CN110988922A - 一种基于ads-b的三维椭球交叉gnss干扰源定位方法 - Google Patents

一种基于ads-b的三维椭球交叉gnss干扰源定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110988922A
CN110988922A CN201910996596.8A CN201910996596A CN110988922A CN 110988922 A CN110988922 A CN 110988922A CN 201910996596 A CN201910996596 A CN 201910996596A CN 110988922 A CN110988922 A CN 110988922A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ads
equation
point
interference source
lost
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910996596.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110988922B (zh
Inventor
靳睿敏
甄卫民
陈奇东
韩超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Institute of Radio Wave Propagation CETC 22 Research Institute
Original Assignee
China Institute of Radio Wave Propagation CETC 22 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Institute of Radio Wave Propagation CETC 22 Research Institute filed Critical China Institute of Radio Wave Propagation CETC 22 Research Institute
Priority to CN201910996596.8A priority Critical patent/CN110988922B/zh
Publication of CN110988922A publication Critical patent/CN110988922A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110988922B publication Critical patent/CN110988922B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/21—Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于ADS‑B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法，包括如下步骤：步骤1：获取ADS‑B接收机的所有飞机的ADS‑B数据信息；步骤2：搜索ADS‑B数据信息中有位置信息丢失的航线；步骤3：分析每条位置信息丢失航线的位置丢失点和位置重获取点；步骤4，利用线性化降维及最小二乘法实现三维椭球GNSS干扰源定位。本发明所公开基于ADS‑B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法，利用机场逐步推广的ADS‑B（广播式自动相关监视）系统中的GNSS信息，不需要增加额外设备以及传输链路，成本低、易实现，为大范围的GNSS干扰源定位提供可能。

Description

一种基于ADS-B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法
技术领域
本发明属于GNSS电磁干扰定位技术领域，特别涉及该领域中的一种基于ADS-B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS)的应用十分广泛，小至个人的使用，大到国家关键基础设施的应用。但是GNSS信号到达地面的功率很低，同时民用信号的格式是公开的，因此极易受到各种无意和人为故意干扰的影响，很小的干扰也会对GNSS定位和授时的精度造成影响。
近些年来GNSS干扰引起了国际的广泛关注，及时发现GNSS干扰源并排除掉干扰源，才能够保障GNSS在各个方面应用的性能。人们对GNSS干扰源定位做了大量的研究，目前常用的GNSS干扰源定位方法包括到达时差(TDOA)定位、测向交汇定位、到达频率差定位技术等。这些技术都需要布设专用设备才能够实现，但是很小的GNSS干扰源就能够影响到GNSS，要对很小的GNSS干扰源进行定位，需要比较密集的布设专用设备，布设费用十分昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种成本低、易实现的基于ADS-B的三维椭球交叉 GNSS干扰源定位方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于ADS-B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
步骤1：获取ADS-B接收机的所有飞机的ADS-B数据信息；
步骤2：搜索ADS-B数据信息中有位置信息丢失的航线；
步骤3：分析每条位置信息丢失航线的位置丢失点和位置重获取点；
步骤4，利用线性化降维及最小二乘法实现三维椭球GNSS干扰源定位：
