CN117250644B - 一种面向船舶应用的防干扰方法及系统 - Google Patents

一种面向船舶应用的防干扰方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117250644B
CN117250644B CN202311477849.3A CN202311477849A CN117250644B CN 117250644 B CN117250644 B CN 117250644B CN 202311477849 A CN202311477849 A CN 202311477849A CN 117250644 B CN117250644 B CN 117250644B
Authority
CN
China
Prior art keywords
interference
signal
deception
receiver
satellite
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.)
Active
Application number
CN202311477849.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117250644A (zh
Inventor
马若顺
孙敏
路寅
张钰琪
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.)
707th Research Institute of CSIC
Original Assignee
707th Research Institute of CSIC
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 707th Research Institute of CSIC filed Critical 707th Research Institute of CSIC
Priority to CN202311477849.3A priority Critical patent/CN117250644B/zh
Publication of CN117250644A publication Critical patent/CN117250644A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117250644B publication Critical patent/CN117250644B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40—Correcting position, velocity or attitude
    • 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
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/07—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing data for correcting measured positioning data, e.g. DGPS [differential GPS] or ionosphere corrections
    • G01S19/071—DGPS corrections
    • 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
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/08—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing integrity information, e.g. health of satellites or quality of ephemeris data
    • 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
    • G01S19/215—Interference related issues ; Issues related to cross-correlation, spoofing or other methods of denial of service issues related to spoofing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及电变量的测量技术领域，尤其涉及一种面向船舶应用的防干扰方法及系统，方法包括如下步骤：判断船舶当前是否存在欺骗干扰信号；若存在欺骗干扰信号，进一步判断欺骗干扰信号是否为压制式欺骗干扰信号；若存在压制式欺骗干扰信号，则将压制式欺骗干扰信号中引起卫星位置错误的卫星星历误差、卫星时钟修正误差以及引起卫星伪距值偏差的伪距校正量误差剔除；多波束控制方法，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号。本发明提供的方法及系统能够提高接收机的抗干扰性能，防止欺骗干扰信号对导航系统造成“扰乱”而影响船舶导航系统的安全性。

Description

一种面向船舶应用的防干扰方法及系统
技术领域
本发明涉及电变量的测量技术领域，尤其涉及一种面向船舶应用的防干扰方法及系统。
背景技术
在北斗授权信号体系的保护下，欺骗干扰源无法直接生成授权卫星导航信号，只能采用转发或录播的方式，录播可认为是长时间延迟的转发。对于船舶实际应用，欺骗干扰信号的播发方式主要包括录播、直接转发、提纯式转发欺骗、压制干扰加转发式欺骗、压制干扰加提纯式转发欺骗等手段，如果不对欺骗干扰信号进行识别并处理，欺骗干扰信号就可能会对导航系统造成“扰乱”，从而影响船舶导航系统的安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种面向船舶应用的防干扰方法及系统，通过持续对信号进行检测，判断是否存在欺骗干扰信号，再判断欺骗干扰信号是否为压制式欺骗干扰信号，再将具有明显干扰特征的信号剔除，然后再通过多波束控制方法进行处理，可以形成较深的干扰零陷，达到抑制欺骗干扰信号的效果，从而提高船舶导航系统的安全性。
本申请主要对压制式欺骗干扰信号进行零陷处理，而对于非压制式欺骗干扰信号可以不通过后期的零陷处理，因为而对于功率小于卫星信号的功率且差值小于设定值的欺骗干扰信号不会影响到接收机的处理效果，也不会对导航系统造成“扰乱”而影响船舶导航系统的安全性。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种面向船舶应用的防干扰方法，其包括如下步骤：
S1：船舶的多相关峰干扰检测模块持续对信号进行检测，当多相关峰干扰检测模块跟踪捕获到多个相关峰时，判断多个相关峰是否超过门限，若超过门限则判断船舶当前存在欺骗干扰信号，并将欺骗干扰信号传输给信号功率检测模块；
S2：信号功率检测模块检测欺骗干扰信号的功率，并将欺骗干扰信号的功率与卫星信号的功率比较，若欺骗干扰信号的功率大于卫星信号的功率且差值大于设定值，则判断存在压制式欺骗干扰信号，并将压制式欺骗干扰信号传输给电文信息异常监测模块,若判断不存在压制式欺骗干扰信号则返回步骤S1；
S3：电文信息异常监测模块将压制式欺骗干扰信号中引起卫星位置错误的卫星星历误差、卫星时钟修正误差以及引起卫星伪距值偏差的伪距校正量误差剔除，再将压制式欺骗干扰信号传输给基于多波束的联合处理模块；
S4：基于多波束的联合处理模块通过多波束控制方法，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号。
进一步，步骤S1中多相关峰干扰检测模块对信号进行检测包括如下步骤：
S11：设置搜索窗时长2秒进行第一次捕获，并判断第一次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则回到开始状态，若超过门限则转至下一步；
S12：设置搜索窗时长40毫秒进行第二次捕获，并判断第二次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则回到开始状态，若超过门限则转至下一步；
S13：根据第二次捕获的相关峰信息得到码相位，设置搜索起始点偏移2046码片进行第三次捕获，并判断第三次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则将第二次捕获的相关峰信息传输给信号功率检测模块进一步跟踪处理，若第二次捕获和第三次捕获的相关峰均超过门限，则设置搜索点继续偏移2046码片进行下一次捕获，直至第P次捕获的相关峰不超过门限，并将第P-1次捕获的相关峰信息传输给信号功率检测模块进一步跟踪处理。
