CN109143265B - 一种基于空间相关性识别的gnss抗欺骗方法 - Google Patents

一种基于空间相关性识别的gnss抗欺骗方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于空间相关性识别的GNSS抗欺骗方法，提升了卫星导航接收机的抗欺骗的性能，解决了在欺骗存在条件下单天线导航接收终端的定位问题。该方法利用欺骗式干扰信号由同一天线发射，故具有相同的信号入射角，利用接收天线运动引起的多普勒参数，进行空间相关性分析，实现单天线卫星导航终端的欺骗式干扰检测。该方法是一种结构简单，计算量小，实用的卫星导航抗欺骗方法；适用于车载、弹载等实时运动的卫星导航定位终端。

Description

一种基于空间相关性识别的GNSS抗欺骗方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，特别是卫星导航接收机终端抗欺骗式干扰领域，采用空间相关性识别的方法设计应用在单天线卫星导航接收终端中的欺骗式干扰检测，实现卫星导航接收系统中的欺骗式干扰检测与抑制。
背景技术
面对卫星导航欺骗式干扰技术日益智能化和广泛化，如何在欺骗式干扰的影响下，实现卫星导航接收终端稳定和连续工作，就必须解决欺骗式干扰对卫星导航接收终端的影响问题。国内外学者就解决欺骗式干扰对导航系统的影响提出了若干抗欺骗的方法，如信号到达时检测法、双天线载波相位差检测法等，信号到达时检测法仅能检测转发式欺骗干扰，对生成式欺骗干扰无法检测；双天线载波相位差检测法要求卫星导航终端有两根接收天线，无法在单天线的接收终端中实现。
本发明提出的欺骗检测方法很好的解决了单天线的接收终端欺骗检测问题，实现方法简单易行，为卫星导航接收机抗欺骗提供一种新的手段。
发明内容
本发明的目的是：提供一种基于空间相关性识别的抗欺骗算法，改善卫星导航接收终端在欺骗存在条件下的定位性能和工作稳定性，抑制欺骗式干扰对卫星导航接收终端的影响。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于空间相关性识别的GNSS抗欺骗方法，利用欺骗信号来向为同一方向这一特性，对当前每个信号的载波多普勒参数观测，根据观测结果判定信号空间相关性，具体包括以下步骤：
(1)卫星导航接收机进行导航信号捕获，搜索整个码频二维域，判定当前导航信号存在几个相关峰；
(2)如果导航信号仅存在一个相关峰，则不存在欺骗式干扰，直接利用导航信号进行定位解算，结束本流程；如果存在两个相关峰，则当前存在欺骗式干扰，执行步骤(3)进行欺骗识别模式；
(3)利用信号的空间相关性识别法，将当前接收到的所有具有两个相关峰的导航信号划分为欺骗信号组与真实卫星信号组；
(4)隔离欺骗信号组的信号，并利用真实卫星信号组的信号进行定位解算。
其中，步骤3具体包括以下步骤：
(301)将所有具有两个相关峰的卫星号定为受欺骗卫星；
(302)对所有受欺骗卫星的导航信号进行跟踪，获取多普勒观测量
Figure GDA0002558988430000021
与
Figure GDA0002558988430000022
并对导航信号进行解调得到导航电文，并拼装卫星星历，通过卫星星历获取卫星速度vi与卫星位置(xi,yi,zi)，通过失锁前保留的接收机位置
Figure GDA0002558988430000031
解算卫星信号入射角θi，并计算出卫星运动引起的多普勒
Figure GDA0002558988430000032
其中，解算卫星信号入射角θi计算方法为
Figure GDA0002558988430000033
卫星i运动引起的多普勒
Figure GDA0002558988430000034
计算方法为
Figure GDA0002558988430000035
其中，i为受欺骗卫星i＝1,2,...N，
Figure GDA0002558988430000036
与
Figure GDA0002558988430000037
分别为同一卫星号的两个相关峰信号的多普勒观测量，λ为载波波长；
(303)将多普勒观测量
Figure GDA0002558988430000038
和
Figure GDA0002558988430000039
分别与
Figure GDA00025589884300000310
相减，得出接收天线运动引起的多普勒
Figure GDA00025589884300000311
和
Figure GDA00025589884300000312
即：
Figure GDA00025589884300000313
(304)选取
Figure GDA00025589884300000314
和
Figure GDA00025589884300000315
为参考，将其余受欺骗卫星的的接收天线运动引起的多普勒
Figure GDA00025589884300000316
和
Figure GDA00025589884300000317
分别相除得到空间相关性系数
Figure GDA00025589884300000318
与
Figure GDA00025589884300000319
即：
Figure GDA00025589884300000320
空间相关系数
Figure GDA00025589884300000321
和
Figure GDA00025589884300000322
为1±0.2的分组即为欺骗信号组，至此欺骗式干扰信号检测过程结束。
本发明技术具有如下优点：
(1)本发明提出了一种基于空间相关性识别的单天线GNSS抗欺骗方法，能够适用于单天线车载、弹载卫星导航定位终端，具有实施复杂度低、识别有效性高的特点。
(2)本发明能够有效提升卫星导航终端抗欺骗能力，有利于接收机小型化的实现。
附图说明
图1是本发明信号空间相关性抗欺骗算法流程图；
图2是本发明信号空间相关性抗欺骗算法原理示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明方法进行详细描述。
图1为本发明信号空间相关性抗欺骗算法流程图。一种信号空间相关性抗欺骗算法，利用欺骗信号为同一天线发射，所以欺骗信号的入射角相同，而真实卫星信号的入射角互不相同这一特性，实现欺骗信号与真实信号的区分。具体包括以下步骤：
(1)卫星导航接收机进行导航信号捕获，搜索整个码频二维域，判定当前导航信号存在几个相关峰；
(2)如果导航信号信号仅存在一个相关峰，则不存在欺骗式干扰，直接利用导航信号进行定位解算，结束本流程；如果存在两个相关峰，则当前存在欺骗式干扰，执行步骤(3)进行欺骗识别模式；
(3)利用信号的空间相关性识别法，将当前接收到的所有具有两个相关峰的导航信号划分为欺骗信号组与真实卫星信号组；
(4)隔离欺骗信号组的信号，并利用真实卫星信号组的信号进行定位解算。
步骤3具体包括以下步骤：
(301)将所有具有两个相关峰的卫星号定为受欺骗卫星，同时跟踪每颗受欺骗卫星的两个相关峰；
(302)保持对信号的跟踪，获取多普勒观测量
Figure GDA0002558988430000051
与
Figure GDA0002558988430000052
(i对应的受欺骗卫星i＝1,2,...N，
Figure GDA0002558988430000053
与
Figure GDA0002558988430000054
分别为同一卫星号的两个相关峰信号的多普勒观测量)，并解调导航电文，拼装卫星星历。通过卫星星历获取卫星速度vi与卫星位置(xi,yi,zi)，通过失锁前保留的接收机位置
Figure GDA0002558988430000055
解算卫星信号入射角θi，这样就可以计算出卫星运动引起的多普勒
Figure GDA0002558988430000056
解算卫星信号入射角θi计算方法为
Figure GDA0002558988430000057
卫星i运动引起的多普勒
Figure GDA0002558988430000058
计算方法为
Figure GDA0002558988430000059
其中λ为载波波长。
(303)将多普勒观测量
Figure GDA00025589884300000510
和
Figure GDA00025589884300000511
分别与
Figure GDA00025589884300000512
相减，可以得出接收天线运动引起的多普勒
Figure GDA00025589884300000513
和
Figure GDA00025589884300000514
即：
Figure GDA00025589884300000515
(304)选取
Figure GDA00025589884300000516
和
Figure GDA00025589884300000517
为参考，将其余卫星的天线运动引起的多普勒
Figure GDA00025589884300000518
和
Figure GDA00025589884300000519
分别相除可得空间相关性系数
Figure GDA00025589884300000520
与
Figure GDA00025589884300000521
即：
Figure GDA0002558988430000061
其中i＝2,3,...,N。空间相关系数接近1的即
Figure GDA0002558988430000062
和
Figure GDA0002558988430000063
为1±0.2的分组即为欺骗信号组，至此欺骗式干扰信号检测过程结束。

