CN111913195A - 基于陆基无线电导航信息的gps接收机抗欺骗干扰处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，该方法包括：步骤一，获取卫星位置、卫星速度、GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率；步骤二，获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率；步骤三，进行突变欺骗干扰卫星检测，并根据突变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理以获取剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星；步骤四，进行缓变欺骗干扰卫星检测，并根据缓变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理获取剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中传感器辅助GPS抗欺骗干扰处理方法可靠性和精度不足的技术问题。

Description

基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法

技术领域

本发明涉及导航信息处理技术领域，尤其涉及一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法。

背景技术

针对GPS接收机的欺骗式干扰类型众多，按照欺骗干扰随时间的变化快慢，可分为突变干扰和缓变干扰。突变欺骗干扰信号引起的故障特征表现较为明显，而缓变欺骗干扰可在不引起故障的情况下隐蔽实施，会引起GPS原始观测量或定位结果异常，从而对组合导航系统造成严重危害。

目前，针对GPS欺骗信号的检测和抑制的方法较多，主要分为无外界传感器辅助和有外界传感器辅助两种类型。无外界传感器辅助方法通过GPS接收机自主识别，利用接收信号功率、信号到达角、信号到达时、信号极化方式、观测量完好性等检测方法，识别和剔除欺骗式干扰。其特点是不依赖与外界信息，算法通常较为复杂，因无参考量而检测误警、漏警概率大。其中最常用的方法是GPS接收机自主完好性检测方法。该方法利用冗余的观测量检测并排除因被欺骗而表现为故障的卫星。但这种方法有时可能会失效，比如欺骗者与真实信号完全同步或者全部的真实信号都被干扰，使其无法与测量值进行比较。有外界传感器辅助方法是通过多传感器辅助GPS技术，可采用滤波、遗传以及自适应控制等估计算法，对GPS接收机接收到的导航信息进行检测、评估和修正。其抗欺骗干扰能力与传感器信息的准确性、可靠性以及连续性有关。最常用的是利用高可靠的纯惯性信息辅助，但纯惯性位置、速度会随时间发散，而一些GPS欺骗信号也能够引起GPS原始观测量或定位信息发散。因其信息准确性与时间相关，使得利用纯惯性信息对抗GPS欺骗信号存在较大难点，需要寻找一种高可靠性、高精度的传感器辅助GPS抗欺骗干扰。

近年来，陆基无线电导航再次引起关注，各大国重启了新一代陆基无线电导航系统的研制与建设。利用载体上的陆基无线电接收机接收地面站发射的无线电信号，接收机通过处理接收的信号来获得载体的实时导航参量。该系统的主要优点如下：(1)不受时间、天候的限制；(2)测量定位数据更新率高，甚至可以连续地、实时地定位；(3)定位精度不随时间漂移；(4)地面站采用大功率发射机，并配备有完善的地面监测站，具有极高的可靠性；(5)用户设备简单、价格低廉；(6)保密性好。目前，陆基无线电导航系统的导航精度不断提升，陆基无线电与GPS共存已成为载体的常用组合导航方式，但未公开有利用陆基无线电辅助GPS抗欺骗式干扰的研究。

发明内容

本发明提供了一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，能够解决现有技术中传感器辅助GPS抗欺骗干扰处理方法可靠性和精度不足的技术问题。

本发明提供了一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，该基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法包括：步骤一，GPS接收机根据GPS卫星参数获取卫星位置、卫星速度、GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率；步骤二，陆基无线电接收机根据陆基无线电导航参数、卫星位置和卫星速度获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率；步骤三，根据GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星检测，并根据突变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理以获取剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星；步骤四，根据剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行缓变欺骗干扰卫星检测，并根据缓变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理获取剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

进一步地，步骤二具体包括：根据

分别获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率，其中，ρ_ld,i和

分别为第i颗卫星的陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率，X^sat,i、Y^sat,i和Z^sat,i分别为第i颗卫星在X、Y和Z轴的位置，VX^sat,i、VY^sat,i和VZ^sat,i分别为第i颗卫星在X、Y和Z轴的速度，X_lb、Y_lb和Z_lb分别为陆基无线电导航输出的在X、Y和Z轴的位置，VX_lb、VY_lb和VZ_lb分别为陆基无线电导航输出的在X、Y和Z轴的速度，i＝1,2,...,n，n是GPS接收机捕获跟踪的卫星总数。