优化的，步骤S2中欺骗干扰信号的功率与卫星信号的功率差值设定值为40dB。
进一步，步骤S4中多波束控制方法包括改进的空频联合域滤波方法及稳健并行多波束形成方法：
空频联合域滤波方法包括如下步骤：
S41：基于多波束的联合处理模块计算压制式欺骗干扰信号的干信比，并将压制式欺骗干扰信号的干信比与干信比预设值进行比较，若压制式欺骗干扰信号的干信比大于干信比预设值则触发接收机抗干扰天线启动干扰抑制；
S42：基于多波束的联合处理模块绘制多波束增益曲线，并计算多波束指向信息，得到正确的多个卫星的方向；
S43：接收机抗干扰天线进行多波束抗干扰抑制，接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，使接收机抗干扰天线接收的压制式欺骗干扰信号来向与卫星信号来向错开。
进一步，步骤S43多波束抗干扰抑制方法包括空频联合域滤波及多波束形成两部分：
空频联合域滤波步骤如下：
S431：首先建立窗函数的分析模型，对时域数据进行重叠加窗；
S432：根据窗函数的分析模型，选择合适的N点，对每个阵元后的N个采样值根据式（1）进行傅立叶变换得到频域信号：
（1）；
其中，为阵元数，/>，/>为采样时刻，/>，/>为采样时刻序号，为对应的时域中第m个阵元后的第n个采样值，/>为时域的窗函数第n个系数，/>为频域中的第m个阵元后的k采样时刻的采样值，/>表示虚数单位；
S433：将式（1）写成矢量的乘积形式为式（2）：
（2）；
其中：表示加权导向矢量，/>，H表示共轭转置，/>为第k个采样时刻M个阵元所组成的矢量，/>；
S434：根据频域信号的协方差矩阵式（3）得到协方差矩阵的第m行、第l列处的元素对应于第m个阵元和第l个阵元的第k个采样时刻值之间的协方差为式（4）：
（3）；
（4）；
其中：表示/>采样时刻的协方差矩阵 ，/>表示/>的共轭转置,E表示求期望，/>表示参考信号，/>为阵元m和l及其延迟节点信号之间组成的N×N维时域协方差矩阵；
S435：利用线性约束最小方差准则将每个频点权系数的估值问题转化为如式（5）的最优化问题：
（5）；
其中：为信号从期望方向入射时，在k个采样时刻形成的导向矢量，/>为期望入射方向在k个采样时刻指定的约束响应，/>表示权值矢量，/>表示/>的共轭转置；
S436：根据式（6）计算各个阵元k个采样时刻的最优化权值，并将式（6）简化为式（7）：
（6）；
（7）；
其中：为约束常数；
多波束形成方法如下：
S437：接收机抗干扰天线根据空频联合域滤波获得的各个阵元第k个采样时刻的最优化权值作为具有副瓣的并行多波束抗干扰权值，对欺骗干扰信号进行多波束抗干扰抑制，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，使接收机抗干扰天线接收的压制式欺骗干扰信号来向与卫星信号来向错开。
优化的，干信比预设值为30dB。
一种面向船舶应用的防干扰系统，用以执行上述任一项所述的面向船舶应用的防干扰方法，其包括多相关峰干扰检测模块、信号功率检测模块、电文信息异常监测模块、基于多波束的联合处理模块及接收机抗干扰天线。
发明的有益效果：
本发明通过持续对信号进行检测，判断是否存在欺骗干扰信号，若存在欺骗干扰信号，则进一步判断欺骗干扰信号是否为压制式欺骗干扰信号，若判断存在压制式欺骗干扰信号，则进一步将压制式欺骗干扰信号中引起卫星位置错误的卫星星历误差、卫星时钟修正误差以及引起卫星伪距值偏差的伪距校正量误差剔除，然后再通过多波束控制方法实施多波束抗干扰技术，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，使得接收机抗干扰天线在对着卫星的方向上产生最大增益，以提高接收机的抗干扰性能，从而防止欺骗干扰信号对导航系统造成“扰乱”而影响船舶导航系统的安全性。
附图说明
图1是本发明流程示意图。
图2是本发明多相关峰干扰检测模块检测流程图。
图3是本发明脉冲干扰占空比与跟踪信号的载噪比CN0的对应关系曲线。
图4是本发明系统结构示意图。
具体实施方式
