CN110673181A - 一种基于网格能量遍历搜索的gnss干扰源定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于网格能量遍历搜索的GNSS干扰源定位方法，包括如下步骤：步骤1，将选定区域划分为若干网格；步骤2，将任意一个观测点作为基准观测点，计算各网格点的反向辐射能量值，步骤3，利用遍历搜索的方法将各网格点的能量向另外的观测点辐射，并计算观测点接收到的辐射能量值，步骤4，将各观测点实际测量得到的能量与利用遍历搜索方法辐射得到的能量作最小二乘拟合，将拟合误差最小的网格点确定为干扰源的所在点。本发明公开的方法，可将关注区域划分成若干网格，网格越小精度越高，同时计算量越大，可在现有RSSI定位方法的基础上大幅度提高定位精度。

Description

一种基于网格能量遍历搜索的GNSS干扰源定位方法
技术领域
本发明属于GNSS干扰源定位领域，特别涉及该领域中的一种基于网格能量遍历搜索的GNSS干扰源定位方法。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS)从卫星向地面发送经编码调制的导航信号，当地面接收机同时接收到4颗以上的卫星信号时，可以解算出接收机所在的位置和当前的系统时间，实现定位、导航和授时的功能。然而，GNSS卫星信号弱，极容易受到同频无线电辐射源的干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于网格能量遍历搜索的GNSS干扰源定位方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于网格能量遍历搜索的GNSS干扰源定位方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
步骤1，将选定区域划分为若干网格；
步骤2，将任意一个观测点作为基准观测点，依据基准观测点接收信号能量的测量值向各网格点反向辐射能量，从而计算各网格点的反向辐射能量值，具体包括：
步骤21，选取一个基准观测点，根据地理信息系统分析该基准观测点到各网格点的传播特性，传播特性分三类：城市高楼林立区、低矮建筑分布区、无遮挡视距传播区，确定该基准观测点到各网格点的附加衰减因子LAN，附加衰减因子的取值参考分别为10dB、3dB和0dB；
步骤22，利用下式计算基准观测点到各网格点的反向辐射能量值，
PN＝PR+32.5+20lgdN+20lgf+LAN
其中，PN为各网格点的反向辐射能量值；PR为基准观测点测量得到的接收信号能量值；dN为基准观测点至各网格点的距离；f为干扰源信号频率；
步骤3，利用遍历搜索的方法将各网格点的能量向另外的观测点辐射，并计算观测点接收到的辐射能量值，具体包括：
步骤31，将各网格点的能量向观测点1辐射，并利用下式计算观测点1接收到的辐射能量值，
Pr1N＝PN-32.5-20lgdN1-20lgf-LAN1
其中，Pr1N为观测点1接收到的辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dN1为各网格点至观测点1的距离；LAN1为各网格点至观测点1的附加衰减因子；
步骤32，将各网格点的能量向观测点2辐射，并利用下式计算观测点2接收到的辐射能量值，
Pr2N＝PN-32.5-20lgdN2-20lgf-LAN2
其中，Pr2N为观测点2接收到的辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dN2为各网格点至观测点2的距离；LAN2为各网格点至观测点2的附加衰减因子；
步骤33，将各网格点的能量向观测点n辐射，并利用下式计算观测点n接收到的辐射能量值；
PrnN＝PN-32.5-20lgdNn-20lgf-LANn
其中，PrnN为观测点n接收到的第N个网格点辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dNn为各网格点至观测点n的距离；LANn为各网格点至观测点n的附加衰减因子；
步骤4，将各观测点实际测量得到的能量与利用遍历搜索方法辐射得到的能量作最小二乘拟合，将拟合误差最小的网格点确定为干扰源的所在点，具体包括：
