CN111522031B - 针对gnss授时应用的多接收机欺骗检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种针对GNSS授时应用的多接收机欺骗检测方法，包括以下步骤：S1.建立多接收机欺骗干扰检测系统；S2.计算伪距单差测量值；S3.计算伪距单差期望值；S4.确定欺骗干扰检测量；S5.确定检测门限；S6.检测判决，当检测量大于检测门限时，则判定存在欺骗干扰；当检测量小于检测门限时，则判定不存在欺骗干扰。本发明的欺骗干扰方法，检测系统易于实现，两个以上的普通商用级接收机组成的检测系统；计算量小，直接使用接收机伪距测量值完成检测；抗欺骗防护能力强，不仅能有效检测单天线干扰源辐射的欺骗信号，也能有效检测多天线干扰源生成的欺骗信号。

Description

针对GNSS授时应用的多接收机欺骗检测方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种针对GNSS授时应用的多接收机欺骗检测方法。
背景技术
GNSS授时服务具有全天候、高精度等优点，因此广泛应用于电力传输、数字通信网络等需要精确时间同步的重要基础设施，以及银行、股票交易场所等。然而，由于到达地面的GNSS(Global Navigation Satellite System)信号很微弱，导致其很容易受到干扰。不同于阻塞干扰等其他类型干扰，GNSS欺骗干扰的目的不是使目标接收机不能正常工作，而是通过控制目标接收机输出虚假的位置、时间结果，进而控制目标系统。因此欺骗干扰的危害性更大。例如欺骗干扰可以通过拉偏GNSS授时接收机的时间，进而导致电力传输故障或阻塞通信。
因此，学者们提出了许多抗欺骗方法。这些方法主要可以分为三类：(1)加密技术；(2)单接收机自主抗欺骗技术；(3)多天线或多接收机抗欺骗技术。其中第三类方法一般基于欺骗干扰源只有一个发射天线的假设，利用真实信号是空间分布的，而欺骗信号的入射方向一致这一特征，通过监测信号入射方向、监测多接收天线间载波相位的一致性等方法来检测抑制欺骗干扰。与单接收机自主抗欺骗技术相比，这类方法具有更强的抗欺骗性能，但是需要增加额外的硬件，成本较高；而且一些天线阵抗欺骗算法需要校准，算法实现复杂度较高。另外，当欺骗信号由多个天线分别发射时，此类算法将不能有效检测欺骗干扰。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术的不足，针对GNSS(Global NavigationSatellite System)授时应用，提出一种多接收机欺骗检测方法，具体是指一种针对GNSS授时应用的多接收机欺骗检测方法。
本发明的技术方案包括以下步骤：
步骤1：建立多接收机欺骗干扰检测系统；设置M个静止位置已知的GNSS接收机，M≥2，且接收机间的基线长度小于100m。
步骤2：计算伪距单差测量值
Figure GDA0003587873670000021
各个接收机通过处理接收到的卫星导航信号，获得各颗卫星信号到达各个接收机的伪距
Figure GDA0003587873670000022
其中
Figure GDA0003587873670000023
表示接收机m测得的第i颗卫星到达其接收天线的伪距值；选择接收机1为参考接收机，计算得到伪距单差
Figure GDA0003587873670000024
S3：步骤3：计算伪距单差期望值
Figure GDA0003587873670000025
S31)计算第i颗卫星信号的期望入射方向
Figure GDA0003587873670000026
利用参考接收机1的位置r1＝[x1,y1,z1]T和卫星位置si＝[xi,yi,zi]T，其中上标T表示向量转置，信号期望入射方向
Figure GDA0003587873670000027
可由下式计算得到：
Figure GDA0003587873670000028
式中||r1-si||表示计算欧拉距离；
S32)计算伪距单差期望值
Figure GDA0003587873670000031
根据计算得到期望入射方向
Figure GDA0003587873670000032
伪距单差期望值
Figure GDA0003587873670000033
可由下式计算得到：
Figure GDA0003587873670000034
其中dm1表示接收机m到参考接收机1之间的基线长度；γm1表示接收机m到参考接收机1之间的单位矢量；式中
Figure GDA0003587873670000035
表示计算两个向量的内积。
步骤4：确定欺骗干扰检测量T(e)；
Figure GDA0003587873670000036
其中e＝[e2,...,eM]T，
Figure GDA0003587873670000037