Claims (2)

1.一种基于空间相关性识别的GNSS抗欺骗方法，其特征在于利用欺骗信号来向为同一方向这一特性，对当前每个信号的载波多普勒参数观测，根据观测结果判定信号空间相关性，具体包括以下步骤：
(1)卫星导航接收机进行导航信号捕获，搜索整个码频二维域，判定当前导航信号存在几个相关峰；
(2)如果导航信号仅存在一个相关峰，则不存在欺骗式干扰，直接利用导航信号进行定位解算，结束本流程；如果存在两个相关峰，则当前存在欺骗式干扰，执行步骤(3)进行欺骗识别模式；
(3)利用信号的空间相关性识别法，将当前接收到的所有具有两个相关峰的导航信号划分为欺骗信号组与真实卫星信号组；
(4)隔离欺骗信号组的信号，并利用真实卫星信号组的信号进行定位解算。
2.根据权利要求书1中所述的一种基于空间相关性识别的GNSS抗欺骗方法，其特征在于：步骤(3) 具体包括以下步骤：
(301)将所有具有两个相关峰的卫星号定为受欺骗卫星；
(302)对所有受欺骗卫星的导航信号进行跟踪，获取多普勒观测量
Figure FDA0002558988420000011
与
Figure FDA0002558988420000012
并对导航信号进行解调得到导航电文，并拼装卫星星历，通过卫星星历获取卫星速度vi与卫星位置(xi,yi,zi)，通过失锁前保留的接收机位置
Figure FDA0002558988420000013
解算卫星信号入射角θi，并计算出卫星运动引起的多普勒
Figure FDA0002558988420000014
其中，解算卫星信号入射角θi计算方法为
Figure FDA0002558988420000015
卫星i运动引起的多普勒
Figure FDA0002558988420000016
计算方法为
Figure FDA0002558988420000021
其中，i为受欺骗卫星i＝1,2,...N，
Figure FDA0002558988420000022
与
Figure FDA0002558988420000023
分别为同一卫星号的两个相关峰信号的多普勒观测量，λ为载波波长；
(303)将多普勒观测量
Figure FDA0002558988420000024
和
Figure FDA0002558988420000025
分别与
Figure FDA0002558988420000026
相减，得出接收天线运动引起的多普勒
Figure FDA0002558988420000027
和
Figure FDA0002558988420000028
即：
Figure FDA0002558988420000029
(304)选取
Figure FDA00025589884200000210
和
Figure FDA00025589884200000211
为参考，将其余受欺骗卫星的的接收天线运动引起的多普勒
Figure FDA00025589884200000212
和
Figure FDA00025589884200000213
分别相除得到空间相关性系数
Figure FDA00025589884200000214
与
Figure FDA00025589884200000215
即：
Figure FDA00025589884200000216
空间相关系数
Figure FDA00025589884200000217
和
Figure FDA00025589884200000218
为1±0.2的分组即为欺骗信号组，至此欺骗式干扰信号检测过程结束。
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