CN110082790A - 一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法。该方法包括：S1、采集原始卫星数据；S2、计算出卫星星历数据，将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配；S3、从移动终端所捕获的N个卫星的数据信号中，依次去掉一个卫星的数据信号，采用剩余的N‑1个卫星的进行定位计算，依次获得移动终端的N个位置数据，将N个位置数据与采用N个卫星的数据信号计算得到的位置数据进行比较，N>1；S4、将移动终端连续采集的卫星信号与移动终端所在环境的基站定位信号进行对比，若比对的偏差值大于等于第三预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若连续采集的位置信号得到的连续位置轨迹超出基站的定位范围，则识别出存在卫星欺骗和位置劫持。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法、装置及系统。
背景技术
在卫星定位系统中，绕着地球旋转的定位卫星不断广播自己的年历、星历、运动状态和位置信息，地球上的卫星接收终端接收到卫星信号，通过信号捕捉、跟踪、星历计算、三角定位计算，得到自己的位置参考。从定位原理来看，终端接收机只需要依赖卫星信号，支持独立自主工作，可以不需要借助于网络通信或者其他传感器辅助工作。
定位卫星距离地球表面很远，导致卫星信号非常微弱。如果有人在用户接收机周边仿造卫星信号，例如制造一个错误的卫星信号覆盖真实卫星信号，那么久有可能导致终端接收机无法识别真实卫星，得到正确位置，甚至于终端会得到错误的定位位置参考。对于一些低端的卫星接收终端，如果缺乏识别卫星欺骗的方法，很可能导致被导航和劫持到错误和危险的位置。因此，如何有效地识别卫星欺骗，具有十分重要的研究意义。
如果无法有效识别卫星欺骗，可能导致各类定位终端（如无人机、无人车辆等）被位置篡改和劫持，会给定位导航带来极大的不便。
现有技术中，也有一些卫星欺骗识别方法。如一种现有技术是提出使用多个天线来检测卫星欺骗的方法，主要内容是一种欺骗式干扰模型。该模型利用卫星信号的正交性，即不同卫星的信号应该是互相正交、不会有相关性的，如果接收机接收到了卫星欺骗信号，则该信号与其他卫星信号之间可能存在相关峰。这种技术的主要缺点是，它依赖于各个卫星的正交性，如果伪造信号保持正交性不变，例如只篡改卫星信号的频率、相位等，该方法并不能检测出来。
另一种现有技术是提出一种使用惯性导航方法来检测卫星欺骗，使用惯性导航的姿态角，来辅助用户接收机来计算载波相位的值，但是惯性导航的姿态角的确定仍然存在比较大的误差，包括姿态角的计算、初始值的选择等。这一技术的缺点是惯性导航的姿态角会有存在比较大的误差，包括姿态角的计算、初始值的选择等，无法保证能有效识别虚假卫星。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法、装置及系统，用以解决现有技术中对卫星欺骗不能准确识别、不能准确判断是否存在卫星欺骗的技术问题。
作为本发明的第一方面，本发明提供一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法，所述方法包括：
S1、接收卫星信号，采集原始卫星数据；
S2、依据所述原始卫星数据，计算出卫星星历数据，将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配，当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；当匹配度小于所述第一预设值时，则进入下一步骤；
S3、从所述移动终端所捕获的N个卫星的数据信号中，依次去掉一个卫星的数据信号，采用剩余的N-1个卫星的进行定位计算，依次获得所述移动终端的N个位置数据，将所述N个位置数据与采用N个卫星的数据信号计算得到的位置数据进行比较，若比较出偏差值大于等于第二预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若小于所述第二预设值时，则进入下一步骤，其中N为大于1的自然数；
S4、将所述移动终端连续采集的卫星信号与所述移动终端所在环境的基站定位信号进行对比，若比对的偏差值大于等于第三预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若所述连续采集的位置信号得到的连续位置轨迹超出所述基站的定位范围，则识别出存在卫星欺骗和位置劫持。
优选地，所述S1包括：
S11、启动卫星捕获跟踪操作；
S12、捕获到卫星信号后，判断卫星信号中的频率和相位数据在预设时间内的变化情况；
S13、当所述变化情况超出预设范围时，则识别出存在卫星信号瞬变和卫星欺骗，并返回步骤S11；若未超出所述预设范围时，则进入下一步；
S14、连续捕获预定数量卫星的卫星信号，采集原始卫星数据。
优选地，所述S2还包括：
S21、计算出卫星星历数据；
S22、将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配；
S23、当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；
S24、当匹配度小于所述第一预设值时，则进入下一步骤。
优选地，所述卫星星历数据包括：卫星位置信息、卫星运动参数信息、当前UTC时间信息。
优选地，所述移动终端包括无人机、无人车辆、移动机器人。
优选地，所述S2中，在所述将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配之前还包括：信号噪声去除步骤，去除卫星星历数据中的噪声。