表示伪距单差测量值与期望值之间的差值；Qe是e的协方差矩阵。
步骤5：确定检测门限th；检测门限th根据纽曼-皮尔逊准则确定。
步骤6：检测判决，当欺骗干扰检测量T(e)大于检测门限th时，则判定存在欺骗干扰；当欺骗干扰检测量T(e)小于检测门限th时，则判定不存在欺骗干扰。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述多接收机欺骗检测系统包括至少两个GNSS接收机，且接收机静止位置已知，检测系统中接收机间的基线长度小于100m，因此每颗真实卫星信号到达所有接收机的电离层时延和对流层时延相同。另外，由于所有接收机共用一个采样时钟，故所有接收机的钟差相同。
作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，所述的欺骗干扰检测量T(e)由下式确定：
Figure GDA0003587873670000041
其中e＝[e2,...,eM]T，
Figure GDA0003587873670000042
Qe是e的协方差矩阵。
作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，当入射信号为真实信号时，em服从0均值高斯分布，因此检测量T(e)服从自由度为M-1的中心卡方分布；其概率密度函数为：
Figure GDA0003587873670000043
其中，H0表示没有欺骗干扰的条件；x＝T(e)；Γ(·)为伽马函数。
作为本发明的进一步改进，在步骤S5中，根据纽曼-皮尔逊(Neyman-Pearson)准则，检测量的判决门限由下式确定：
Figure GDA0003587873670000044
其中α为虚警概率；f(x|H0)表示T(e)在H0条件下的概率密度函数；th为确定的检测门限。
现有技术相比，本发明具有以下几个优点：(1)检测系统易于实现；两个以上的普通商用级接收机组成的检测系统，即可有效的实施反欺骗防护；(2)计算量小，直接使用接收机伪距测量值完成检测，可以对GNSS授时服务进行实时保护；(3)抗欺骗防护能力强，不仅能有效检测单天线干扰源辐射的欺骗信号，也能有效检测多天线干扰源生成的欺骗信号。
附图说明
图1是本发明方法的方法流程图。
图2是检测系统与入射信号空间分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，但不构成对本发明的限制。
如图1和图2所示，本实施例的针对GNSS授时应用的多接收机欺骗检测方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤；
步骤1：如图2所示，设置至少两个GNSS接收机，接收机静止位置已知，接收机间的基线长度小于100m，因此每颗真实卫星信号到达所有接收机的电离层时延和对流层时延相同。另外，由于所有接收机共用一个采样时钟，故所有接收机的钟差相同；这些接收机共同构成多接收机欺骗干扰检测系统。
步骤2：计算伪距单差测量值
Figure GDA0003587873670000051
根据各个接收机通过处理接收到的卫星导航信号获得各颗卫星信号到达各个接收机的伪距
Figure GDA0003587873670000052
其中
Figure GDA0003587873670000053
表示接收机m测得的第i颗卫星到达其接收天线的伪距值；选择接收机1为参考接收机，可计算得到伪距单差
Figure GDA0003587873670000054
步骤3：计算伪距单差期望值
Figure GDA0003587873670000055
Figure GDA0003587873670000056
其中dm1表示接收机m到参考接收机1之间的基线长度；γm1表示接收机m到参考接收机1之间的单位矢量；式中
Figure GDA0003587873670000061
表示计算两个向量的内积；
Figure GDA0003587873670000062
第i颗卫星信号的期望入射方向，根据参考接收机1的位置r1＝[x1,y1,z1]T和卫星位置si＝[xi,yi,zi]T，信号期望入射方向
Figure GDA0003587873670000063
可由下式计算得到：
Figure GDA0003587873670000064
||·||表示计算欧拉距离。
步骤4：确定欺骗干扰检测量T(e)；
欺骗干扰检测量由误差的平方和来构造，确定的欺骗干扰检测量由下式计算得到：
Figure GDA0003587873670000065
其中e＝[e2,...,eM]T，
Figure GDA0003587873670000066
Qe是e的协方差矩阵。
当入射信号为真实信号时，{em}服从0均值高斯分布，因此检测量T(e)服从自由度为M-1的中心卡方分布，其概率密度函数为：