一种面向船舶应用的防干扰方法，概述如下：判断船舶当前是否存在欺骗干扰信号；若存在欺骗干扰信号，进一步判断欺骗干扰信号是否为压制式欺骗干扰信号；若存在压制式欺骗干扰信号，则将压制式欺骗干扰信号中引起卫星位置错误的卫星星历误差、卫星时钟修正误差以及引起卫星伪距值偏差的伪距校正量误差剔除；采用多波束控制方法，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，若不存在压制式欺骗干扰信号则返回上一步；其流程图如图1所示，其具体包括如下步骤：
S1：船舶的多相关峰干扰检测模块持续对信号进行检测，当多相关峰干扰检测模块跟踪捕获到多个相关峰时，判断多个相关峰是否超过门限，若超过门限则判断船舶当前存在欺骗干扰信号，并将欺骗干扰信号传输给信号功率检测模块；
这里判断多个相关峰是否超过门限，主要是先看捕获的相关峰信号的峰值是否超过阈值，再看超过阈值的相关峰的数量是否超过门限，如果超过阈值的相关峰的数量超过门限则判断船舶当前存在欺骗干扰信号；
具体的，多相关峰干扰检测模块对信号进行检测其流程图如图2所示，包括如下步骤：
S11：设置搜索窗时长2秒进行第一次捕获，并判断第一次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则回到开始状态，若超过门限则转至下一步；
S12：设置搜索窗时长40毫秒进行第二次捕获，并判断第二次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则回到开始状态，若超过门限则转至下一步；
S13：根据第二次捕获的相关峰信息得到码相位，设置搜索起始点偏移2046码片进行第三次捕获，并判断第三次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则将第二次捕获的相关峰传输给信号功率检测模块进一步跟踪处理，若第二次捕获和第三次捕获的相关峰均超过门限，则设置搜索点继续偏移2046码片进行下一次捕获，直至第P次捕获的相关峰不超过门限，并将P-1次捕捉的相关峰结果传输给信号功率检测模块进一步跟踪处理。
该方法利用转发式欺骗干扰具有延时，且授权信号属于长码，不具有周期性的特点，通过对中频信号进行多次捕获，可以实现对真实信号的确认，该信号是延迟最小的信号。此方法可有效应对单颗卫星干扰信号多于2个的情况。
S2：信号功率检测模块检测欺骗干扰信号的功率，并将欺骗干扰信号的功率与卫星信号的功率比较，若欺骗干扰信号的功率大于卫星信号的功率且差值大于设定值，则判断存在压制式欺骗干扰信号，并将压制式欺骗干扰信号传输给电文信息异常监测模块,若判断不存在压制式欺骗干扰信号则返回步骤S1；
虽然欺骗干扰信号与卫星信号的强度相当，具有极高的隐蔽性，但是欺骗干扰信号的强度要略大于真实卫星信号强度，因为只有这样才能使欺骗干扰信号在接收机的捕获过程中占据优势。因此我们先通过信号功率检测模块检测欺骗干扰信号的功率，若欺骗干扰信号的功率大于卫星信号的功率且差值大于设定值，判断存在压制式欺骗干扰信号时才进行后续处理，而对于功率小于卫星信号的功率且差值小于设定值的欺骗干扰信号可以不进行处理，也不会影响到接收机的处理效果，这样可以提高处理效率。
S3：电文信息异常监测模块将压制式欺骗干扰信号中引起卫星位置错误的卫星星历误差、卫星时钟修正误差以及引起卫星伪距值偏差的伪距校正量误差剔除，再将压制式欺骗干扰信号传输给基于多波束的联合处理模块；
由于卫星星历、卫星时钟修正值及电离层延迟误差修正值都是由导航电文中相应参数计算得出，这些参数具有经验量级以及经验范围，通过采用电文信息监测判别的方法，在定位解算之前，将具有这种明显干扰特征的欺骗干扰信号剔除，利用概略位置和来自非录播欺骗信号的星历信息，计算得到正确的卫星方向，进而进入波束指向抑制欺骗干扰的状态，可以进一步提高处理效率及处理效果。
S4：基于多波束的联合处理模块通过多波束控制方法，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号。
在面向船舶的实际环境中，压制干扰和欺骗干扰可能是同时存在，船舶航行过程中所覆盖区域的变化，包括无干扰区域、底噪以下干扰区域、弱干扰区域、强干扰区域，最后是干扰饱和区域，其所经历的欺骗信号强度覆盖典型要求中的-5dB～10dB、10dB～40dB以及40dB以上的所有信号强度，压制干扰与欺骗信号同时存在的区域是防欺骗干扰的难点所在。船舶在接近应用的过程中，压制干扰逐渐增强，部分真实卫星信号不再可见，卫导设备被欺骗的概率增大。多波束控制方法是在自适应滤波基础上通过波束控制提升对接收信号的天线增益，而用低旁瓣对准干扰信号，以达到提高信噪比的目的，尤其在干扰和卫星信号来向接近时，其抗干扰性能要优于自适应滤波。其核心思路是采用波束控制方法，使接收机天线在对着卫星的方向上产生最大增益，以提高抗干扰性能。
