CN115480475B - 一种授时干扰检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种授时干扰检测方法，包括：利用卫星授时信号来向、卫星授时信号载噪比、卫星的数量、各卫星的位置计算用时设备授时欺骗干扰信号质量判别值；利用授时欺骗干扰信号质量判别值，基于授时欺骗干扰信号质量判别模型判断用时设备有无授时欺骗干扰。本发明实现对GNSS授时欺骗干扰的实时检测，可有效检测复杂场景下的隐蔽的融合生成式GNSS授时欺骗干扰信号，并为用时设备进一步消除或抵抗GNSS授时欺骗干扰提供依据。

Description

一种授时干扰检测方法
技术领域
本发明涉及一种时间信号处理方法。更具体地，涉及一种授时干扰检测方法。
背景技术
时间是信息获取、传输、融合与应用各环节的基本要素。准确可靠地获取时间信息，是电力、交通、金融、通信及国防等国家重要领域稳定运行的前提。其中，GNSS授时是当前用时设备应用最广的获取精确时间的方式。然而，由于GNSS系统信号播发天然的脆弱性，GNSS授时容易受到人为恶意干扰，而使得用时设备无法正常获取时间或者获取的时间被隐蔽诱骗。
目前，针对GNSS授时干扰的检测，以压制干扰信号检测和单一来源的欺骗干扰信号检测为主，缺乏针对危害性最大的融合生成式欺骗干扰信号的检测方法。因此，需要研究满足复杂场景应用的针对GNSS授时融合生成式欺骗干扰信号的检测方法，以使用时设备及时察觉GNSS授时欺骗干扰，为用时设备可靠地获取时间和时间保持提供必要的支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种授时干扰检测方法，针对GNSS授时欺骗干扰信号，实现实时的判别检测，为用时设备抗GNSS授时欺骗干扰提供依据。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种授时干扰检测方法，包括以下步骤：
利用卫星授时信号来向、卫星授时信号载噪比、卫星的数量、各卫星的位置计算用时设备授时欺骗干扰信号质量判别值；
利用授时欺骗干扰信号质量判别值，基于授时欺骗干扰信号质量判别模型判断用时设备有无授时欺骗干扰。
优选地，所述授时欺骗干扰信号质量判别模型为：
式(1)中，VN表示GNSS授时信号载噪比分布判别值，VD表示GNSS授时信号来向分布判别值，VP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别值，Q(VN,VD,VP)表示GNSS授时欺骗干扰信号质量判别值。
优选地，计算授时信号载噪比分布判别值VN：
式(5)中，CN表示GNSS授时信号载噪比分布判别因子，TN表示GNSS授时信号载噪比分布判别阈值。
优选地，计算授时信号来向分布判别值VD：
式(6)中，CD表示GNSS授时信号来向分布判别因子，NUM为可见卫星的数量。
优选地，计算授时信号交叉定位分布判别值VP：
式(7)中，CP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别因子，TP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别阈值。
优选地，计算授时欺骗干扰信号质量判别值：
Q(VN,VD,VP)＝VN+VD+VP (8)
当且仅当VN＝VD＝VP＝0时，Q(VN,VD,VP)＝0；否则，Q(VN,VD,VP)＞0。
优选地，计算所述授时信号载噪比分布判别因子CN：
式(2)中，CNk表示GNSS中编号为k的卫星的授时信号载噪比，k为GNSS卫星的编号，NUM表示可见卫星的数量，abs表示取绝对值，max表示取最大值，min表示取最小值，μ为GNSS授时信号载噪比分布的基线设定值。
所述授时信号来向分布判别因子CD：
式(3)中，CDk表示GNSS中编号为k的卫星的授时信号来向，k为GNSS卫星的编号，NUM表示当前可见卫星的数量；detdir(CDk)表示编号为k的卫星的授时信号的实测来向与真实来向是否一致；DALk和DAHk分别表示由天线阵测得的编号为k的卫星的授时信号的实测方位角和高度角，DELk和DEHk分别表示由卫星星历算出的编号为k的卫星的授时信号的真实方位角和高度角，abs表示取绝对值。
优选地，所述授时信号交叉定位分布判别因子CP：
式(4)中，CPm表示由第m组卫星解算得到的定位结果，每组卫星包含4颗卫星，共有NUM×(NUM-1)×(NUM-2)×(NUM-3)/24组卫星，NUM为可见卫星的数量，maxdis表示取所有定位结果中两两定位偏差的最大值；Satm表示参与定位解算的第m组卫星，calpos表示四星联立定位解算。