对于第k条有位置丢失点和重获取点的航线，建立以下方程：
Figure RE-GDA0002385623080000011
其中，xJ、yJ、zJ分别为干扰源的三维坐标，xLk、yLk、zLk分别为第k条有位置丢失点和重捕获点航线的位置丢失点的三维坐标，xRk、yRk、zRk分别为第k条有位置丢失点和重捕获点航线的位置重获取点的三维坐标；
步骤51：对方程(1)进行去根号，可得：
Figure RE-GDA0002385623080000021
步骤52：对方程(2)进行线性化降维，记：
Figure RE-GDA0002385623080000022
通过寻找GNSS干扰源的初始位置(xJ,0,yJ,0,zJ,0)开始线性化，更新的干扰源的坐标为：
Figure RE-GDA0002385623080000023
其中，ΔxJ1、ΔyJ1、ΔzJ1为增量，f(xJ,1,yJ,1,zJ,1)的泰勒展开式为：
Figure RE-GDA0002385623080000024
经过这种变化后，就实现了方程(2)的线性化方程：
Figure RE-GDA0002385623080000025
步骤53：对于每一条有位置丢失点和重捕获点航线的位置丢失点的航线，都可以建立方程(6)，当多于三条及三条以上这样的航线时，可建立求解干扰源位置的方程组：
Figure RE-GDA0002385623080000026
对于该方程组，采用最小二乘进行求解，最小二乘是给出一个无解的方程Ax＝b，A有m行和n列，m>n；其中观测值b1,...,bm的个数大于求解参数的个数，称之为最优解
Figure RE-GDA0002385623080000031
应使误差向量
Figure RE-GDA0002385623080000032
的长度最小，则等价于使得||e||2＝(b-Ax)T(b-Ax)最小，最小化该二次方程得到：
Figure RE-GDA0002385623080000033
采用最小二乘可求得方程组(7)的解ΔxJ1、ΔyJ1、ΔzJ1；
步骤54：求得ΔxJ1、ΔyJ1、ΔzJ1后，可由方程(4)求得干扰源的新位置，将该新位置作为新的初始位置(xJ,0,yJ,0,zJ,0)，从方程(5)到方程(7)循环计算，直到增量ΔxJ1、ΔyJ1、ΔzJ1收敛到设定阈值为止。
本发明的有益效果是：
本发明所公开基于ADS-B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法，利用机场逐步推广的 ADS-B(广播式自动相关监视)系统中的GNSS信息，不需要增加额外设备以及传输链路，成本低、易实现，为大范围的GNSS干扰源定位提供可能。采用ADS-B接收机接收的飞机数据，基于有位置丢失和位置重获取的航线中的位置丢失点和位置重获取点，结合传播模型，能够给出较为准确的干扰源位置，为干扰源的精确查找及排除提供位置参考。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开方法的流程示意图；
图2是ADS-B信息中提取的受GNSS干扰影响的航线示意图；
图3是某一条受GNSS干扰影响的航线所确定干扰源的椭球示意图；
图4是基于ADS-B的三维椭球交叉GNSS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。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种基于ADS-B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法，包括如下步骤：
步骤1：获取ADS-B接收机的所有飞机的ADS-B数据信息；
步骤2：搜索ADS-B数据信息中有位置信息丢失的航线；
步骤3：分析每条位置信息丢失航线的位置丢失点和位置重获取点；
步骤4，利用线性化降维及最小二乘法实现三维椭球GNSS干扰源定位：
对于第k条有位置丢失点和重获取点的航线，建立以下方程：
Figure RE-GDA0002385623080000041
其中，xJ、yJ、zJ分别为干扰源的三维坐标，xLk、yLk、zLk分别为第k条有位置丢失点和重捕获点航线的位置丢失点的三维坐标，xRk、yRk、zRk分别为第k条有位置丢失点和重捕获点航线的位置重获取点的三维坐标；
步骤51：对方程(1)进行去根号，可得：
Figure RE-GDA0002385623080000042
步骤52：对方程(2)进行线性化降维，记：
Figure RE-GDA0002385623080000043
通过寻找GNSS干扰源的初始位置(xJ,0,yJ,0,zJ,0)开始线性化，更新的干扰源的坐标为：
Figure RE-GDA0002385623080000044
其中，ΔxJ1、ΔyJ1、ΔzJ1为增量，f(xJ,1,yJ,1,zJ,1)的泰勒展开式为：
Figure RE-GDA0002385623080000045
经过这种变化后，就实现了方程(2)的线性化方程：
Figure RE-GDA0002385623080000046
步骤53：对于每一条有位置丢失点和重捕获点航线的位置丢失点的航线，都可以建立方程(6)，当多于三条及三条以上这样的航线时，可建立求解干扰源位置的方程组：
Figure RE-GDA0002385623080000051
对于该方程组，采用最小二乘进行求解，最小二乘是给出一个无解的方程Ax＝b，A有m行和n列，m>n；其中观测值b1,...,bm的个数大于求解参数的个数，称之为最优解
Figure RE-GDA0002385623080000052
应使误差向量
Figure RE-GDA0002385623080000053
的长度最小，则等价于使得||e||2＝(b-Ax)T(b-Ax)最小，最小化该二次方程得到：