Figure GDA0003587873670000067
其中，H0表示没有欺骗干扰的条件；x＝T(e)；Γ(·)为伽马函数。
步骤5：确定检测门限th，检测门限th根据纽曼-皮尔逊(Neyman-Pearson)准则确定，其满足的公式为：
Figure GDA0003587873670000068
其中α为没有欺骗干扰的H0条件下的虚警概率。
步骤6：检测判决，当检测量T(e)大于检测门限th时，则判定存在欺骗干扰；当检测量T(e)小于检测门限th时，则判定不存在欺骗干扰。
尽管上面是对本发明具体实施方案的完整描述，但是可以采取各种修改、变体和替换方案。这些等同方案和替换方案被包括在本发明的范围内。因此，本发明的范围不应该被限于所描述的实施方案，而是应该由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.针对GNSS授时服务的多接收机欺骗检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立多接收机欺骗干扰检测系统；设置M个静止位置已知的GNSS接收机，M≥2，且接收机间的基线长度小于100m；
步骤2：计算伪距单差测量值
Figure FDA0003587873660000011
各个接收机通过处理接收到的卫星导航信号，获得各颗卫星信号到达各个接收机的伪距
Figure FDA0003587873660000012
其中
Figure FDA0003587873660000013
表示接收机m测得的第i颗卫星到达其接收天线的伪距值；选择接收机1为参考接收机，计算得到伪距单差
Figure FDA0003587873660000014
步骤3：计算伪距单差期望值
Figure FDA0003587873660000015
S31)计算第i颗卫星信号的期望入射方向
Figure FDA0003587873660000016
利用参考接收机1的位置r1＝[x1,y1,z1]T和卫星位置si＝[xi,yi,zi]T，其中上标T表示向量转置，信号期望入射方向
Figure FDA0003587873660000017
可由下式计算得到：
Figure FDA0003587873660000018
式中||r1-si||表示计算欧拉距离；
S32)计算伪距单差期望值
Figure FDA0003587873660000019
根据计算得到期望入射方向
Figure FDA00035878736600000110
伪距单差期望值
Figure FDA00035878736600000111
可由下式计算得到：
Figure FDA00035878736600000112
其中dm1表示接收机m到参考接收机1之间的基线长度；γm1表示接收机m到参考接收机1之间的单位矢量；式中
Figure FDA0003587873660000021
表示计算两个向量的内积；
步骤4：确定欺骗干扰检测量T(e)；
Figure FDA0003587873660000022
其中e＝[e2,...,eM]T，
Figure FDA0003587873660000023
表示伪距单差测量值与期望值之间的差值；Qe是e的协方差矩阵；
步骤5：确定检测门限th；检测门限th根据纽曼-皮尔逊准则确定；
步骤6：检测判决，当欺骗干扰检测量T(e)大于检测门限th时，则判定存在欺骗干扰；当欺骗干扰检测量T(e)小于检测门限th时，则判定不存在欺骗干扰。
2.根据权利要求1所述的针对GNSS授时服务的多接收机欺骗检测方法，其特征在于，在步骤1所述的多接收机欺骗干扰检测系统中，所有接收机共用一个采样时钟，使得所有接收机的钟差相同。
3.根据权利要求1所述的针对GNSS授时服务的多接收机欺骗检测方法，其特征在于，所述的步骤4中，当入射信号为真实信号时，em服从0均值高斯分布，因此检测量T(e)服从自由度为M-1的中心卡方分布，其概率密度函数为：
Figure FDA0003587873660000024
其中，H0表示没有欺骗干扰的条件；x＝T(e)；Γ(·)为伽马函数。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111880199B (zh) * 2020-09-08 2023-06-30 中国民用航空飞行学院 一种用于机场终端区域的gnss诱骗干扰信号检测方法
CN112882068B (zh) * 2020-12-24 2022-11-04 北京理工大学 基于多接收机的gnss抗欺骗干扰方法
CN113109844B (zh) * 2021-04-15 2022-05-17 中国人民解放军63812部队 基于直线型天线阵的欺骗信号检测方法及装置
CN113640840A (zh) * 2021-06-30 2021-11-12 湖南天熠电子科技有限公司 一种基于天线阵的非压制gnss欺骗干扰检测抑制方法
