CN106814375B - 一种抗转发式欺骗的捕获方法和接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗转发式欺骗的捕获方法和接收机，通过对每一颗卫星信号进行码频二维搜索，判断转发式欺骗干扰是否存在；若转发式欺骗干扰存在则开启2个跟踪通道分别对这2个信号进行跟踪；对2个跟踪通道进行位同步，得到2个信号的信号时延；比较2个信号的信号时延，关闭信号时延大的信号的跟踪通道；继续开启信号时延小的信号的跟踪通道，进行信号的帧同步电文解算，并利用其定位。本发明能够在不改变卫星导航接收机的天线结构的前提下，有效检测并抑制转发式欺骗干扰；同时能够在不增加额外的欺骗跟踪通道的前提下，实现转发式欺骗干扰的检测与抑制，具有硬件复杂度低、算法灵活的特点。

Description

一种抗转发式欺骗的捕获方法和接收机

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种抗转发式欺骗的捕获方法和接收机。

背景技术

随着全球卫星导航系统的日益普及，全球卫星导航系统(GNSS)已成为了国家重大基础设施的关键组成部分，并已广泛应用于人们的日常生活，例如民用航空、时间同步网络、交通运输、电力系统、金融体系等社会基础设施。然而，随着导航战技术的发展，欺骗干扰逐渐成为全球卫星导航系统的重要威胁。通常情况下，用户接收机工作的环境面临两种欺骗，一种是直接模拟卫星导航信号发射，一种是转发式信号发射。直接模拟的信号源通常由于与导航信号有明显的特征差异，因此较容易区分，而转发式信号相对较难区分。而转发式欺骗干扰无需欺骗方获知导航信号体制，可以对具有军码解算能力的军用接收机进行欺骗，成为军用欺骗干扰的主要形式。

发明内容

本发明提供一种抗转发式欺骗的捕获方法和接收机，其能够实现对转发式欺骗干扰的识别与抑制。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种抗转发式欺骗的捕获方法，包括如下步骤：

步骤1、对每一颗卫星信号进行码频二维搜索，如果搜索出2个独立的高于门限峰值的信号存在，则认为有转发式欺骗干扰存在；

步骤2、若认定存在转发式欺骗干扰，则开启2个跟踪通道分别对这2个信号进行跟踪；

步骤3、对2个跟踪通道进行位同步，位同步完成后得到2个信号的码相位和码周期数；将码相位和码周期数拼装成信号时延；

步骤4、比较2个信号的信号时延；信号时延大的信号为转发式欺骗干扰信号，并关闭该信号的跟踪通道；信号时延小的信号为真实卫星信号，并继续开启该信号的跟踪通道，进行信号的帧同步电文解算，并利用其定位。

在步骤1之前，还进一步包括捕获模式控制步骤，即：当冷启动或卫星信号失锁时间大于等于设定的门限时，进入盲捕模式，此时没有先验信息，需要搜索整个码频二维域；当冷启动或卫星信号失锁时间小于设定的门限时，进入重捕模式，此时根据失锁前的码相位和多普勒频率位置为依据，进行小范围码频二维搜索。

在重捕模式下，小范围码频二维搜索的范围是码相位搜索前后100码片，多普勒频率搜索左右1000Hz。

在步骤1中，如果没有搜索出高于门限峰值的信号存在，则认定为没有信号。此时步骤2中，不开启任何跟踪通道；如果仅搜索出1个高于门限峰值的信号存在，则认定信号为真实信号；此时步骤2中，仅开启1个跟踪通道。

一种抗转发式欺骗的捕获接收机，包括干扰捕获模块、欺骗识别模块和通道控制模块；

干扰捕获模块，对卫星信号进行码频二维搜索，并根据搜索所得的相关峰的个数判断转发式欺骗干扰存在是否存在；即当相关峰的个数为2个时，认为有转发式欺骗干扰存在；

通道控制模块，根据干扰捕获模块的判定结果，开启对应数量的跟踪通道，即当存在转发式欺骗干扰时，开启2个跟踪通道；

欺骗识别模块，对2个跟踪通道进行位同步获得2个信号的信号时延，通过比较2个信号的信号时延判别出转发式欺骗干扰信号和真实卫星信号，并据此开启或关闭相应的跟踪通道；即信号时延大的信号为转发式欺骗干扰信号，并关闭该信号的跟踪通道；信号时延小的信号为真实卫星信号，并继续开启该信号的跟踪通道，进行信号的帧同步电文解算，并利用其定位。