进一步地，步骤三具体包括：(3.1)根据GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星残差单差检测，并根据突变欺骗干扰卫星残差单差检测的结果进行剔星处理以获取第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星；(3.2)根据第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星残差双差检测，并根据突变欺骗干扰卫星残差双差检测的结果进行剔星处理以获取第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。

进一步地，步骤(3.1)具体包括：根据

分别获取卫星伪距残差单差和卫星伪距率残差单差，其中，Δρ_si和

分别为第i颗卫星的卫星伪距残差单差和卫星伪距率残差单差，ρ_gps,i和

分别为第i颗卫星的GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率；分别根据卫星伪距残差单差Δρ_si和卫星伪距率残差单差

剔除卫星伪距残差单差Δρ_si大于设定卫星伪距单差检测门限或者卫星伪距率残差单差

大于设定卫星伪距率单差检测门限的卫星以获取第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。

进一步地，步骤(3.2)具体包括：根据

分别获取卫星伪距残差双差和卫星伪距率残差双差，其中，Δρ_dj和

分别为第j颗卫星的卫星伪距残差双差和卫星伪距率残差双差，j＝2,3,...,m，m是第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，m≤n；分别根据卫星伪距残差双差Δρ_dj和卫星伪距率残差双差

剔除卫星伪距残差双差Δρ_dj大于设定卫星伪距双差检测门限或者卫星伪距率残差双差

大于设定卫星伪距率双差检测门限的卫星以获取第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。

进一步地，步骤四具体包括：(4.1)根据第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率获取卫星伪距残差和卫星伪距率残差；(4.2)根据卫星伪距残差获取卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差，根据卫星伪距率残差获取卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差；(4.3)根据卫星伪距残差、卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差构建伪距欺骗检测函数，根据卫星伪距率残差、卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差构建伪距率欺骗检测函数；分别根据伪距欺骗检测函数和伪距率欺骗检测函数剔除伪距欺骗检测函数大于或等于设定伪距残差检测阈值或者伪距率欺骗检测函数大于或等于设定伪距率残差检测阈值的卫星以获取第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星；(4.4)分别根据第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的卫星伪距残差和卫星伪距率残差获取设定欺骗干扰识别伪距残差阈值和设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值；(4.5)分别根据第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的卫星伪距残差和卫星伪距率残差剔除伪距残差大于或等于设定欺骗干扰识别伪距残差阈值或者伪距率残差大于或等于设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值的卫星获取第二次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

进一步地，步骤(4.1)具体包括：根据Δρ_k＝|ρ_gps,k-ρ_ld,k|获取卫星伪距残差，其中，Δρ_k为第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星中第k颗卫星的卫星伪距残差，k＝1,2,...,p，p为第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，p≤m；根据

获取卫星伪距率残差，其中，

为第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星中第k颗卫星的卫星伪距率残差。

进一步地，步骤(4.2)具体包括：根据

分别获取卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差，其中，

为p颗卫星的卫星伪距残差均值，σ_V为p颗卫星的卫星伪距残差标准差；根据

分别获取卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差，其中，

为p颗卫星的卫星伪距率残差均值，

为p颗卫星的卫星伪距率残差标准差。

进一步地，步骤(4.3)具体包括：根据

构建伪距欺骗检测函数，其中，Q_V,k为第k颗卫星的伪距欺骗检测函数；根据

构建伪距率欺骗检测函数，其中，

为第k颗卫星的伪距率欺骗检测函数；分别根据伪距欺骗检测函数Q_V,k和伪距率欺骗检测函数

剔除伪距欺骗检测函数Q_V,k大于或等于设定伪距残差检测阈值或者伪距率欺骗检测函数

大于或等于设定伪距率残差检测阈值的卫星以获取第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星。

进一步地，步骤(4.4)具体包括：将第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的伪距残差按从大到小进行排序以获取卫星伪距残差序列V＝[Δρ₁ Δρ₂ … Δρ_l … Δρ_q]，将第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的伪距率残差按从大到小进行排序以获取卫星伪距率残差序列