利用式
Figure BDA0002227152120000021
计算各观测点的测量值与辐射能量的均方误差，
该式取值最小
Figure BDA0002227152120000022
时对应的第N个网格点即为干扰源的所在点，其中，PRn为观测点n实际测量得到的能量，PrnN为观测点n接收到的第N个网格点辐射能量值。
本发明的有益效果是：
本发明在现有常用接收信号强度指示定位方法(RSSI)的基础上，提出一种基于网格能量搜索的干扰源定位方法，该方法可将关注区域划分成若干网格，网格越小精度越高，同时计算量越大，可在现有RSSI定位方法的基础上大幅度提高定位精度。
本发明提供了一种适用于GNSS干扰源的定位方法，在GNSS受到干扰无法为到达时差定位方法(TDOA)提供准确时间同步信息的情况下，可实现对干扰源的准确定位。该方法采用网格能量搜索的方法，同时考虑了附加衰减因子对链路损耗的影响，具有很高的定位精度，适于在GNSS干扰源定位领域广泛推广应用。
附图说明
图1是接收信号强度指示定位方法(RSSI)的原理示意图；
图2是本发明实施例1所公开方法的干扰源定位场景示意图；
图3是本发明实施例1所公开方法的干扰源定位结果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
近年来，GNSS干扰越来越受到人们的重视，人们在干扰源检测定位技术方面做了大量的工作，主要成果包括到达时差定位方法(TDOA)、测向交汇定位方法和接收信号强度指示定位方法(RSSI)，这些方法在GNSS干扰源定位中得到了广泛的应用。接收信号强度指示定位方法(RSSI)主要是根据电波传播原理，利用接收信号的强度推算干扰辐射源到观测点的距离，然后三个观测点之间的距离交叉位置即为干扰源的位置，其定位原理如图1所示。
实施例1，本实施例在现有常用接收信号强度指示定位方法(RSSI)的基础上，公开了一种基于网格能量遍历搜索的GNSS干扰源定位方法，包括如下步骤：
步骤1，将选定区域划分为若干网格；
步骤2，将任意一个观测点作为基准观测点，依据基准观测点接收信号能量的测量值向各网格点反向辐射能量，从而计算各网格点的反向辐射能量值，具体包括：
步骤21，选取一个基准观测点，根据地理信息系统分析该基准观测点到各网格点的传播特性，传播特性分三类：城市高楼林立区、低矮建筑分布区、无遮挡视距传播区，确定该基准观测点到各网格点的附加衰减因子LAN，附加衰减因子的取值参考分别为10dB、3dB和0dB；
步骤22，利用下式计算基准观测点到各网格点的反向辐射能量值，
PN＝PR+32.5+20lgdN+20lgf+LAN
其中，PN为各网格点的反向辐射能量值；PR为基准观测点测量得到的接收信号能量值；dN为基准观测点至各网格点的距离；f为干扰源信号频率；
步骤3，利用遍历搜索的方法将各网格点的能量向另外的观测点辐射，并计算观测点接收到的辐射能量值，具体包括：
步骤31，将各网格点的能量向观测点1辐射，并利用下式计算观测点1接收到的辐射能量值，
Pr1N＝PN-32.5-20lgdN1-20lgf-LAN1
其中，Pr1N为观测点1接收到的辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dN1为各网格点至观测点1的距离；LAN1为各网格点至观测点1的附加衰减因子；
步骤32，将各网格点的能量向观测点2辐射，并利用下式计算观测点2接收到的辐射能量值，
Pr2N＝PN-32.5-20lgdN2-20lgf-LAN2
其中，Pr2N为观测点2接收到的辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dN2为各网格点至观测点2的距离；LAN2为各网格点至观测点2的附加衰减因子；
步骤33，将各网格点的能量向观测点n辐射，并利用下式计算观测点n接收到的辐射能量值；
PrnN＝PN-32.5-20lgdNn-20lgf-LANn
其中，PrnN为观测点n接收到的第N个网格点辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dNn为各网格点至观测点n的距离；LANn为各网格点至观测点n的附加衰减因子；