优化的，步骤S2中欺骗干扰信号的功率与卫星信号的功率差值设定值为40dB。
进一步，步骤S4中多波束控制方法包括改进的空频联合域滤波方法及稳健并行多波束形成方法：
空频联合域滤波方法包括如下步骤：
S41：基于多波束的联合处理模块计算压制式欺骗干扰信号的干信比，并将压制式欺骗干扰信号的干信比与干信比预设值进行比较，若压制式欺骗干扰信号的干信比大于干信比预设值则触发接收机抗干扰天线启动干扰抑制；
S42：基于多波束的联合处理模块绘制多波束增益曲线，并计算多波束指向信息，得到正确的多个卫星的方向；
充分利用波束的增益曲线，可以达到增强有用信号、抑制欺骗信号的效果。0.46波长阵元间距的B3波束增益曲线如图3所示，当波束指向卫星时，即B3偏殿卫星偏离波束中心的角度为0°方向时，波束合成增益得到增强，每颗卫星平均增强4dB～6dB；而欺骗干扰信号只要不和卫星来向重叠，欺骗信号相对卫星直达信号的等效干信比就降低，如夹角为60°时，等效干信比降低18dB以上，这对欺骗抑制非常有益。
S43：接收机抗干扰天线进行多波束抗干扰抑制，接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，使接收机抗干扰天线接收的压制式欺骗干扰信号来向与卫星信号来向错开。
进一步，步骤S43多波束抗干扰抑制方法包括空频联合域滤波及多波束形成两部分：
空频联合域滤波步骤如下：
S431：首先建立窗函数的分析模型，对时域数据进行重叠加窗；
S432：根据窗函数的分析模型，选择合适的N点，对每个阵元后的N个采样值根据式（1）进行傅立叶变换得到频域信号：
（1）；
其中，为阵元数，/>，/>为采样时刻，/>，/>为采样时刻序号，为对应的时域中第m个阵元后的第n个采样值，/>为时域的窗函数第n个系数，/>为频域中的第m个阵元后的k采样时刻的采样值，/>表示虚数单位；
S433：将式（1）写成矢量的乘积形式为式（2）：
（2）；
其中：表示加权导向矢量，/>，H表示共轭转置，/>为第k个采样时刻M个阵元所组成的矢量，/>；
S434：根据频域信号的协方差矩阵式（3）得到协方差矩阵的第m行、第l列处的元素对应于第m个阵元和第l个阵元的第k个采样时刻值之间的协方差为式（4）：
（3）；
（4）；
其中：表示/>采样时刻的协方差矩阵 ，/>表示/>的共轭转置,E表示求期望，/>表示参考信号，/>为阵元m和l及其延迟节点信号之间组成的N×N维时域协方差矩阵；
S435：利用线性约束最小方差准则（LCMV）将每个频点权系数的估值问题转化为如式（5）的最优化问题：
（5）；
其中：为信号从期望方向入射时，在k个采样时刻形成的导向矢量，/>为期望入射方向在k个采样时刻指定的约束响应，/>表示权值矢量，/>表示/>的共轭转置；
S436：根据式（6）计算各个阵元第k个采样时刻的最优化权值，并将式（6）简化为式（7）：
（6）；
（7）；
其中：为约束常数；
由于约束中常数不会影响输出信干噪比的量值，且卫星导航信号功率在噪声之下，可将约束响应设置为得到平坦的功率谱，即对每个频点均取/>为1，进而将优化问题简化。
本发明提出空频联合域滤波方法，在傅里叶变换（FFT）之前加入窗函数的分析模型，通过先对时域数据进行重叠加窗，即每段用于FFT的时域数据开头和上一段数据的结尾是重叠的，然后再做FFT变换。由于加窗能使窄带干扰的能量集中在少数几个频点上，这样既能更好的抑制干扰，也能减少对真实信号的破坏，使算法的抗干扰性能全面提升。
多波束形成方法如下：
S437：接收机抗干扰天线根据空频联合域滤波获得的各个阵元第k个频点的最优化权值作为具有副瓣的并行多波束抗干扰权值，对欺骗干扰信号进行多波束抗干扰抑制，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，使接收机抗干扰天线接收的压制式欺骗干扰信号来向与卫星信号来向错开，使接收机天线在对着卫星的方向上产生增益，以提高抗干扰性能。
优化的，干信比预设值为30dB。