其中，Δρ_l和

分别为第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星中第l颗卫星的伪距残差和伪距率残差，l＝1,2,...,q，q为第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，q≤p；以h个伪距残差为一组对卫星伪距残差序列V从前向后进行滑动均方根求解以获取q-h+1个卫星伪距残差滑动均方根值，根据q-h+1个卫星伪距残差滑动均方根值获取最小卫星伪距残差滑动均方根值对应的h个伪距残差的伪距残差平均值V_T，将伪距残差平均值V_T用作设定欺骗干扰识别伪距残差阈值；以h个伪距率残差为一组对卫星伪距率残差序列

从前向后进行滑动均方根求解以获取q-h+1个卫星伪距率残差滑动均方根值，根据q-h+1个卫星伪距率残差滑动均方根值获取最小卫星伪距率残差滑动均方根值对应的h个伪距率残差的伪距率残差平均值

将伪距率残差平均值

用作设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值，3≤h＜q。

应用本发明的技术方案，提供了一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，该GPS接收机抗欺骗干扰处理方法通过采用陆基无线电导航信息辅助GPS接收机先后进行突变欺骗干扰卫星检测及剔星处理和缓变欺骗干扰卫星检测及剔星处理以完成GPS抗欺骗干扰处理，解决了GPS欺骗信号与真实信号完全同步或者全部的真实信号都被干扰的问题，有效提高了GPS接收机定位的稳定性和可靠性。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中传感器辅助GPS抗欺骗干扰处理方法可靠性和精度不足的技术问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的卫星伪距残差双差计算示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，该基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法包括：步骤一，GPS接收机根据GPS卫星参数获取卫星位置、卫星速度、GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率；步骤二，陆基无线电接收机根据陆基无线电导航参数、卫星位置和卫星速度获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率；步骤三，根据GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星检测，并根据突变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理以获取剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星；步骤四，根据剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行缓变欺骗干扰卫星检测，并根据缓变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理获取剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

应用此种配置方式，提供了一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，该GPS接收机抗欺骗干扰处理方法通过采用陆基无线电导航信息辅助GPS接收机先后进行突变欺骗干扰卫星检测及剔星处理和缓变欺骗干扰卫星检测及剔星处理以完成GPS抗欺骗干扰处理，解决了GPS欺骗信号与真实信号完全同步或者全部的真实信号都被干扰的问题，有效提高了GPS接收机定位的稳定性和可靠性。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中传感器辅助GPS抗欺骗干扰处理方法可靠性和精度不足的技术问题。

进一步地，在本发明中，为了实现基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理，首先GPS接收机根据GPS卫星参数获取卫星位置、卫星速度、GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率。

作为本发明的一个具体实施例，GPS接收机通过GPS卫星接收天线依次完成GPS卫星捕获、跟踪、位同步和帧同步后获取GPS卫星参数，GPS卫星参数包括各颗GPS卫星的发射时刻、星历和同步参数，利用各颗GPS卫星的发射时刻和星历计算获得卫星位置和卫星速度，并利用同步参数计算GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率。

此外，在本发明中，在获取卫星位置、卫星速度、GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率后，陆基无线电接收机根据陆基无线电导航参数、卫星位置和卫星速度获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率。本发明将陆基无线电导航信息分解为能够有效辅助检测GPS欺骗信号的观测量，考虑到陆基无线电接收机不受伪距误差或欺骗信号的影响，认为这些观测量为高可靠的，因而理论上，利用这些观测量可以对不同欺骗信号进行有效检测。

作为本发明的一个具体实施例，陆基无线电接收机首先通过陆基导航接收天线获取陆基无线电导航参数，陆基无线电导航参数包括陆基无线电接收机导航输出的位置和速度。然后，根据

分别获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率，其中，ρ_ld,i和

分别为第i颗卫星的陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率，X^sat,i、Y^sat,i和Z^sat,i分别为第i颗卫星在X、Y和Z轴的位置，VX^sat,i、VY^sat,i和VZ^sat,i分别为第i颗卫星在X、Y和Z轴的速度，X_lb、Y_lb和Z_lb分别为陆基无线电导航输出的在X、Y和Z轴的位置，VX_lb、VY_lb和VZ_lb分别为陆基无线电导航输出的在X、Y和Z轴的速度，i＝1,2,...,n，n是GPS接收机捕获跟踪的卫星总数。

进一步地，在本发明中，在获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率后，本发明的抗欺骗干扰处理方法根据GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星检测，并根据突变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理以获取剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。基于突变欺骗干扰比缓变欺骗干扰更易被检测的特点，本发明提出了先进行突变欺骗干扰检测，再进行缓变欺骗干扰检测的欺骗干扰检测顺序。