本发明的有益效果如下：
本发明提出一种授时干扰检测方法，针对GNSS授时欺骗干扰信号，结合欺骗干扰信号的多维特性，通过构建GNSS授时欺骗干扰信号质量判别模型，实现对GNSS授时欺骗干扰的实时检测，可有效检测复杂场景下的隐蔽的融合生成式GNSS授时欺骗干扰信号，并为用时设备进一步消除或抵抗GNSS授时欺骗干扰提供依据。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明提供的授时干扰检测方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
一种授时干扰检测方法，包括以下步骤：
利用卫星授时信号来向、卫星授时信号载噪比、卫星的数量、各卫星的位置计算用时设备授时欺骗干扰信号质量判别值；
利用授时欺骗干扰信号质量判别值，基于授时欺骗干扰信号质量判别模型判断用时设备有无授时欺骗干扰。
S1：为了有效检测GNSS授时欺骗干扰信号及隐蔽的融合生成式欺骗干扰信号，需要从GNSS授时信号的多维特性进行联合判别。根据GNSS授时欺骗干扰信号的生成特性，以GNSS授时信号载噪比分布、GNSS授时信号来向分布和GNSS授时信号交叉定位分布为联合判别依据，构建GNSS授时欺骗干扰信号质量判别模型QGNSST：
式(1)中，VN表示GNSS授时信号载噪比分布判别值，VD表示GNSS授时信号来向分布判别值，VP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别值，Q(VN,VD,VP)表示GNSS授时欺骗干扰信号质量判别值；当Q(VN,VD,VP)＝0时，表示无GNSS授时欺骗干扰；当Q(VN,VD,VP)＞0时，表示有GNSS授时欺骗干扰。
S2：计算GNSS授时欺骗干扰信号质量判别值。
根据式(1)，GNSS授时欺骗干扰信号质量判别值Q(VN,VD,VP)取决于GNSS授时信号载噪比分布判别值VN、GNSS授时信号来向分布判别值VD和GNSS授时信号交叉定位分布判别值VP。
S21：计算GNSS授时信号载噪比分布判别值VN：
式(5)中，CN表示GNSS授时信号载噪比分布判别因子，TN表示GNSS授时信号载噪比分布判别阈值。
特别优选地，GNSS授时信号载噪比分布判别阈值TN＝0.8。
S22：计算GNSS授时信号来向分布判别值VD：
式(6)中，CD表示GNSS授时信号来向分布判别因子，NUM为可见卫星的数量。
S23：计算GNSS授时信号交叉定位分布判别值VP：
式(7)中，CP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别因子，TP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别阈值。
特别优选地，GNSS授时信号交叉定位分布判别阈值TP＝30m。
S3：计算GNSS授时欺骗干扰信号质量判别值Q(VN,VD,VP)：
Q(VN,VD,VP)＝VN+VD+VP (8)
式(8)中，VN表示GNSS授时信号载噪比分布判别值，VD表示GNSS授时信号来向分布判别值，VP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别值。
S4：为了获取功率优势，GNSS授时欺骗干扰信号的强度明显高于真实信号的强度，并且相较于真实信号，GNSS授时欺骗干扰信号的各颗卫星的信号强度差别较小。据此，构建GNSS授时信号载噪比分布判别因子CN：
式(2)中，CNk表示GNSS中编号为k的卫星的授时信号载噪比，k为GNSS卫星的编号，NUM表示可见卫星的数量，abs表示取绝对值，max表示取最大值，min表示取最小值，μ为GNSS授时信号载噪比分布的基线设定值，max(CNk)-min(CNk)为当前可见的卫星的授时信号中载噪比最大值和载噪比最小值的差值。
特别优选地，GNSS授时信号载噪比分布的基线设定值μ＝37dB。
S5：GNSS授时欺骗干扰信号的各颗卫星的信号来自同一方向，或者固定的几个方向，难以模拟真实的GNSS授时信号的各颗卫星的信号来向分布。据此，构建GNSS授时信号来向分布判别因子CD：
