CN107329151A - 一种电力巡检无人机的gps欺骗检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，步骤一，无人机的GPS模块获取当前观测到的GPS卫星的信号强度；步骤二，计算出各颗GPS卫星与无人机的距离；步骤三，计算出当前各颗GPS卫星相对于无人机所在地平面的观测角度；步骤四，若观测角度的数值小于0，则所述预置区域内存在GPS攻击，发出GPS警报；否则根据截止高度角，筛选出不易被遮挡的卫星信号；步骤五，根据各颗GPS卫星无人机的距离以及位置关系，计算出该GPS信号的最大信号强度；步骤六，检测当前GPS卫星的信号强度若超过该GPS卫星的最大信号强度，则所述预置区域内存在GPS攻击。本发明能够快速的、低功耗、低成本的进行GPS欺骗检测。

Description

一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法
技术领域
本发明涉及一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，属于电子通信技术领域。
背景技术
卫星导航系统是覆盖全球的自主地利用空间定位的卫星系统，允许小巧的电子接收机确定它的所在位置 (经度、纬度和高度)，并且经由卫星广播沿着视线方向传送的时间信号精确到10米的范围内。当前能为全球范围提供定位和授时服务的卫星导航系统主要是：美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）。中国的北斗卫星导航系统（BDS）现在已经可以在亚太地区提供高精度的定位导航和授时功能。
电力巡检无人机在巡线的时候不但要通过传感器对电力线、塔架和其他设备进行数据采集，也要在数据中加入位置信息，以方便在日后更快更准确地定位。同时，电力巡检无人机的航线规划和稳定飞行也离不开GPS系统提供高精度的位置信息。
目前，GPS接收机通过GPS信号定位，若GPS接收机接收到伪造的GPS信号，则会导致定位或者授时出现错误，有可能造成很严重的后果。
电力巡线无人机往往飞行与电力线上空，其飞行空域一般没有高大的建筑物等遮挡信号，GPS信号的干扰源较少，所以适用于通过GPS信号强度来检测GPS欺骗。本发明基于GPS欺骗信号需要强于真实信号才能够达到欺骗的效果，通过对比当前GPS信号强度与最大信号强度来检测是否存在GPS欺骗攻击。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，其特征在于：包括步骤如下：
步骤一，无人机的GPS模块获取当前观测到的GPS卫星的信号强度；
步骤二，根据GPS定位原理，计算出各颗GPS卫星与无人机的距离；
步骤三，根据星历数据，计算出当前各颗GPS卫星相对于无人机所在地平面的观测角度；
步骤四，若观测角度的数值小于0，则所述预置区域内存在GPS攻击，发出GPS警报；否则根据截止高度角，筛选出不易被遮挡的卫星信号；
步骤五，根据筛选过的各颗GPS卫星无人机的距离以及位置关系，计算出该GPS信号的最大信号强度；
步骤六，检测当前GPS卫星的信号强度是否超过该GPS卫星的最大信号强度，若超过，则所述预置区域内存在GPS攻击，然后发出GPS警报。
作为优选方案，所述的GPS卫星相对于无人机所在地平面的观测角度，为GPS信号相对于无人机所在平面的入射角。
作为优选方案，所述根据截止高度角，筛选卫星信号的步骤包括：GPS接收机对于低于截止高度角视空域的卫星不予跟踪，所述截止高度角设置为15°。
作为优选方案，所述该GPS信号的最大信号强度Pi max，其具体的公式为：
Pi max = Pi out-Di+G+δ
其中Pi out为是当前卫星i的发射功率，Di为当前卫星i的信号在传输到无人机的过程中由于距离而产生的信号的衰减，G为无人机GPS接收机的天线的增益，δ为误差值。
作为优选方案，所述误差值δ设置为21.3dB。
作为优选方案，所述的Di的计算公式为：
Di=20lg(f)+20lg(D)+32.4dB
其中，f为卫星信号发射频率，单位：MHz；D为GPS卫星与无人机的距离，单位：Km。
有益效果：本发明提供的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，通过观测角度、GPS卫星的信号强度对是否有GPS欺骗进行双重验证，检测速度快，准确率高；本发明能够快速的、低功耗、低成本的进行GPS欺骗检测。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，其目的在于解决电力巡检无人机在巡线过程中检测GPS欺骗信号，包括步骤如下：
步骤一，无人机的GPS模块获取当前观测到的GPS卫星的信号强度；
步骤二，根据GPS定位原理，计算出各颗GPS卫星与无人机的距离；
步骤三，根据星历数据，计算出当前各颗GPS卫星相对于无人机所在地平面的观测角度；
步骤四，若观测角度的数值小于0，则所述预置区域内存在GPS攻击，发出GPS警报；否则根据截止高度角（Elevation mask angle），筛选出不易被遮挡的卫星信号；