作为改进，上述捕获接收机还进一步包括捕获控制模块，捕获控制模块根据冷启动或卫星信号失锁时间控制捕获模式，即

当冷启动或卫星信号失锁时间大于等于设定的门限时，进入盲捕模式，此时没有先验信息，需要搜索整个码频二维域；

当冷启动或卫星信号失锁时间小于设定的门限时，进入重捕模式，此时根据失锁前的码相位和多普勒频率位置为依据，进行小范围码频二维搜索。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、能够在不改变卫星导航接收机的天线结构的前提下，有效检测并抑制转发式欺骗干扰；

2、能够在不增加额外的欺骗跟踪通道的前提下，实现转发式欺骗干扰的检测与抑制，具有硬件复杂度低、算法灵活的特点。

附图说明

图1是一种抗转发式欺骗的捕获方法的干扰捕获流程图。

图2是一种抗转发式欺骗的捕获方法的通道控制流程图。

图3是一种抗转发式欺骗的捕获方法的欺骗识别流程图。

具体实施方式

一种抗转发式欺骗的捕获方法，包括如下步骤：

步骤1、捕获控制。

当冷启动或卫星信号失锁时间大于等于设定的门限时，进入盲捕模式。当冷启动或卫星信号失锁时间小于设定的门限时，进入重捕模式。

步骤2、干扰捕获。

对每一颗卫星信号进行码频二维搜索，在盲捕模式下，由于接收机没有捕获先验信息，需要搜索整个码频二维域；在重捕模式下，根据失锁前的码相位和多普勒频率位置为依据，进行小范围码频二维搜索，即码相位搜索前后100码片，多普勒频率搜索左右1000Hz。

根据码频二维搜索结果，对信号进行初步判定：如果没有搜索出高于门限峰值的信号存在即存在0个相关峰，则认定为没有信号；如果仅搜索出1个的高于门限峰值的信号存在即存在1个相关峰，则认为仅存在真实卫星信号；如果搜索出2个独立的高于门限峰值的信号存在即存在2个相关峰，则认为真实卫星信号和转发式欺骗干扰信号同时存在。

针对本发明优选实施例，干扰捕获过程如图1所示，包括：

1)对1ms的输入电文x(n)与本地载波c_i(n)进行混频，得到输出z_i(n)，其中i为通道数；

2)产生本地伪码l_si(n)，其中i为通道数，s为搜索频率步进；

3)将l_si(n)与z_i(n)进行相关，得到输出为r_si(n)；

4)将r_si(n)进行FFT，变换到频域中的值为R_si(k)，并求出绝对值|R_si(k)|，总共有S×N个|R_si(k)|，这里n＝k＝0,1,...,N；

5)对|r_si(n)|的S×N个值进行二维搜索，与设定的检测门限相比较，高于门限则认为有信号存在，如果有2个独立的高于门限的峰值则认为有转发式欺骗干扰存在。

步骤3、通道控制。

根据干扰捕获模块的初步判定结果，开启对应数量的跟踪通道：如果不存在信号，则不开启跟踪通道；如果认定仅存在真实卫星信号时，则仅开启1个跟踪通道来对这个信号进行跟踪；如果认定同时存在真实卫星信号和转发式欺骗干扰信号时，则开启2个跟踪通道分别对这2个信号进行跟踪。