式(3)中，CDk表示GNSS中编号为k的卫星的授时信号来向，k为GNSS卫星的编号，NUM表示可见卫星的数量；detdir(CDk)表示编号为k的卫星的授时信号的实测来向与真实来向是否一致，当detdir(CDk)＝1时，表示编号为k的卫星的授时信号的实测来向与真实来向一致，当detdir(CDk)＝0时，表示编号为k的卫星的授时信号的实测来向与真实来向不一致；DALk和DAHk分别表示由天线阵测得的编号为k的卫星的授时信号的实测方位角和高度角，DELk和DEHk分别表示由卫星星历算出的编号为k的卫星的授时信号的真实方位角和高度角，abs表示取绝对值。
S6：GNSS授时欺骗干扰信号可融合调节一颗或多颗虚假的卫星信号，而其余为真实的卫星信号，从而使得由虚假卫星参与解算的定位结果与真实位置发生偏差。据此，构建GNSS授时信号交叉定位分布判别因子CP：
式(4)中，CPm表示由第m组卫星解算得到的定位结果，每组卫星包含4颗卫星，共有NUM×(NUM-1)×(NUM-2)×(NUM-3)/24组卫星，NUM为可见卫星的数量，maxdis表示取所有定位结果中两两定位偏差的最大值；Satm表示参与定位解算的第m组卫星，calpos表示四星联立定位解算。
由式(1)和式(8)可以看出，当且仅当VN＝VD＝VP＝0时，Q(VN,VD,VP)＝0，表示无GNSS授时欺骗干扰；否则，Q(VN,VD,VP)＞0，表示有GNSS授时欺骗干扰。
本申请的一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例一所提供的方法。
在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种授时干扰检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用卫星授时信号来向、卫星授时信号载噪比、卫星的数量、各卫星的位置计算用时设备授时欺骗干扰信号质量判别值；
利用授时欺骗干扰信号质量判别值，基于授时欺骗干扰信号质量判别模型判断用时设备有无授时欺骗干扰；
所述授时欺骗干扰信号质量判别模型为：
式(1)中，VN表示GNSS授时信号载噪比分布判别值，VD表示GNSS授时信号来向分布判别值，VP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别值，Q(VN,VD,VP)表示GNSS授时欺骗干扰信号质量判别值；
计算授时信号载噪比分布判别值VN：
式(5)中，CN表示GNSS授时信号载噪比分布判别因子，TN表示GNSS授时信号载噪比分布判别阈值；
计算授时信号来向分布判别值VD：
式(6)中，CD表示GNSS授时信号来向分布判别因子，NUM为可见卫星的数量；
计算授时信号交叉定位分布判别值VP：
式(7)中，CP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别因子，TP表示GNSS授时信号交叉定位分布判别阈值；
计算授时欺骗干扰信号质量判别值：
Q(VN,VD,VP)＝VN+VD+VP (8)
当且仅当VN＝VD＝VP＝0时，Q(VN,VD,VP)＝0；否则，Q(VN,VD,VP)＞0。
2.根据权利要求1所述授时干扰检测方法，其特征在于，该方法包括计算所述授时信号载噪比分布判别因子CN：
式(2)中，CNk表示GNSS中编号为k的卫星的授时信号载噪比，k为GNSS卫星的编号，NUM表示可见卫星的数量，abs表示取绝对值，max表示取最大值，min表示取最小值，μ为GNSS授时信号载噪比分布的基线设定值。
3.根据权利要求1所述授时干扰检测方法，其特征在于，该方法包括计算所述授时信号来向分布判别因子CD：
式(3)中，CDk表示GNSS中编号为k的卫星的授时信号来向，k为GNSS卫星的编号，NUM表示当前可见卫星的数量；detdir(CDk)表示编号为k的卫星的授时信号的实测来向与真实来向是否一致；DALk和DAHk分别表示由天线阵测得的编号为k的卫星的授时信号的实测方位角和高度角，DELk和DEHk分别表示由卫星星历算出的编号为k的卫星的授时信号的真实方位角和高度角，abs表示取绝对值。
4.根据权利要求1所述授时干扰检测方法，其特征在于，该方法包括计算所述授时信号交叉定位分布判别因子CP：
式(4)中，CPm表示由第m组卫星解算得到的定位结果，每组卫星包含4颗卫星，共有NUM×(NUM-1)×(NUM-2)×(NUM-3)/24组卫星，NUM为可见卫星的数量，maxdis表示取所有定位结果中两两定位偏差的最大值；Satm表示参与定位解算的第m组卫星，calpos表示四星联立定位解算。
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