作为本发明的第二方面，本发明还提供一种面向移动终端的卫星欺骗识别装置，所述装置包括：
接收模块，用于接收卫星信号，采集原始卫星数据；
星历对比模块，用于依据所述原始卫星数据，计算出卫星星历数据，将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配，当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；当匹配度小于所述第一预设值时，则第一次确定卫星不存在欺骗；
交替选择模块，用于从所述移动终端所捕获的N个卫星的数据信号中，依次去掉一个卫星的数据信号，采用剩余的N-1个卫星的进行定位计算，依次获得所述移动终端的N个位置数据，将所述N个位置数据与采用N个卫星的数据信号计算得到的位置数据进行比较，若比较出偏差值大于等于第二预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若小于所述第二预设值时，则第二次确定卫星不存在欺骗，其中N为大于1的自然数；
连续定位对比模块，用于将所述移动终端连续采集的卫星信号与所述移动终端所在环境的基站定位信号进行对比，若比对的偏差值大于等于第三预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若所述连续采集的位置信号得到的连续位置轨迹超出所述基站的定位范围，则识别出存在卫星欺骗和位置劫持。
作为本发明的第三方面，本发明还提供一种面向移动终端的卫星欺骗识别系统，所述系统包括：移动终端，所述移动终端包括处理器和卫星接收机以及存储器，所述处理器调用所述存储器中存储的程序指令，控制所述卫星接收机实现前述任一项所述的面向移动终端的卫星欺骗识别方法步骤。
优选地，所述系统还包括：设于所述移动终端周围的基站，所述基站与所述移动终端通信连接。
本发明提供的一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法、装置及系统，通过计算卫星信号的关键特征信息，采用卫星星历对比、卫星交替选择、连续定位对比的检测方式，来准确判断出是否存在卫星欺骗，克服了现有技术中采用惯性导航姿态角、不支持正交卫星的缺点，本发明的卫星欺骗识别的检测过程可在终端接收机上独立运行，不需要额外辅助设备。
附图说明
图1为本发明实施例中面向移动终端的卫星欺骗识别方法的流程示意图。
图2为本发明实施例中面向移动终端的卫星欺骗识别装置的结构示意图。
图3为本发明实施例中面向移动终端的卫星欺骗识别系统的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
实施例1
请参见图1，本发明实施例1提供一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法，所述方法包括：
S1、接收卫星信号，采集原始卫星数据；
S2、依据所述原始卫星数据，计算出卫星星历数据，将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配，当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；当匹配度小于所述第一预设值时，则进入下一步骤；
具体来说，移动终端采集卫星信号后，首先开始卫星捕获操作，判断卫星是否可见，如果卫星信号可见，则可以观察到该卫星信号的频率和相位。考虑到卫星绕行地球的速度很慢，卫星频率和相位不会产生很大变化。因此，通过对比短时间内（例如100毫秒）的频率和相位，就可以判断是否存在卫星信号瞬变和卫星欺骗。
其次，连续捕获可见卫星后，计算卫星星历，能得到卫星位置、卫星运动参数、当前UTC时间等信息。特别地，对于每个卫星来说，这些星历数据都是唯一确定的，而且可以从官方网站直接获取。因此，移动终端通过下载对比卫星星历信号，如果两者不匹配，则存在卫星欺骗。考虑到卫星信号较为微弱，在传输过程中会混入大量噪声信息，导致星历数据与官方网站真实信息会有一些偏差。因此，只有当星历匹配度误差大于5%，才认为存在卫星欺骗。
S3、从所述移动终端所捕获的N个卫星的数据信号中，依次去掉一个卫星的数据信号，采用剩余的N-1个卫星的进行定位计算，依次获得所述移动终端的N个位置数据，将所述N个位置数据与采用N个卫星的数据信号计算得到的位置数据进行比较，若比较出偏差值大于等于第二预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若小于所述第二预设值时，则进入下一步骤，其中N为大于1的自然数；
具体来说，如果卫星信号干扰器的篡改星历较小，可能无法通过星历对比识别出来。因此，采用上述步骤S3的交替选择方法。
假设用户终端捕获N个卫星，定位计算得到位置P。依次去掉一个卫星，使用剩下N-1个卫星进行定位计算，得到位置P1,P2,…,PN。
如果某个卫星（或者多个卫星）存在卫星欺骗，则有一个（或多个）位置P1,P2,…,PN与位置P存在较大的偏差，从而判断和识别出卫星欺骗。例如先去掉第1个卫星信号数据，用余下的N-1个卫星信号数据去计算，获得移动终端所在位置P1值。接着轮到去掉第2个卫星信号数据，用余下的N-1个卫星信号数据去计算，获得移动终端的位置P2值。依次类推，直至算出PN值。
S4、将所述移动终端连续采集的卫星信号与所述移动终端所在环境的基站定位信号进行对比，若比对的偏差值大于等于第三预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若所述连续采集的位置信号得到的连续位置轨迹超出所述基站的定位范围，则识别出存在卫星欺骗和位置劫持。
优选地，所述S1包括：