Figure RE-GDA0002385623080000054
采用最小二乘可求得方程组(7)的解ΔxJ1、ΔyJ1、ΔzJ1；
步骤54：求得ΔxJ1、ΔyJ1、ΔzJ1后，可由方程(4)求得干扰源的新位置，将该新位置作为新的初始位置(xJ,0,yJ,0,zJ,0)，从方程(5)到方程(7)循环计算，直到增量ΔxJ1、ΔyJ1、ΔzJ1收敛到设定阈值为止。
图2是ADS-B信息中提取的受GNSS干扰影响的航线示意图；图3是某一条受GNSS 干扰影响的航线所确定干扰源的椭球示意图。
如图4所示，为了验证该方法在GNSS干扰源定位方面的性能，本实施例选取了10条航线进行仿真验证，其中干扰源的坐标为(20km，20km，0km)，干扰源的功率为30dBm，随机生成10条航线，加入1dBm的随机误差，生成各航线的位置丢失点和位置重获取点，经过计算影响的范围为50km，采用本实施例提供的方法对干扰源进行定位，经过100次仿真测试，定位干扰源的平均位置为(19.9999km，19.9999km，-0.1007km)，定位误差为100.6890m。
综上所述，本实施例提供的基于ADS-B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法，可以实现干扰源的较准确定位，为干扰源的进一步排查和确认提供参考，对大范围GNSS干扰源的检测定位具有重要价值。

Claims (1)

1.一种基于ADS-B的三维椭球交叉GNSS干扰源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：获取ADS-B接收机的所有飞机的ADS-B数据信息；
步骤2：搜索ADS-B数据信息中有位置信息丢失的航线；
步骤3：分析每条位置信息丢失航线的位置丢失点和位置重获取点；
步骤4，利用线性化降维及最小二乘法实现三维椭球GNSS干扰源定位：
对于第k条有位置丢失点和重获取点的航线，建立以下方程：
Figure FDA0002239916390000011
其中，xJ、yJ、zJ分别为干扰源的三维坐标，xLk、yLk、zLk分别为第k条有位置丢失点和重捕获点航线的位置丢失点的三维坐标，xRk、yRk、zRk分别为第k条有位置丢失点和重捕获点航线的位置重获取点的三维坐标；
步骤51：对方程(1)进行去根号，可得：
Figure FDA0002239916390000012
步骤52：对方程(2)进行线性化降维，记：
Figure FDA0002239916390000013
通过寻找GNSS干扰源的初始位置(xJ,0,yJ,0,zJ,0)开始线性化，更新的干扰源的坐标为：
Figure FDA0002239916390000014
其中，△xJ1、△yJ1、△zJ1为增量，f(xJ,1,yJ,1,zJ,1)的泰勒展开式为：
Figure FDA0002239916390000015
经过这种变化后，就实现了方程(2)的线性化方程：
Figure FDA0002239916390000016
步骤53：对于每一条有位置丢失点和重捕获点航线的位置丢失点的航线，都可以建立方程(6)，当多于三条及三条以上这样的航线时，可建立求解干扰源位置的方程组：
Figure FDA0002239916390000021
对于该方程组，采用最小二乘进行求解，最小二乘是给出一个无解的方程Ax＝b，A有m行和n列，m>n；其中观测值b1,...,bm的个数大于求解参数的个数，称之为最优解
Figure FDA0002239916390000022
应使误差向量
Figure FDA0002239916390000023
的长度最小，则等价于使得||e||2＝(b-Ax)T(b-Ax)最小，最小化该二次方程得到：
Figure FDA0002239916390000024
采用最小二乘可求得方程组(7)的解△xJ1、△yJ1、△zJ1；
步骤54：求得△xJ1、△yJ1、△zJ1后，可由方程(4)求得干扰源的新位置，将该新位置作为新的初始位置(xJ,0,yJ,0,zJ,0)，从方程(5)到方程(7)循环计算，直到增量△xJ1、△yJ1、△zJ1收敛到设定阈值为止。
CN201910996596.8A 2019-10-19 2019-10-19 一种基于ads-b的三维椭球交叉gnss干扰源定位方法 Active CN110988922B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910996596.8A CN110988922B (zh) 2019-10-19 2019-10-19 一种基于ads-b的三维椭球交叉gnss干扰源定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910996596.8A CN110988922B (zh) 2019-10-19 2019-10-19 一种基于ads-b的三维椭球交叉gnss干扰源定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110988922A true CN110988922A (zh) 2020-04-10
CN110988922B CN110988922B (zh) 2021-09-17

Family

ID=70082176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910996596.8A Active CN110988922B (zh) 2019-10-19 2019-10-19 一种基于ads-b的三维椭球交叉gnss干扰源定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110988922B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112558113A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） 一种利用ads-b的基于网格概率遍历的gnss干扰源定位方法