作为本发明的一个具体实施例，步骤三具体包括：(3.1)根据GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星残差单差检测，并根据突变欺骗干扰卫星残差单差检测的结果进行剔星处理以获取第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。(3.2)根据第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星残差双差检测，并根据突变欺骗干扰卫星残差双差检测的结果进行剔星处理以获取第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。当受到GPS突变欺骗干扰时，通常GPS伪距、伪距率会发生异常，且表现较为明显，无论卫星位置、速度是否发生异常，利用残差单差和残差双差检测方法，通过对比卫星GPS伪距、伪距率残差和陆基无线电导航计算的伪距、伪距率残差的一致性，理论上能够有效剔除被突变欺骗干扰的GPS卫星。

在该实施例中，首先根据

分别获取卫星伪距残差单差和卫星伪距率残差单差，其中，Δρ_si和

分别为第i颗卫星的卫星伪距残差单差和卫星伪距率残差单差，ρ_gps,i和

分别为第i颗卫星的GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率。

然后，通过检测残差单差是否在预设范围内，来进行突变欺骗干扰剔星。分别根据卫星伪距残差单差Δρ_si和卫星伪距率残差单差

剔除卫星伪距残差单差Δρ_si大于设定卫星伪距单差检测门限或者卫星伪距率残差单差

大于设定卫星伪距率单差检测门限的卫星。设定卫星伪距单差检测门限和设定卫星伪距率单差检测门限可根据实际情况进行调整，若卫星伪距残差单差Δρ_si和卫星伪距率残差单差

超过了各自设定的门限，则判定相应卫星受到了突变欺骗干扰，可以剔除该颗卫星。通过上述剔星处理可以获取第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的m颗卫星。

再者，残差单差检测完成后，需要进一步进行残差双差检测。根据

分别获取卫星伪距残差双差和卫星伪距率残差双差，其中，Δρ_dj和

分别为第j颗卫星的卫星伪距残差双差和卫星伪距率残差双差，j＝2,3,...,m，m是第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，m≤n。如图2示出了卫星伪距残差双差的计算示意图，图中Pos_ld和Pos_gps分别表示为陆基无线电接收机和GPS接收机的定位位置。

最后，分别根据卫星伪距残差双差Δρ_dj和卫星伪距率残差双差

剔除卫星伪距残差双差Δρ_dj大于设定卫星伪距双差检测门限或者卫星伪距率残差双差

大于设定卫星伪距率双差检测门限的卫星。设定卫星伪距双差检测门限和设定卫星伪距率双差检测门限可根据实际情况进行调整，若卫星伪距残差双差Δρ_dj和卫星伪距率残差双差

超过了各自设定的门限，则判定相应卫星受到了突变欺骗干扰，可以剔除该颗卫星。通过上述剔星处理可以获取第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的p颗卫星，完成突变欺骗干扰卫星检测和剔星处理。

此外，在本发明中，在获取剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星之后，本发明的抗欺骗干扰处理方法根据剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行缓变欺骗干扰卫星检测，并根据缓变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理获取剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

作为本发明的一个具体实施例，步骤四具体包括：(4.1)根据第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率获取卫星伪距残差和卫星伪距率残差；(4.2)根据卫星伪距残差获取卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差，根据卫星伪距率残差获取卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差；(4.3)根据卫星伪距残差、卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差构建伪距欺骗检测函数，根据卫星伪距率残差、卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差构建伪距率欺骗检测函数；分别根据伪距欺骗检测函数和伪距率欺骗检测函数剔除伪距欺骗检测函数大于或等于设定伪距残差检测阈值或者伪距率欺骗检测函数大于或等于设定伪距率残差检测阈值的卫星以获取第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星；(4.4)分别根据第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的卫星伪距残差和卫星伪距率残差获取设定欺骗干扰识别伪距残差阈值和设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值；(4.5)分别根据第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的卫星伪距残差和卫星伪距率残差剔除伪距残差大于或等于设定欺骗干扰识别伪距残差阈值或者伪距率残差大于或等于设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值的卫星获取第二次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