S11、启动卫星捕获跟踪操作；
S12、捕获到卫星信号后，判断卫星信号中的频率和相位数据在预设时间内的变化情况；
S13、当所述变化情况超出预设范围时，则识别出存在卫星信号瞬变和卫星欺骗，并返回步骤S11；若未超出所述预设范围时，则进入下一步；
S14、连续捕获预定数量卫星的卫星信号，采集原始卫星数据。
优选地，所述S2还包括：
S21、计算出卫星星历数据；
S22、将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配；
S23、当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；
S24、当匹配度小于所述第一预设值时，则进入下一步骤。
优选地，所述卫星星历数据包括：卫星位置信息、卫星运动参数信息、当前UTC时间信息。
优选地，所述移动终端包括无人机、无人车辆、移动机器人。
优选地，所述S2中，在所述将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配之前还包括：信号噪声去除步骤，去除卫星星历数据中的噪声。
实施例2
请参见图2，本发明还提供一种面向移动终端的卫星欺骗识别装置，所述装置包括：
接收模块10，用于接收卫星信号，采集原始卫星数据；
星历对比模块20，用于依据所述原始卫星数据，计算出卫星星历数据，将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配，当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；当匹配度小于所述第一预设值时，则第一次确定卫星不存在欺骗；
交替选择模块30，用于从所述移动终端所捕获的N个卫星的数据信号中，依次去掉一个卫星的数据信号，采用剩余的N-1个卫星的进行定位计算，依次获得所述移动终端的N个位置数据，将所述N个位置数据与采用N个卫星的数据信号计算得到的位置数据进行比较，若比较出偏差值大于等于第二预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若小于所述第二预设值时，则第二次确定卫星不存在欺骗，其中N为大于1的自然数；
连续定位对比模块40，用于将所述移动终端连续采集的卫星信号与所述移动终端所在环境的基站定位信号进行对比，若比对的偏差值大于等于第三预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若所述连续采集的位置信号得到的连续位置轨迹超出所述基站的定位范围，则识别出存在卫星欺骗和位置劫持。
实施例3
请参见图3，本发明实施例3还提供一种面向移动终端的卫星欺骗识别系统，所述系统包括：移动终端，所述移动终端包括处理器和卫星接收机以及存储器，所述处理器调用所述存储器中存储的程序指令，控制所述卫星接收机至少实现以下的面向移动终端的卫星欺骗识别方法步骤：
S1、接收卫星信号，采集原始卫星数据；
S2、依据所述原始卫星数据，计算出卫星星历数据，将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配，当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；当匹配度小于所述第一预设值时，则进入下一步骤；
S3、从所述移动终端所捕获的N个卫星的数据信号中，依次去掉一个卫星的数据信号，采用剩余的N-1个卫星的进行定位计算，依次获得所述移动终端的N个位置数据，将所述N个位置数据与采用N个卫星的数据信号计算得到的位置数据进行比较，若比较出偏差值大于等于第二预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若小于所述第二预设值时，则进入下一步骤，其中N为大于1的自然数；
S4、将所述移动终端连续采集的卫星信号与所述移动终端所在环境的基站定位信号进行对比，若比对的偏差值大于等于第三预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若所述连续采集的位置信号得到的连续位置轨迹超出所述基站的定位范围，则识别出存在卫星欺骗和位置劫持。
优选地，所述S1包括：
S11、启动卫星捕获跟踪操作；
S12、捕获到卫星信号后，判断卫星信号中的频率和相位数据在预设时间内的变化情况；
S13、当所述变化情况超出预设范围时，则识别出存在卫星信号瞬变和卫星欺骗，并返回步骤S11；若未超出所述预设范围时，则进入下一步；
S14、连续捕获预定数量卫星的卫星信号，采集原始卫星数据。
优选地，所述S2还包括：
S21、计算出卫星星历数据；
S22、将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配；
S23、当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；
S24、当匹配度小于所述第一预设值时，则进入下一步骤。
优选地，所述卫星星历数据包括：卫星位置信息、卫星运动参数信息、当前UTC时间信息。
优选地，所述移动终端包括无人机、无人车辆、移动机器人。
优选地，所述S2中，在所述将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配之前还包括：信号噪声去除步骤，去除卫星星历数据中的噪声。
在图3中，卫星接收机接收卫星1、卫星2和卫星3的卫星信号。假设移动终端的卫星接收机接收到若干个真实的卫星信信号，同时在移动终端附近有一个卫星信号干扰器，产生虚假的卫星信号，则会产生卫星欺骗。此时采用本发明实施例1中的方法即可得到较好地解决。