步骤4，将各观测点实际测量得到的能量与利用遍历搜索方法辐射得到的能量作最小二乘拟合，将拟合误差最小的网格点确定为干扰源的所在点，具体包括：
利用式
Figure BDA0002227152120000051
计算各观测点的测量值与辐射能量的均方误差，
该式取值最小时对应的第N个网格点即为干扰源的所在点，其中，PRn为观测点n实际测量得到的能量，PrnN为观测点n接收到的第N个网格点辐射能量值。
为了验证本实施例所公开方法在GNSS干扰源定位方面的优越性能，选取三个观测点来定位干扰源，定位场景如图2所示。其中干扰源的坐标为(200，152)，基准观测点的坐标为(10，15)，观测点1的坐标为(400，30)，观测点2的坐标为(250，400)。
定位结果如图3所示，定位误差主要来源于传播的附加衰减因子，由于各个路径的传播附加衰减因子不同，导致定位结果产生误差，传播附加衰减因子可以通过建模和测量的方法获取。本实施例选取的传播附加衰减因子误差在10米以内，经过100次的仿真测试，平均定位误差在5米以内。
综上所述，本实施例所公开基于网格能量遍历搜索的GNSS干扰源定位方法，可以在GNSS受干扰的情况下，实现对干扰源的准确定位，从而为GNSS的广泛使用提供安全保障。

Claims (1)

1.一种基于网格能量遍历搜索的GNSS干扰源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将选定区域划分为若干网格；
步骤2，将任意一个观测点作为基准观测点，依据基准观测点接收信号能量的测量值向各网格点反向辐射能量，从而计算各网格点的反向辐射能量值，具体包括：
步骤21，选取一个基准观测点，根据地理信息系统分析该基准观测点到各网格点的传播特性，传播特性分三类：城市高楼林立区、低矮建筑分布区、无遮挡视距传播区，确定该基准观测点到各网格点的附加衰减因子LAN，附加衰减因子的取值参考分别为10dB、3dB和0dB；
步骤22，利用下式计算基准观测点到各网格点的反向辐射能量值，
PN=PR+32.5+20lgdN+20lgf+LAN
其中，PN为各网格点的反向辐射能量值；PR为基准观测点测量得到的接收信号能量值；dN为基准观测点至各网格点的距离；f为干扰源信号频率；
步骤3，利用遍历搜索的方法将各网格点的能量向另外的观测点辐射，并计算观测点接收到的辐射能量值，具体包括：
步骤31，将各网格点的能量向观测点1辐射，并利用下式计算观测点1接收到的辐射能量值，
Pr1N＝PN-32.5-20lgdN1-20lgf-LAN1
其中，Pr1N为观测点1接收到的辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dN1为各网格点至观测点1的距离；LAN1为各网格点至观测点1的附加衰减因子；
步骤32，将各网格点的能量向观测点2辐射，并利用下式计算观测点2接收到的辐射能量值，
Pr2N＝PN-32.5-20lgdN2-20lgf-LAN2
其中，Pr2N为观测点2接收到的辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dN2为各网格点至观测点2的距离；LAN2为各网格点至观测点2的附加衰减因子；
步骤33，将各网格点的能量向观测点n辐射，并利用下式计算观测点n接收到的辐射能量值；
PrnN＝PN-32.5-20lgdNn-20lgf-LANn
其中，PrnN为观测点n接收到的第N个网格点辐射能量值；PN为各网格点的反向辐射能量值；dNn为各网格点至观测点n的距离；LANn为各网格点至观测点n的附加衰减因子；
步骤4，将各观测点实际测量得到的能量与利用遍历搜索方法辐射得到的能量作最小二乘拟合，将拟合误差最小的网格点确定为干扰源的所在点，具体包括：
利用式
Figure FDA0002227152110000021
计算各观测点的测量值与辐射能量的均方误差，
该式取值最小
Figure FDA0002227152110000022
时对应的第N个网格点即为干扰源的所在点，其中，PRn为观测点n实际测量得到的能量，PrnN为观测点n接收到的第N个网格点辐射能量值。
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