当受到GPS缓变欺骗干扰时，GPS伪距和伪距率变化较为隐蔽，可利用双系统残差检测(Double System Residual Monitoring,DSRM)方法评估各个卫星的有效性，进而剔除异常卫星。缓变欺骗干扰检测与剔除流程中，采用DSRM和残差排序贯序处理的方法，通过DSRM计算残差序列，并计算残差序列的均值和标准差，输入给欺骗检测函数进行欺骗卫星检测和剔除。为提高定位的可靠性，需要使用残差排序对DSRM处理后的卫星进行再次检测和剔星处理，以进一步提高抗欺骗性能。

在该实施例中，首先步骤(4.1)根据Δρ_k＝|ρ_gps,k-ρ_ld,k|获取卫星伪距残差，其中，Δρ_k为第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星中第k颗卫星的卫星伪距残差，k＝1,2,...,p，p为第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，p≤m。并根据

获取卫星伪距率残差，其中，

为第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星中第k颗卫星的卫星伪距率残差。

其次，步骤(4.2)根据

分别获取卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差，其中，

为p颗卫星的卫星伪距残差均值，σ_V为p颗卫星的卫星伪距残差标准差。并根据

分别获取卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差，其中，

为p颗卫星的卫星伪距率残差均值，

为p颗卫星的卫星伪距率残差标准差。

然后，步骤(4.3)根据

构建伪距欺骗检测函数，其中，Q_V,k为第k颗卫星的伪距欺骗检测函数，根据

构建伪距率欺骗检测函数，其中，

为第k颗卫星的伪距率欺骗检测函数。分别根据伪距欺骗检测函数Q_V,k和伪距率欺骗检测函数

剔除伪距欺骗检测函数Q_V,k大于或等于设定伪距残差检测阈值或者伪距率欺骗检测函数

大于或等于设定伪距率残差检测阈值的卫星以获取第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星。

在本发明中，设定伪距残差检测阈值T_V和设定伪距率残差检测阈值

的取值可根据GPS收星卫星个数或定位PDOP(Position Dilution of Precision)来设定，一般卫星个数越多或PDOP值越小，阈值设置越大。若Q_V,k≥T_V，则所对应的伪距超差，该GPS卫星受到欺骗干扰，将该卫星剔除；若Q_V,k＜T_V，则所对应的伪距正常，该GPS卫星未受到欺骗干扰或受到的欺骗干扰影响可控。同样，若

则所对应的伪距率超差，该GPS卫星受到欺骗干扰，将该卫星剔除；若

则所对应的伪距率正常，该GPS卫星未受到欺骗干扰或受到的欺骗干扰影响可控。

至此，人为设定的影响可控之外的卫星已被全部剔除，但受主观因素影响，利用欺骗检测函数仅能剔除部分欺骗卫星，若需进一步提高定位可靠性，上述剔除后需要再使用残差排序以进一步剔除可疑异常卫星，以排除主观因素影响，从而实现陆基无线电导航信息辅助下的GPS欺骗卫星识别与剔除。

步骤(4.4)具体包括：将第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的伪距残差按从大到小进行排序以获取卫星伪距残差序列V＝[Δρ₁ Δρ₂ … Δρ_l … Δρ_q]，将第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的伪距率残差按从大到小进行排序以获取卫星伪距率残差序列

其中，Δρ_l和

分别为第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星中第l颗卫星的伪距残差和伪距率残差，l＝1,2,...,q，q为第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，q≤p。以h个伪距残差为一组对卫星伪距残差序列V从前向后进行滑动均方根求解以获取q-h+1个卫星伪距残差滑动均方根值，根据q-h+1个卫星伪距残差滑动均方根值获取最小卫星伪距残差滑动均方根值对应的h个伪距残差的伪距残差平均值V_T，将伪距残差平均值V_T用作设定欺骗干扰识别伪距残差阈值；以h个伪距率残差为一组对卫星伪距率残差序列

从前向后进行滑动均方根求解以获取q-h+1个卫星伪距率残差滑动均方根值，根据q-h+1个卫星伪距率残差滑动均方根值获取最小卫星伪距率残差滑动均方根值对应的h个伪距率残差的伪距率残差平均值

将伪距率残差平均值

用作设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值，3≤h＜q。

在该实施例中，每组的点数h可根据需要进行调整，例如，可选取每3个伪距残差为一组以及每3个伪距率残差为一组；也可选取每4个伪距残差为一组以及每4个伪距率残差为一组。本发明的方法在5颗卫星时，也能够识别出其中的一颗欺骗卫星。相比于传统方法只有在单系统6颗卫星才能剔除欺骗干扰卫星的情况，有效提高了GPS接收机定位的稳定性和可靠性。

最后，分别根据第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的卫星伪距残差Δρ_k和卫星伪距率残差

剔除伪距残差Δρ_k大于或等于设定欺骗干扰识别伪距残差阈值V_T或者伪距率残差

大于或等于设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值

的卫星获取第二次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。在该实施例中，若Δρ_k≥V_T，则所对应的伪距超差，该GPS卫星受到欺骗干扰，将该卫星剔除；若Δρ_k＜V_T，则所对应的伪距正常，该GPS卫星未受到欺骗干扰。同样，若

则所对应的伪距率超差，该GPS卫星受到欺骗干扰，将该卫星剔除；若

则所对应的伪距率正常，该GPS卫星未受到欺骗干扰。至此，完成全部基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

本发明的技术方案针对突变欺骗干扰和缓变欺骗干扰，为提高GPS卫星定位的可靠性，分别针对这两种干扰形式，设计贯序处理方法，利用高可靠的陆基无线电导航信息和卫星位置、速度，计算得到陆基无线卫星电伪距、陆基无线卫星伪距率和GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率，利用残差单差检测和残差双差检测方法，能够检测并剔除突变欺骗干扰卫星。并创新性地提出了能够检测缓变欺骗干扰的DSRM方法，突破了传统方法在单系统至少6颗卫星时才能剔除欺骗干扰卫星的局限，有效提高了GPS接收机定位的稳定性和可靠性。

本发明考虑了陆基无线电导航信息与GPS导航信息的融合，充分利用了陆基无线电导航输出的载体位置、速度等信息，算法应用简单，无复杂或运算量巨大的算式，实时性和运算量方面都可保证在DSP(Digital Signal Processing)或FPGA(Field ProgrammableGate Array)硬件平台上的算法编程实现，即易于工程实现。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1和图2对本发明的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法进行详细说明。

如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，该方法具体包括以下步骤。

步骤一，GPS接收机根据GPS卫星参数获取卫星位置、卫星速度、GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率。

步骤二，根据

分别获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率。

步骤三，根据

分别获取卫星伪距残差单差和卫星伪距率残差单差，分别根据卫星伪距残差单差Δρ_si和卫星伪距率残差单差

剔除卫星伪距残差单差Δρ_si大于设定卫星伪距单差检测门限或者卫星伪距率残差单差

大于设定卫星伪距率单差检测门限的卫星以获取第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。

根据

分别获取卫星伪距残差双差和卫星伪距率残差双差，分别根据卫星伪距残差双差Δρ_dj和卫星伪距率残差双差

剔除卫星伪距残差双差Δρ_dj大于设定卫星伪距双差检测门限或者卫星伪距率残差双差

大于设定卫星伪距率双差检测门限的卫星以获取第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。

步骤四，根据Δρ_k＝|ρ_gps,k-ρ_ld,k|获取卫星伪距残差，根据

获取卫星伪距率残差。

根据

分别获取卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差，根据

分别获取卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差。

根据

构建伪距欺骗检测函数，根据

构建伪距率欺骗检测函数；分别根据伪距欺骗检测函数Q_V,k和伪距率欺骗检测函数

剔除伪距欺骗检测函数Q_Vk大于或等于设定伪距残差检测阈值或者伪距率欺骗检测函数

大于或等于设定伪距率残差检测阈值的卫星以获取第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星。

将第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的伪距残差按从大到小进行排序以获取卫星伪距残差序列V＝[Δρ₁ Δρ₂ … Δρ_l … Δρ_q]，将第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的伪距率残差按从大到小进行排序以获取卫星伪距率残差序列

以h个伪距残差为一组对卫星伪距残差序列V从前向后进行滑动均方根求解以获取q-h+1个卫星伪距残差滑动均方根值，根据q-h+1个卫星伪距残差滑动均方根值获取最小卫星伪距残差滑动均方根值对应的h个伪距残差的伪距残差平均值V_T，将伪距残差平均值V_T用作设定欺骗干扰识别伪距残差阈值；以h个伪距率残差为一组对卫星伪距率残差序列

从前向后进行滑动均方根求解以获取q-h+1个卫星伪距率残差滑动均方根值，根据q-h+1个卫星伪距率残差滑动均方根值获取最小卫星伪距率残差滑动均方根值对应的h个伪距率残差的伪距率残差平均值

将伪距率残差平均值

用作设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值，3≤h＜q。

分别根据第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的卫星伪距残差和卫星伪距率残差剔除伪距残差大于或等于设定欺骗干扰识别伪距残差阈值或者伪距率残差大于或等于设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值的卫星获取第二次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

综上所述，本发明提供了一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，该GPS接收机抗欺骗干扰处理方法通过采用陆基无线电导航信息辅助GPS接收机先后进行突变欺骗干扰卫星检测及剔星处理和缓变欺骗干扰卫星检测及剔星处理以完成GPS抗欺骗干扰处理，解决了GPS欺骗信号与真实信号完全同步或者全部的真实信号都被干扰的问题，有效提高了GPS接收机定位的稳定性和可靠性。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中传感器辅助GPS抗欺骗干扰处理方法可靠性和精度不足的技术问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法包括：

步骤一，GPS接收机根据GPS卫星参数获取卫星位置、卫星速度、GPS卫星伪距和GPS卫星伪距率；

步骤二，陆基无线电接收机根据陆基无线电导航参数、所述卫星位置和所述卫星速度获取陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率；

步骤三，根据所述GPS卫星伪距、所述GPS卫星伪距率、所述陆基无线电卫星伪距和所述陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星检测，并根据所述突变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理以获取剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星；

步骤四，根据所述剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行缓变欺骗干扰卫星检测，并根据所述缓变欺骗干扰卫星检测的结果进行剔星处理获取剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

2.根据权利要求1所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：根据

分别获取所述陆基无线电卫星伪距和所述陆基无线电卫星伪距率，其中，ρ_ld,i和

分别为第i颗卫星的所述陆基无线电卫星伪距和所述陆基无线电卫星伪距率，X^sat,i、Y^sat,i和Z^sat,i分别为第i颗卫星在X、Y和Z轴的位置，VX^sat,i、VY^sat,i和VZ^sat,i分别为第i颗卫星在X、Y和Z轴的速度，X_lb、Y_lb和Z_lb分别为陆基无线电导航输出的在X、Y和Z轴的位置，VX_lb、VY_lb和VZ_lb分别为陆基无线电导航输出的在X、Y和Z轴的速度，i＝1,2,...,n，n是所述GPS接收机捕获跟踪的卫星总数。

3.根据权利要求1或2所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：

(3.1)根据所述GPS卫星伪距、所述GPS卫星伪距率、所述陆基无线电卫星伪距和所述陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星残差单差检测，并根据所述突变欺骗干扰卫星残差单差检测的结果进行剔星处理以获取第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星；

(3.2)根据所述第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率进行突变欺骗干扰卫星残差双差检测，并根据所述突变欺骗干扰卫星残差双差检测的结果进行剔星处理以获取第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。

4.根据权利要求3所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤(3.1)具体包括：

根据

分别获取卫星伪距残差单差和卫星伪距率残差单差，其中，Δρ_si和

分别为第i颗卫星的所述卫星伪距残差单差和所述卫星伪距率残差单差，ρ_gps,i和

分别为第i颗卫星的所述GPS卫星伪距和所述GPS卫星伪距率；

分别根据所述卫星伪距残差单差Δρ_si和所述卫星伪距率残差单差

剔除所述卫星伪距残差单差Δρ_si大于设定卫星伪距单差检测门限或者所述卫星伪距率残差单差

大于设定卫星伪距率单差检测门限的卫星以获取所述第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。

5.根据权利要求3或4所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤(3.2)具体包括：

根据

分别获取卫星伪距残差双差和卫星伪距率残差双差，其中，Δρ_dj和

分别为第j颗卫星的所述卫星伪距残差双差和所述卫星伪距率残差双差，j＝2,3,...,m，m是所述第一次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，m≤n；

分别根据所述卫星伪距残差双差Δρ_dj和所述卫星伪距率残差双差

剔除所述卫星伪距残差双差Δρ_dj大于设定卫星伪距双差检测门限或者所述卫星伪距率残差双差

大于设定卫星伪距率双差检测门限的卫星以获取所述第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星。

6.根据权利要求3所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：

(4.1)根据所述第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的GPS卫星伪距、GPS卫星伪距率、陆基无线电卫星伪距和陆基无线电卫星伪距率获取卫星伪距残差和卫星伪距率残差；