针对本发明优选实施例，通道控制过程如图2所示，包括：

1)当某颗卫星信号不存在转发式欺骗时，对该颗卫星信号开启一个跟踪通道进行跟踪。当某颗卫星信号存在转发式欺骗时，开启2个跟踪通道，对2个信号同时进行跟踪；

2)2个跟踪通道对2个信号跟踪直至位同步，位同步完成后由欺骗识别器判定哪路跟踪通道为转发式欺骗信号；

3)欺骗识别器对转发式欺骗识别完成后将转发式欺骗干扰通道关闭，保持对真实卫星信号跟踪并进行定位解算。

步骤4、欺骗识别。

分别对2个跟踪通道进行位同步，位同步完成后得到2个信号的码相位和码周期数，并将码相位和码周期数拼装成信号时延。

通过比较2个信号的信号时延，对信号进行最终判定：将信号时延大的信号为转发式欺骗干扰信号，并关闭该信号的跟踪通道；信号时延小的信号为真实卫星信号，并继续开启该信号的跟踪通道，进行信号的帧同步电文解算，并利用其定位。

针对本发明优选实施例，欺骗识别过程如图3所示，包括：

1)当转发式欺骗存在时，开启2个跟踪通道，对2个信号同时进行跟踪；

2)2个跟踪通道对2个信号跟踪直至位同步，位同步完成后将码周期数和码相位拼装成信号时延；

3)对比2个通道的信号时延，信号时延较大的判定为转发式欺骗干扰信号，关闭跟踪转发式欺骗干扰信号的通道，保持跟踪真实卫星信号。

根据上述方法所设计的一种抗转发式欺骗的捕获接收机，包括捕获控制模块、干扰捕获模块、通道控制和欺骗识别模块。

捕获控制模块，用于控制捕获的模式。捕获模式分为盲捕和重捕。当接收机冷启动或卫星信号失锁时间较长(信号失锁超过30秒)的情况，接收机捕获没有先验信息，故捕获模块需要搜索整个码频二维域，此模式为盲捕模式；当接收机卫星信号失锁时间较短(信号失锁少于30秒)的情况下，接收机捕获模块可根据接收机失锁前的码相位和多普勒频率位置为依据，进行小范围码频二维搜索，码相位搜索前后100码片，多普勒频率搜索左右1000Hz，此模式为重捕模式。

干扰捕获模块，对卫星信号进行码频二维搜索，并根据搜索所得的相关峰的个数判断转发式欺骗干扰存在是否存在。对卫星信号进行二维搜索，其目的是为了找到信号粗略的载波频率和码相位，其主要过程是通过检查相关器的输出功率在何种复制载波频率和码相位下达到最大来实现的。干扰捕获模块包括降采样模块、FFT模块和非相干累加及检测模块。降采样模块用于对射频输出的中频信号进行降采样，目的是使中频数据采样点数符合FFT模块的运算要求。FFT模块用于对中频数据进行快速傅里叶变换，使捕获为并行频率搜索。非相干累加及检测模块用于对信号进行非相干累加并在对累加结果进行检测，检测有三种结果。捕获失败、捕获成功、捕获成功但存在欺骗信号。

通道控制模块，负责分配跟踪通道用以跟踪卫星信号，即根据干扰捕获模块的判定结果，开启对应数量的跟踪通道。当某颗卫星存在转发式欺骗干扰时，需要跟踪通道控制器为其分配2个跟踪通道对其进行跟踪直至位同步完成，根据欺骗识别模块判定哪路跟踪通道为转发式欺骗干扰信号将该路跟踪通道关闭，对真实卫星信号保持跟踪，保障接收机根据真实卫星信号进行定位解算。当欺骗信号存在时，需要用2个通道跟踪一颗卫星以实现信号到达时检测。

欺骗识别模块，用以分辨真实卫星信号与转发式欺骗干扰信号，即对2个跟踪通道进行位同步获得2个信号的信号时延，通过比较2个信号的信号时延判别出转发式欺骗干扰信号和真实卫星信号，并据此开启或关闭相应的跟踪通道。根据2个信号的时延为判定依据，转发式欺骗干扰具有到达时间上的滞后性，所以时延较大的信号为欺骗式干扰信号。欺骗识别模块通过对比跟踪同一颗卫星的2个信号的信号时延来判定欺骗式干扰信号，时延较大的为欺骗式干扰信号，关闭该跟踪通道。