CN113568010A (zh) * 2021-08-31 2021-10-29 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于星载ads-b的干扰定位方法
CN113759392A (zh) * 2021-08-23 2021-12-07 中国民航大学 基于飞行大数据的鲁棒gnss干扰源定位方法
CN115480271A (zh) * 2022-09-13 2022-12-16 北京邮电大学 Gps干扰源定位方法、装置、电子设备和可读存储介质

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103024894A (zh) * 2011-09-21 2013-04-03 华为技术有限公司 多基站干扰源定位方法及设备
EP2846174A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-11 MBDA UK Limited Geo-location of Jamming Signals
CN104570022A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京理工雷科电子信息技术有限公司 一种基于dsp的多系统兼容gnss接收机及其接收系统
CN205607406U (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 怀化市东成电子有限公司 一种具有陀螺仪和加速度计的车载定位终端
CN106959453A (zh) * 2017-05-18 2017-07-18 北京理工大学 一种用于辅助任务无人机获取卫星信号的辅助无人机
CN109471061A (zh) * 2018-09-18 2019-03-15 宁波大学 一种鲁棒处理模型参数误差的接收信号强度差定位方法
CN109541538A (zh) * 2018-12-12 2019-03-29 华东理工大学 基于机会参考源实现分布式ads-b无源定位防欺骗功能的方法
CN109581425A (zh) * 2018-12-29 2019-04-05 南京天际易达通信技术有限公司 一种基于多接收机的卫星导航欺骗信号检测方法
CN109633695A (zh) * 2019-01-10 2019-04-16 浙江大学 一种无人机对卫导干扰机的主动定位方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103024894A (zh) * 2011-09-21 2013-04-03 华为技术有限公司 多基站干扰源定位方法及设备
EP2846174A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-11 MBDA UK Limited Geo-location of Jamming Signals
CN104570022A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京理工雷科电子信息技术有限公司 一种基于dsp的多系统兼容gnss接收机及其接收系统
CN205607406U (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 怀化市东成电子有限公司 一种具有陀螺仪和加速度计的车载定位终端
CN106959453A (zh) * 2017-05-18 2017-07-18 北京理工大学 一种用于辅助任务无人机获取卫星信号的辅助无人机
CN109471061A (zh) * 2018-09-18 2019-03-15 宁波大学 一种鲁棒处理模型参数误差的接收信号强度差定位方法
CN109541538A (zh) * 2018-12-12 2019-03-29 华东理工大学 基于机会参考源实现分布式ads-b无源定位防欺骗功能的方法
CN109581425A (zh) * 2018-12-29 2019-04-05 南京天际易达通信技术有限公司 一种基于多接收机的卫星导航欺骗信号检测方法
CN109633695A (zh) * 2019-01-10 2019-04-16 浙江大学 一种无人机对卫导干扰机的主动定位方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDREW G. DEMPSTER, ET AL: "Interference Localization for Satellite Navigation Systems", 《PROCEEDINGS OF THE IEEE》 *
PETR JONÁŠ*,ET AL: "Detection and Localization of GNSS Radio Interference using ADS-B Data", 《INTERNATIONAL CONFERENCE ON MILITARY TECHNOLOGIES (ICMT) 2019》 *
刘睿等: "一种网格化的GNSS干扰源定位方法研究", 《全球定位系统》 *
夏涛: "空管设备电磁干扰源定位算法研究", 《交通世界》 *