步骤五，根据各颗GPS卫星无人机的距离以及位置关系，计算出该GPS信号的最大信号强度；
步骤六，检测当前GPS卫星的信号强度是否超过该GPS卫星的最大信号强度，若超过，则所述预置区域内存在GPS攻击，然后发出GPS警报。
本发明所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法中的步骤一，获取当前GPS信号的信号强度，其具体方法为，接收机对观测到的GPS卫星的信号强度进行记录。
本发明所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法中的步骤二中，所述的各颗GPS卫星与无人机的距离为定位后的各颗卫星到无人机的伪距。
本发明所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法中的步骤三中，所述的GPS卫星相对于无人机所在地平面的观测角度，为GPS信号相对于无人机所在平面的入射角。
本发明所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法中的步骤四中，所述的观测角度小于0，即为，该GPS卫星在当前无人机所在平面的下方。
本发明所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法中的步骤四中，所述的截止高度角为了屏蔽遮挡物（如建筑物、树木等）及多路径效应的影响，GPS接收机对于低于截止高度角视空域的卫星不予跟踪。截止高度角默认为15°，但可以根据无人机周围的实际情况进行设置。
本发明所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法中的步骤五中，所述的获取当前GPS卫星i的最大信号强度Pi max，其具体的公式为：
Pi max = Pi out-Di+G+δ
其中Pi out为是当前卫星i的发射功率，Di为当前卫星i的信号在传输到无人机的过程中由于距离而产生的信号的衰减，G为无人机GPS接收机的天线的增益，δ为误差值。
本发明所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法中由于码分多址系统中强信号压制弱信号的远近效应，民用GPS的C/A码在做自相关运算时，若GPS欺骗信号信号比真实信号的强度高出21.3dB，则可以完全覆盖真实GPS信号，所以所述误差值δ默认为21.3dB。
本发明所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法中，所述的Di的计算公式为：
Di=20lg(f)+20lg(D)+32.4 dB
其中，f为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，其特征在于：包括步骤如下：
步骤一，无人机的GPS模块获取当前观测到的GPS卫星的信号强度；
步骤二，根据GPS定位原理，计算出各颗GPS卫星与无人机的距离；
步骤三，根据星历数据，计算出当前各颗GPS卫星相对于无人机所在地平面的观测角度；
步骤四，若观测角度的数值小于0，则所述预置区域内存在GPS攻击，发出GPS警报；否则根据截止高度角，筛选出不易被遮挡的卫星信号；
步骤五，根据筛选过的各颗GPS卫星无人机的距离以及位置关系，计算出该GPS信号的最大信号强度；
步骤六，检测当前GPS卫星的信号强度是否超过该GPS卫星的最大信号强度，若超过，则所述预置区域内存在GPS攻击，然后发出GPS警报。
2.根据权利要求1所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，其特征在于：所述的GPS卫星相对于无人机所在地平面的观测角度，为GPS信号相对于无人机所在平面的入射角。
3.根据权利要求1所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，其特征在于：所述根据截止高度角，筛选卫星信号的步骤包括：GPS接收机对于低于截止高度角视空域的卫星不予跟踪，所述截止高度角设置为15°。
4.根据权利要求1所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，其特征在于：所述该GPS信号的最大信号强度Pi max，其具体的公式为：
Pi max = Pi out-Di+G+δ
其中Pi out为是当前卫星i的发射功率，Di为当前卫星i的信号在传输到无人机的过程中由于距离而产生的信号的衰减，G为无人机GPS接收机的天线的增益，δ为误差值。
5.根据权利要求4所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，其特征在于：所述误差值δ设置为21.3dB。
6.根据权利要求4所述的一种电力巡检无人机的GPS欺骗检测方法，其特征在于：所述的Di的计算公式为：
Di=20lg(f)+20lg(D)+32.4dB
其中，f为卫星信号发射频率，单位：MHz；D为GPS卫星与无人机的距离，单位：Km。
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