以上所述，仅为本发明的一具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，在本发明揭露的技术范围内，可理解想到的变换，都应涵盖在本发明的包涵范围内。

Claims (5)

1.一种抗转发式欺骗的捕获方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1、对每一颗卫星信号进行码频二维搜索；

如果没有搜索出高于门限峰值的信号存在，则认定为没有信号；

如果仅搜索出1个高于门限峰值的信号存在，则认定信号为真实信号；

如果搜索出2个独立的高于门限峰值的信号存在，则认为有转发式欺骗干扰存在；

步骤2、根据步骤1的初步判定结果，开启对应数量的跟踪通道，即：

当认定为没有信号时，则不开启任何跟踪通道；

当认定信号为真实信号时，则仅开启1个跟踪通道来对这个信号进行跟踪；

若认定存在转发式欺骗干扰时，则开启2个跟踪通道分别对这2个信号进行跟踪，则转至步骤3；

步骤3、2个跟踪通道对2个信号跟踪直至位同步，位同步完成后得到2个信号的码相位和码周期数，将码相位和码周期数拼装成信号时延，并转至步骤4；

步骤4、通过比较2个信号的信号时延，对信号进行最终判定；

信号时延大的信号为转发式欺骗干扰信号，并关闭该信号的跟踪通道；

信号时延小的信号为真实卫星信号，并继续开启该信号的跟踪通道，进行信号的帧同步电文解算，并利用解算出的电文进行定位。

2.根据权利要求1所述的一种抗转发式欺骗的捕获方法，其特征是，在步骤1之前，还进一步包括捕获模式控制步骤，即

当卫星信号失锁时间大于等于设定的门限时，进入盲捕模式，此时没有先验信息，需要搜索整个码频二维域；

当卫星信号失锁时间小于设定的门限时，进入重捕模式，此时根据失锁前的码相位和多普勒频率位置为依据，进行小范围码频二维搜索。

3.根据权利要求2所述的一种抗转发式欺骗的捕获方法，其特征是，在重捕模式下，小范围码频二维搜索的范围是码相位搜索前后100码片，多普勒频率搜索左右1000Hz。

4.一种抗转发式欺骗的捕获接收机，其特征是，包括干扰捕获模块、欺骗识别模块和通道控制模块；

干扰捕获模块，对卫星信号进行码频二维搜索，并根据搜索所得的相关峰的个数判断转发式欺骗干扰存在是否存在；即当没有搜索出高于门限峰值的信号存在，认定为没有信号；当仅搜索出1个高于门限峰值的信号存在，认定信号为真实信号；当搜索出2个独立的高于门限峰值的信号存在，认为有转发式欺骗干扰存在；

通道控制模块，根据干扰捕获模块的判定结果，开启对应数量的跟踪通道，即当认定为没有信号时，则不开启任何跟踪通道；当认定信号为真实信号时，则仅开启1个跟踪通道来对这个信号进行跟踪；当认定存在转发式欺骗干扰时，开启2个跟踪通道来对这2个信号进行跟踪；

欺骗识别模块，对2个跟踪通道进行位同步获得2个信号的信号时延，通过比较2个信号的信号时延判别出转发式欺骗干扰信号和真实卫星信号，并据此开启或关闭相应的跟踪通道；即信号时延大的信号为转发式欺骗干扰信号，并关闭该信号的跟踪通道；信号时延小的信号为真实卫星信号，并继续开启该信号的跟踪通道，进行信号的帧同步电文解算，并利用其定位。

5.根据权利要求4所述的一种抗转发式欺骗的捕获接收机，其特征是，还进一步包括捕获控制模块，捕获控制模块根据冷启动或卫星信号失锁时间控制捕获模式，即

当卫星信号失锁时间大于等于设定的门限时，进入盲捕模式，此时没有先验信息，需要搜索整个码频二维域；

当卫星信号失锁时间小于设定的门限时，进入重捕模式，此时根据失锁前的码相位和多普勒频率位置为依据，进行小范围码频二维搜索。

Images