作为抽样点，选择其中N个抽样点，设定误差门限为ε；
步骤五、统计接收到的信号的抽样点的相对载波频率满足下式的个数：
||s1(k0+n)-s1(k0)|-|s2(k0+n)-s2(k0)||＜ε，0＜n＜N
若满足上式的抽样点的个数大于N/2个，则认为不同信号的载波频率的变化情况一致，表明卫星受到干扰，而且干扰来自同一欺骗干扰源；
若否，则认为不同信号的载波频率的变化情况不一致，表明卫星未受到干扰；
式中，n用于区分与第k个抽样点不同的抽样点。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，步骤四所述抽样点个数N为1000-2000。
具体实施方式三：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，步骤四所述抽样点个数N为1000。
具体实施方式四：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，步骤四所述抽样点个数N为1500。
具体实施方式五：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，步骤四所述抽样点个数N为2000。
具体实施方式六：
与具体实施方式五不同的是，本实施方式的根据权利要求3所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，步骤四所述误差门限ε的取值范围为0.5-1.0。
具体实施方式七：
与具体实施方式一、二或六不同的是，本实施方式的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，步骤四所述误差门限ε的取值为0.5。
具体实施方式八：
与具体实施方式一、二或六不同的是，本实施方式的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，步骤四所述误差门限ε的取值为0.7。
具体实施方式九：
与具体实施方式一、二或六不同的是，本实施方式的基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，步骤四所述误差门限ε的取值为1.0。
实施例1：
步骤一、设单天线接收机接收在包括真实GPS信号和欺骗式干扰信号的信号PRN3和信号PRN25，假设PRN3和PRN25来自同一欺骗干扰源；其中，欺骗式干扰信号来自相同或不同的聚合式欺骗干扰源；
步骤二、对信号进行捕获、载波跟踪，用S1(k)表示接收到的PRN3信号的载波频率，S2(k)表示接收到的PRN25信号的载波频率，记录信号的载波频率的变化情况；其中，i表示不同的信号编号，k表示不同抽样点，Si(k)表示第i个信号第k个抽样点的载波频率；
步骤三、令信号的载波频率Si(k)减去信号的初始频偏Si(k0)，则第k个抽样点PRN3和PRN25的相对载波频率分别为|s1(k)-s1(k0)|、|s2(k)-s2(k0)|；
步骤四、将不同时刻信号的相对载波频率作为抽样点，选择的N个抽样点总数为1000，设定误差门限为ε为0.7，取38s的载波变化情况；
步骤五、对比分析S1(k)的载波变化情况和S2(k)的载波变化情况，若有超过500个点使下式成立：
||s1(k0+n)-s1(k0)|-|s2(k0+n)-s2(k0)||＜0.7
则判断载波变化情况一致，即卫星受到干扰，而且干扰来自同一欺骗干扰源；
若是，则认为不同信号的载波频率的变化情况一致，表明卫星受到干扰，而且干扰来自同一欺骗干扰；
若否，则认为不同信号的载波频率的变化情况不一致，表明卫星未受到干扰；
式中，n用于区分与第k个抽样点不同的抽样点。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：所述抗欺骗式干扰方法通过以下步骤实现：
步骤一、设单天线接收机接收包括真实GPS信号和欺骗式干扰信号，其中，欺骗式干扰信号分别来自相同或不同的聚合式欺骗干扰源；
步骤二、对信号进行捕获、载波跟踪，记录下信号的载波频率Si(k)的变化情况；其中，i表示不同的信号编号，k表示不同抽样点，Si(k)表示第i个信号第k个抽样点的载波频率；
步骤三、令信号的载波频率Si(k)减去信号的初始频偏Si(k0)，求得第k个抽样点信号的相对载波频率为：
|si(k)-si(k0)|
步骤四、将不同时刻信号的相对载波频率作为抽样点，选择其中N个抽样点，设定误差门限为ε；
步骤五、统计接收到的信号的抽样点的相对载波频率满足下式的个数：
||s1(k0+n)-s1(k0)|-|s2(k0+n)-s2(k0)||＜ε，0＜n＜N
若满足上式的抽样点的个数大于N/2个，则认为不同信号的载波频率的变化情况一致，表明卫星受到干扰，而且干扰来自同一欺骗干扰源；
若否，则认为不同信号的载波频率的变化情况不一致，表明卫星未受到干扰；
式中，n用于区分与第k个抽样点不同的抽样点。
2.根据权利要求1所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：步骤四所述抽样点数个N为1000-2000。
3.根据权利要求1或2所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：步骤四所述抽样点数个N为1000。
4.根据权利要求1或2所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：步骤四所述抽样点数个N为1500。
5.根据权利要求1或2所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：步骤四所述抽样点数个N为2000。
6.根据权利要求5所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：步骤四所述误差门限为ε的取值范围为0.5-1.0。
7.根据权利要求1、2或6所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：步骤四所述误差门限为ε的取值为0.5。
8.根据权利要求1、2或6所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：步骤四所述误差门限为ε的取值为0.7。
9.根据权利要求1、2或6所述基于多普勒频移的抗欺骗式干扰方法，其特征在于：步骤四所述误差门限为ε的取值为1.0。
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