优选地，所述系统还包括：设于所述移动终端周围的基站，所述基站与所述移动终端通信连接。
以上是对本发明提供的一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法、装置及系统的详细说明。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者打印机小车防撞不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者打印机小车防撞所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者打印机小车防撞中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台打印机小车防撞（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种面向移动终端的卫星欺骗识别方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、接收卫星信号，采集原始卫星数据；
S2、依据所述原始卫星数据，计算出卫星星历数据，将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配，当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；当匹配度小于所述第一预设值时，则进入下一步骤；
S3、从所述移动终端所捕获的N个卫星的数据信号中，依次去掉一个卫星的数据信号，采用剩余的N-1个卫星的进行定位计算，依次获得所述移动终端的N个位置数据，将所述N个位置数据与采用N个卫星的数据信号计算得到的位置数据进行比较，若比较出偏差值大于等于第二预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若小于所述第二预设值时，则进入下一步骤，其中N为大于1的自然数；
S4、将所述移动终端连续采集的卫星信号与所述移动终端所在环境的基站定位信号进行对比，若比对的偏差值大于等于第三预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若所述连续采集的位置信号得到的连续位置轨迹超出所述基站的定位范围，则识别出存在卫星欺骗和位置劫持。
2.根据权利要求1所述的面向移动终端的卫星欺骗识别方法，其特征在于，所述S1包括：
S11、启动卫星捕获跟踪操作；
S12、捕获到卫星信号后，判断卫星信号中的频率和相位数据在预设时间内的变化情况；
S13、当所述变化情况超出预设范围时，则识别出存在卫星信号瞬变和卫星欺骗，并返回步骤S11；若未超出所述预设范围时，则进入下一步；
S14、连续捕获预定数量卫星的卫星信号，采集原始卫星数据。
3.根据权利要求2所述的面向移动终端的卫星欺骗识别方法，其特征在于，所述S2还包括：
S21、计算出卫星星历数据；
S22、将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配；
S23、当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；
S24、当匹配度小于所述第一预设值时，则进入下一步骤。
4.根据权利要求3所述的面向移动终端的卫星欺骗识别方法，其特征在于，所述卫星星历数据包括：卫星位置信息、卫星运动参数信息、当前UTC时间信息。
5.根据权利要求1至4任一项所述的面向移动终端的卫星欺骗识别方法，其特征在于，所述移动终端包括无人机、无人车辆、移动机器人。
6.根据权利要求1至4任一项所述的面向移动终端的卫星欺骗识别方法，其特征在于，所述S2中，在所述将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配之前还包括：信号噪声去除步骤，去除卫星星历数据中的噪声。
7.一种面向移动终端的卫星欺骗识别装置，其特征在于，所述装置包括：
接收模块，用于接收卫星信号，采集原始卫星数据；
星历对比模块，用于依据所述原始卫星数据，计算出卫星星历数据，将卫星星历数据与真实卫星星历数据进行比较匹配，当匹配度大于等于第一预设值时，确定卫星存在欺骗；当匹配度小于所述第一预设值时，则第一次确定卫星不存在欺骗；
交替选择模块，用于从所述移动终端所捕获的N个卫星的数据信号中，依次去掉一个卫星的数据信号，采用剩余的N-1个卫星的进行定位计算，依次获得所述移动终端的N个位置数据，将所述N个位置数据与采用N个卫星的数据信号计算得到的位置数据进行比较，若比较出偏差值大于等于第二预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若小于所述第二预设值时，则第二次确定卫星不存在欺骗，其中N为大于1的自然数；
连续定位对比模块，用于将所述移动终端连续采集的卫星信号与所述移动终端所在环境的基站定位信号进行对比，若比对的偏差值大于等于第三预设值时，则识别出存在卫星欺骗；若所述连续采集的位置信号得到的连续位置轨迹超出所述基站的定位范围，则识别出存在卫星欺骗和位置劫持。
8.一种面向移动终端的卫星欺骗识别系统，其特征在于，所述系统包括：移动终端，所述移动终端包括处理器和卫星接收机以及存储器，所述处理器调用所述存储器中存储的程序指令，控制所述卫星接收机实现权利要求1至6任一项所述的面向移动终端的卫星欺骗识别方法步骤。
9.根据权利要求8所述的面向移动终端的卫星欺骗识别系统，其特征在于，所述系统还包括：设于所述移动终端周围的基站，所述基站与所述移动终端通信连接。
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