王胜等: "干扰信号强度补偿的传感器网络干扰源定位", 《传感器与微系统》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112558113A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） 一种利用ads-b的基于网格概率遍历的gnss干扰源定位方法
CN113759392A (zh) * 2021-08-23 2021-12-07 中国民航大学 基于飞行大数据的鲁棒gnss干扰源定位方法
CN113759392B (zh) * 2021-08-23 2023-08-18 中国民航大学 基于飞行大数据的鲁棒gnss干扰源定位方法
CN113568010A (zh) * 2021-08-31 2021-10-29 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于星载ads-b的干扰定位方法
CN113568010B (zh) * 2021-08-31 2024-03-26 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于星载ads-b的干扰定位方法
CN115480271A (zh) * 2022-09-13 2022-12-16 北京邮电大学 Gps干扰源定位方法、装置、电子设备和可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN110988922B (zh) 2021-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110988922B (zh) 一种基于ads-b的三维椭球交叉gnss干扰源定位方法
CN106886039B (zh) 基于城市三维地图的地面数字电视广播与导航卫星混合粒子滤波定位方法
CN102427602B (zh) 稀疏直接定位方法
CN110673087B (zh) 基于ads-b广播信号飞机航路监测方法、装置及计算机存储介质
CN110988929B (zh) 电离层影响下的gbas系统性能评估方法及装置
CN107607907B (zh) 一种基于天基随机无线电信号的定位导航系统
CN113740882B (zh) 利用qar/ads-b数据基于到达功率差的稳健gnss干扰源定位方法
CN107026674A (zh) 一种th/ds‑cdma导航信号的跳时图案匹配方法
Tobie et al. Hybrid navigation filters performances between GPS, Galileo and 5G TOA measurements in multipath environment
Yoon et al. Validation of ionospheric spatial decorrelation observed during equatorial plasma bubble events
Wan et al. Time delay estimation of co-frequency signals in TDOA localization based on WSN
CN117031519A (zh) 一种多目标三维协同定位方法及系统
Xu et al. Assimilation of high frequency radar data into a shelf sea circulation model
CN112558113A (zh) 一种利用ads-b的基于网格概率遍历的gnss干扰源定位方法
Vicenzo et al. Experimental Investigation of GNSS Direct Position Estimation in Densely Urban Area
Jan et al. Evaluation of positioning algorithms for wide area multilateration based alternative positioning navigation and timing (APNT) using 1090 MHz ADS-B signals
CN113759392B (zh) 基于飞行大数据的鲁棒gnss干扰源定位方法
Thevenon et al. Pseudo-range measurements using OFDM channel estimation
CN113740885B (zh) 基于网络差分定位服务的基站和卫星故障模拟系统
Chu et al. Multi-receiver direct position estimation tested on a full-scale fixed-wing aircraft
Lee et al. Generation of Klobuchar coefficients for ionospheric error simulation
Wang et al. GBAS ionosphere monitoring and assessment based on GPS data in beijing area
CN110082800B (zh) 一种差分定位方法
Guanli et al. New algorithms on the solution to drifting problem of GPS positioning
Seo et al. Evaluation of deep signal fading effects due to ionospheric scintillation on GPS aviation receivers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant