CN114325769B - 一种实时识别及剔除gnss转发欺骗干扰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卫星导航抗干扰技术领域，具体涉及一种实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，判断是否达到预设条件，若是，检测跟踪通道是否实现同步；当实现同步时，提取多普勒频率和伪码相位，并以多普勒频率和伪码相位设置捕获参数，进行多普勒频率和伪码相位二维搜索，以提取超前跟踪通道伪码相位的半码片范围外的累积值；判断累积值是否大于门限值，若是，记录该累积值处跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，并判断该累积值处的码相位超前范围，根据超前范围不同，选取适当的多普勒频率和伪码相位，以该记录的参数调整跟踪通道的载波数控振荡器和码数控振荡器，恢复正常信号的跟踪。本发明能够完全准确地识别并剔除转发欺骗信号。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航抗干扰技术领域，具体涉及一种实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法。
背景技术
随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)应用范围的广泛性和应用频率的高频次性，如在民用航空、交通运输、电力系统和金融体系等领域的应用，卫星定位信号传输过程中的安全性变得越来越重要。威胁卫星定位信号安全性的一个重要因素是转发式欺骗干扰，因转发式欺骗干扰技术实现难度更小，成本更低，转发式欺骗干扰非常普遍且对用户影响较大。GNSS用户接收机，受卫星仰角、建筑物、山地峡谷等因素影响，在接收卫星信号进行服务过程中，当卫星真实直射信号不可见，而转发欺骗信号可见时，会导致错误的捕获和跟踪，直接影响用户定位测速等功能；亦或是转发欺骗信号和真实信号同时可见，但没有有效检测和剔除的手段，也可给用户带来错误的定位测速等结果，从而导致严重的损失。
针对转发式欺骗干扰的问题，目前通常是针对接收机在捕获阶段识别并剔除转发欺骗信号，识别转发欺骗信号的主要依据是干扰信号到达用户的时间更长、功率更高等，在捕获阶段识别之后剔除功率高且码相位滞后的转发欺骗信号。但是，捕获过程中也是有一定的误捕获概率的，特别是在捕获阶段只有转发欺骗信号可见的情况下，很容易错误捕获并进入跟踪通道，即使跟踪过程中真实信号再次可见也无法剔除，这种方法不能有效实时识别及剔除转发式欺骗信号。
发明内容
本发明意在提供一种实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，以识别并剔除转发欺骗干扰信号。
本方案中的实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，包括以下步骤：
步骤一：判断是否达到预设条件，当达到预设条件时，检测跟踪通道是否依次实现载波同步和伪码同步；
步骤二：当已实现载波同步和伪码同步时，提取跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，并以多普勒频率和伪码相位设置捕获参数，进行多普勒频率和伪码相位二维搜索，以提取超前跟踪通道伪码相位的半码片范围外的累积值；
步骤三：判断累积值是否大于门限值，当累积值大于门限值时，记录该累积值处跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，判断伪码码相位超前量是否为一个伪码相位以下，若否，则选取最大累积值处的多普勒频率和伪码相位调整跟踪通道的载波数控振荡器和码数控振荡器，进行正常信号的跟踪，若是，获取最大超前位置的多普勒频率和伪码相位，以此调整跟踪通道载波数控振荡器和码数控振荡器，使跟踪通道恢复正常信号的跟踪，当累积值小于门限值时，判断是否检测完所有的跟踪通道，若是，则将所有跟踪通道置为未检测状态，重新回到步骤一，若未检测完所有的跟踪通道或者调整跟踪通道后，进行下一跟踪通道的检测，直至检测完所有的跟踪通道，检测完所有通道后，将所有通道设置为未检测状态。
本方案的有益效果是：
通过提取跟踪通道的参数进行二维搜索，并提取超前于跟踪通道伪码相位的半码片及以上范围的累积值，以大于门限值处的累积值对应的多普勒频率和伪码相位调整跟踪通道，即在设置的多普勒频率和码相位二维搜索范围内检测到大于门限值的能量值时，说明当前通道跟踪的为转发欺骗信号，调整通道后即可恢复至正常信号的跟踪，能够及时准确地判断出转发信号并剔除转发信号，因本方案一直不停地判断跟踪通道，所以一但发现某通道跟踪了干扰信号，可立即剔除并恢复至正常信号的跟踪，实时性高，能够给用户提供准确的卫星信号，防止用户根据转发欺骗信号被误导向。本方案依次不断地对每个跟踪通道都进行了判断，能够完全准确地识别并剔除转发欺骗信号。
进一步，所述预设条件为具有未检测的跟踪通道，且捕获信号的捕获模块处于空闲状态或者跟踪通道上的定位卫星数量为预设值。
有益效果是：通过将预设条件设置为捕获模块的空闲状态，能够有效利用硬件资源，以及在定位卫星数量达到预设值时进行，使卫星尽快参与定位解算。
进一步，所述步骤二中，提取该跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，设置捕获多普勒频率范围和码相位范围。
有益效果是：保证具有合适的搜索范围，提高不同运动状态下对欺骗信号的检测能力。
进一步，所述提取的多普勒频率表示为fd，捕获多普勒频率的搜索范围为[fd-m*Δf,fd+m*Δf]，其中Δf为频率搜索步长，m＝1,2,3...。
有益效果是：利用多普勒频率和伪码相位进行二维搜索，利用快捕算法提高搜索速度，多普勒频率的搜索范围，能够根据实际需求进行调节，以适应更多的应用场景。
进一步，所述提取的码相位表示为τ，捕获码相位的搜索范围为[τ,τ+n]区间，其中n表示超前当前跟踪通道码相位的n个半码片。
有益效果是：以超前码相位n个半码片进行搜索，提高搜索的准确性，覆盖真实卫星信号码相位。
进一步，所述步骤二中，所述二维搜索的捕获时长为L，所述捕获时长大于或等于跟踪环路的更新周期。
有益效果是：通过设置二维搜索的捕获时长，并让捕获时长的值大于或等于跟踪环路的更新周期，捕获时长大于或等于跟踪通道是为了检测到比通道信号更弱或相同信噪比的真实信号，以捕获并跟踪上信噪比更低的真实信号，避免数据漏捕。
附图说明
图1为本发明实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法实施例一的流程框图；
图2为本发明实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法实施例一中的原理示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明。
实施例一
实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：判断是否达到预设条件，预设条件为具有未检测的跟踪通道，且捕获信号的捕获模块处于空闲状态或者跟踪通道上的定位卫星数量为预设值，预设值设为大于最低定位数量(最低定位卫星数为4)，如可以设置为6，当达到预设条件时，即捕获模块处于空闲状态或者跟踪通道上的定位卫星数量达到预设值时，检测跟踪通道是否依次实现载波同步和伪码同步，同步根据通道载噪比来判定，当通道载噪比大于某门限值时，则说明完成同步，该技术为现有技术，在此不再赘述。
步骤二：当已实现载波同步和伪码同步时，提取跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，并以多普勒频率和伪码相位设置捕获参数，进行多普勒频率和伪码相位二维搜索，以提取超前跟踪通道伪码相位的半码片范围外的累积值，该累积值是指中频信号与设置的多普勒频率和伪码相位序列的相关累积值；提取的多普勒频率表示为fd，捕获多普勒频率的搜索范围为[fd-m*Δf,fd+m*Δf]，其中Δf为频率搜索步长，m＝1,2,3...，提取的码相位表示为τ，捕获码相位的搜索范围为[τ,τ+n]区间，其中n表示超前当前跟踪通道码相位的n个半码片，二维搜索可用现有的搜索算法，如PMF-FFT、FFT-IFFT等，二维搜索的捕获时长为L，捕获时长L大于或等于跟踪环路的更新周期。Δf是二维搜索中的频率搜索步长，这个与通道相干积分时间有关，相干积分时间不同，这个值的设置范围就不同，总的来说，这个值设置越小，捕获得到的多普勒越精确，但是这个花费时间就越多，所以选个折中的“Δf小于跟踪载波环频率牵引范围”。m的取值与转发信号与真实信号的多普勒频率差异有关，差异越大，则m取值越大，需要把这个差异包含在多普勒搜索范围，所以该值的确定，与导航接收机的应用场景有关，可根据具体应用场景决定，m的设置按照“多普勒搜索范围需要包含转发信号多普勒与真实信号多普勒的差异在内”来进行。
步骤三：判断累积值是否大于门限值，门限值根据实际需求进行设置，例如采样频率设置为5MHZ，相关积分时间1ms，门限值可设置为4000000，累积值是非相干累积得到的能量，与采样频率、相关积分时间和非相干积分时间等相关，加上噪声影响，所以具体的门限值不好给出，实际中大多是调试得出，4000000这个值在仿真中，是1ms相关累积数据可以用；当累积值大于门限值时，记录该累积值处跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，判断伪码码相位超前量是否为一个伪码相位以下，即判断伪码码相位超前量是否小于或等于一个伪码相位，伪码码相位超前量是从大于门限值的累积值处得来，如图2所示，二维搜索中累积值大于门限，则该值处对应一个多普勒频率值和伪码相位值，此时看该值处的码相位超前τ多少，是否为一个码相位以下；若否，即在伪码码相位超前量大于一个伪码相位时，则选取最大累积值处的多普勒频率和伪码相位调整跟踪通道的载波数控振荡器和码数控振荡器，进行正常信号的跟踪，若是，即在伪码码相位超前量小于或等于一个伪码相位时，获取最大超前位置的多普勒频率和伪码相位，以此调整跟踪通道载波数控振荡器和码数控振荡器，使跟踪通道恢复正常信号的跟踪；当累积值小于门限值时，不调整跟踪通道，判断是否检测完所有的跟踪通道，当已检测完所有的跟踪通道，则将所有跟踪通道置为未检测状态，重新回到步骤一，若未检测完所有的跟踪通道或者调整跟踪通道后，进行下一跟踪通道的检测，直至检测完所有的跟踪通道，检测完所有通道后，将所有通道设置为未检测状态。
本实施例在捕获模块空闲状态下，或者定位卫星数量达到预设值时，以跟踪通道成功跟踪信号后，对所跟踪的信号进行多普勒频率和伪码相位的提取，并进行相应范围的码频二维搜索；再提取跟踪通道的码频二维搜索结果中的累积值，记录大于门限值的累积值处的多普勒频率和伪码相位，并判断该累积值处的码相位超前范围，根据超前范围不同，选取适当的多普勒频率和伪码相位，对跟踪通道的参数进行调整，剔除转发欺骗信号后进行正常信号的检测。本实施例以跟踪通道成功跟踪信号后进行一系列的判断，无论是误捕获转发欺骗信号，还是因遮挡而捕获转发欺骗信号，只要持续跟踪过程中具有真实信号存在，就可以判断当前跟踪通道是不是转发欺骗信号，并在干扰时剔除转发欺骗信号，实时性高；二维搜索的参数根据需求进行调整，当在高动态情况下，卫星、转发机、用户机两两之间相对速度大，可以通过选择较宽的多普勒频率-码相位搜索范围进行搜索，其他低速或静止场景，可适当调整二维搜索范围，应用范围更广。
与现有在捕获阶段以超过门限的峰值数量进行转发欺骗信号识别的方法相比，由于现有在只存在转发欺骗信号时无法识别和剔除，且一旦捕获上转发欺骗信号，就会持续跟踪，就算后面真实信号可见后，依然不能识别剔除导致后面定位解算错误，本实施例无论是误捕获转发欺骗信号，还是因遮挡而捕获转发欺骗信号，只要在整个的持续跟踪过程中具有真实信号存在，例如某段时间只有转发欺骗信号，在后续一段时间时真实卫星信号可见后，仍然可以剔除掉转发欺骗信号，本实施例对转发欺骗信号的识别能力更高，提高定位测速的准确性。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.一种实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：判断是否达到预设条件，当达到预设条件时，检测跟踪通道是否依次实现载波同步和伪码同步；
步骤二：当已实现载波同步和伪码同步时，提取跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，并以多普勒频率和伪码相位设置捕获参数，进行多普勒频率和伪码相位二维搜索，以提取超前跟踪通道伪码相位的半码片范围外的累积值；
步骤三：判断累积值是否大于门限值，当累积值大于门限值时，记录该累积值处跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，判断伪码码相位超前量是否为一个伪码相位以下，若否，则选取最大累积值处的多普勒频率和伪码相位调整跟踪通道的载波数控振荡器和码数控振荡器，进行正常信号的跟踪，若是，获取最大超前位置的多普勒频率和伪码相位，以此调整跟踪通道载波数控振荡器和码数控振荡器，使跟踪通道恢复正常信号的跟踪，当累积值小于门限值时，判断是否检测完所有的跟踪通道，若是，则将所有跟踪通道置为未检测状态，重新回到步骤一，若未检测完所有的跟踪通道或者调整跟踪通道后，进行下一跟踪通道的检测，直至检测完所有的跟踪通道，检测完所有通道后，将所有通道设置为未检测状态。
2.根据权利要求1所述的实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，其特征在于：所述预设条件为具有未检测的跟踪通道，且捕获信号的捕获模块处于空闲状态或者跟踪通道上的定位卫星数量为预设值。
3.根据权利要求2所述的实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，其特征在于：所述步骤二中，提取该跟踪通道的多普勒频率和伪码相位，设置捕获多普勒频率范围和码相位范围。
4.根据权利要求3所述的实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，其特征在于：所述提取的多普勒频率表示为fd，捕获多普勒频率的搜索范围为[fd-m*Δf,fd+m*Δf]，其中Δf为频率搜索步长，m＝1,2,3...。
5.根据权利要求4所述的实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，其特征在于：所述提取的码相位表示为τ，捕获码相位的搜索范围为[τ,τ+n]区间，其中n表示超前当前跟踪通道码相位的n个半码片。
6.根据权利要求5所述的实时识别及剔除GNSS转发欺骗干扰的方法，其特征在于：所述步骤二中，所述二维搜索的捕获时长为L，所述捕获时长大于或等于跟踪环路的更新周期。
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