(4.2)根据所述卫星伪距残差获取卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差，根据所述卫星伪距率残差获取卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差；

(4.3)根据所述卫星伪距残差、所述卫星伪距残差均值和卫星伪距残差标准差构建伪距欺骗检测函数，根据所述卫星伪距率残差、所述卫星伪距率残差均值和卫星伪距率残差标准差构建伪距率欺骗检测函数；分别根据所述伪距欺骗检测函数和所述伪距率欺骗检测函数剔除所述伪距欺骗检测函数大于或等于设定伪距残差检测阈值或者伪距率欺骗检测函数大于或等于设定伪距率残差检测阈值的卫星以获取第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星；

(4.4)分别根据所述第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的卫星伪距残差和卫星伪距率残差获取设定欺骗干扰识别伪距残差阈值和设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值；

(4.5)分别根据所述第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的卫星伪距残差和卫星伪距率残差剔除所述伪距残差大于或等于所述设定欺骗干扰识别伪距残差阈值或者所述伪距率残差大于或等于所述设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值的卫星获取第二次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星以完成基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理。

7.根据权利要求6所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤(4.1)具体包括：

根据Δρ_k＝|ρ_gps,k-ρ_ld,k|获取所述卫星伪距残差，其中，Δρ_k为所述第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星中第k颗卫星的卫星伪距残差，k＝1,2,...,p，p为所述第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，p≤m；

根据

获取所述卫星伪距率残差，其中，

为所述第二次剔除突变欺骗干扰卫星后的卫星中第k颗卫星的卫星伪距率残差。

8.根据权利要求7所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤(4.2)具体包括：

根据

分别获取所述卫星伪距残差均值和所述卫星伪距残差标准差，其中，

为p颗卫星的卫星伪距残差均值，σ_V为所述p颗卫星的卫星伪距残差标准差；

根据

分别获取所述卫星伪距率残差均值和所述卫星伪距率残差标准差，其中，

为所述p颗卫星的卫星伪距率残差均值，

为所述p颗卫星的卫星伪距率残差标准差。

9.根据权利要求8所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤(4.3)具体包括：

根据

构建所述伪距欺骗检测函数，其中，Q_V,k为所述第k颗卫星的伪距欺骗检测函数；

根据

构建伪距率欺骗检测函数，其中，

为所述第k颗卫星的伪距率欺骗检测函数；

分别根据所述伪距欺骗检测函数Q_V,k和所述伪距率欺骗检测函数

剔除所述伪距欺骗检测函数Q_V,k大于或等于设定伪距残差检测阈值或者伪距率欺骗检测函数

大于或等于设定伪距率残差检测阈值的卫星以获取所述第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星。

10.根据权利要求9所述的基于陆基无线电导航信息的GPS接收机抗欺骗干扰处理方法，其特征在于，所述步骤(4.4)具体包括：

将所述第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的伪距残差按从大到小进行排序以获取卫星伪距残差序列V＝[Δρ₁ Δρ₂…Δρ_l…Δρ_q]，将所述第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的伪距率残差按从大到小进行排序以获取卫星伪距率残差序列

其中，Δρ_l和

分别为第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星中第l颗卫星的伪距残差和伪距率残差，l＝1,2,...,q，q为所述第一次剔除缓变欺骗干扰卫星后的卫星的总数，q≤p；

以h个伪距残差为一组对所述卫星伪距残差序列V从前向后进行滑动均方根求解以获取q-h+1个卫星伪距残差滑动均方根值，根据所述q-h+1个卫星伪距残差滑动均方根值获取最小卫星伪距残差滑动均方根值对应的h个伪距残差的伪距残差平均值V_T，将所述伪距残差平均值V_T用作所述设定欺骗干扰识别伪距残差阈值；

以h个伪距率残差为一组对所述卫星伪距率残差序列

从前向后进行滑动均方根求解以获取q-h+1个卫星伪距率残差滑动均方根值，根据所述q-h+1个卫星伪距率残差滑动均方根值获取最小卫星伪距率残差滑动均方根值对应的h个伪距率残差的伪距率残差平均值

将所述伪距率残差平均值

用作所述设定欺骗干扰识别伪距率残差阈值，3≤h＜q。

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