CN113721267B (zh) * 2021-09-01 2024-04-12 航天科工通信技术研究院有限责任公司 一种基于双接收机载波相位差分的gnss欺骗干扰检测方法
CN114280400A (zh) * 2021-12-23 2022-04-05 广东稳峰电力科技有限公司 变电站输电线路坐标转换设计方法、装置及系统
CN114422068B (zh) * 2021-12-30 2024-03-29 北京无线电计量测试研究所 一种定时抗干扰方法及装置
CN115166784B (zh) * 2022-09-07 2022-12-13 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种欺骗式干扰检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106842238A (zh) * 2017-01-19 2017-06-13 中国民航大学 基于扩展raim的卫星导航欺骗干扰抑制方法
JP2018031744A (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 富士通株式会社 欺瞞検知プログラム、欺瞞検知方法及び欺瞞検知装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808581A (en) * 1995-12-07 1998-09-15 Trimble Navigation Limited Fault detection and exclusion method for navigation satellite receivers
CN102353970B (zh) * 2011-06-10 2013-06-12 北京航空航天大学 一种高抗干扰性能gps/sins组合导航系统及实现方法
CN104793220A (zh) * 2015-05-04 2015-07-22 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于多天线的欺骗干扰检测方法
FR3038390B1 (fr) * 2015-07-03 2019-09-20 Thales Procede de localisation d'une source de brouillage de signaux d'un systeme de navigation par satellites et systeme associe
CN105158774A (zh) * 2015-07-20 2015-12-16 国家电网公司 一种卫星导航授时型接收机反欺骗方法
CN105717492B (zh) * 2016-01-27 2017-12-29 中国人民解放军国防科学技术大学 一种基于双接收机的gnss抗欺骗方法
CN105607092B (zh) * 2016-01-27 2017-10-31 中国人民解放军国防科学技术大学 基于tdoa和功率测量值的gnss欺骗干扰定位方法
CN106291639B (zh) * 2016-08-31 2019-11-26 和芯星通科技(北京)有限公司 一种gnss接收机实现定位的方法及装置
JP6853530B2 (ja) * 2016-12-26 2021-03-31 国立研究開発法人情報通信研究機構 無人航空機の現在位置検知システム、無人航空機
CN110058270B (zh) * 2019-05-27 2020-10-27 中国人民解放军国防科技大学 一种基于钟差拟合的导航欺骗信号产生方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018031744A (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 富士通株式会社 欺瞞検知プログラム、欺瞞検知方法及び欺瞞検知装置
CN106842238A (zh) * 2017-01-19 2017-06-13 中国民航大学 基于扩展raim的卫星导航欺骗干扰抑制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Using the Receiver Clock Offset Abnormal to Prove the Existence of Spoofing Signal》;K. Liu, W. Wu and Z. Wu;《2018 37th Chinese Control Conference (CCC)》;20181008;4592-4596 *

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