一种面向船舶应用的防干扰系统，其系统结构示意图如图4所示，用以执行上述任一项所述的面向船舶应用的防干扰方法，其包括多相关峰干扰检测模块、信号功率检测模块、电文信息异常监测模块、基于多波束的联合处理模块及接收机抗干扰天线。
本发明通过持续对信号进行检测，判断是否存在欺骗干扰信号，若存在欺骗干扰信号，则进一步判断欺骗干扰信号是否为压制式欺骗干扰信号，若判断存在压制式欺骗干扰信号，则进一步将压制式欺骗干扰信号中引起卫星位置错误的卫星星历误差、卫星时钟修正误差以及引起卫星伪距值偏差的伪距校正量误差剔除，然后再通过多波束控制方法实施多波束抗干扰技术，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，使得接收机抗干扰天线在对着卫星的方向上产生最大增益，以提高接收机的抗干扰性能，从而防止欺骗干扰信号对导航系统造成“扰乱”而影响船舶导航系统的安全性。
综上所述，本发明提供一种面向船舶应用的防干扰方法及系统，能够提高接收机的抗干扰性能，从而防止欺骗干扰信号对导航系统造成“扰乱”而影响船舶导航系统的安全性。
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 (5)

1.一种面向船舶应用的北斗授权信号体系防干扰方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：船舶的多相关峰干扰检测模块持续对信号进行检测，当多相关峰干扰检测模块跟踪捕获到多个相关峰时，判断多个相关峰是否超过门限，若超过门限则判断船舶当前存在欺骗干扰信号，并将欺骗干扰信号传输给信号功率检测模块；
多相关峰干扰检测模块对信号进行检测包括如下步骤：
S11：设置搜索窗时长2秒进行第一次捕获，并判断第一次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则回到开始状态，若超过门限则转至下一步；
S12：设置搜索窗时长40毫秒进行第二次捕获，并判断第二次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则回到开始状态，若超过门限则转至下一步；
S13：根据第二次捕获的相关峰信息得到码相位，设置搜索起始点偏移2046码片进行第三次捕获，并判断第三次捕获的相关峰是否超过门限，若没有超过门限则将第二次捕获的相关峰信息传输给信号功率检测模块进一步跟踪处理，若第二次捕获和第三次捕获的相关峰均超过门限，则设置搜索点继续偏移2046码片进行下一次捕获，直至第P次捕获的相关峰不超过门限，并将第P-1次捕获的相关峰信息传输给信号功率检测模块进一步跟踪处理；
S2：信号功率检测模块检测欺骗干扰信号的功率，并将欺骗干扰信号的功率与卫星信号的功率比较，若欺骗干扰信号的功率大于卫星信号的功率且差值大于设定值，则判断存在压制式欺骗干扰信号，并将压制式欺骗干扰信号传输给电文信息异常监测模块, 若判断不存在压制式欺骗干扰信号则返回步骤S1；
S3：电文信息异常监测模块将压制式欺骗干扰信号中引起卫星位置错误的卫星星历误差、卫星时钟修正误差以及引起卫星伪距值偏差的伪距校正量误差剔除，再将压制式欺骗干扰信号传输给基于多波束的联合处理模块；
S4：基于多波束的联合处理模块通过多波束控制方法，使接收机天线在对着卫星的方向上产生最大增益，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号,其中多波束控制方法包括改进的空频联合域滤波方法及稳健并行多波束形成方法，具体包括如下步骤：
S41：基于多波束的联合处理模块计算压制式欺骗干扰信号的干信比，并将压制式欺骗干扰信号的干信比与干信比预设值进行比较，若压制式欺骗干扰信号的干信比大于干信比预设值则触发接收机抗干扰天线启动干扰抑制；
S42：基于多波束的联合处理模块绘制多波束增益曲线，并计算多波束指向信息，得到正确的多个卫星的方向；
S43：接收机抗干扰天线进行多波束抗干扰抑制，接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，使接收机抗干扰天线接收的压制式欺骗干扰信号来向与卫星信号来向错开。
2.根据权利要求1所述的一种面向船舶应用的北斗授权信号体系防干扰方法，其特征在于，步骤S2中欺骗干扰信号的功率与卫星信号的功率差值设定值为40dB。
3.根据权利要求1所述的一种面向船舶应用的北斗授权信号体系防干扰方法，其特征在于，步骤S43多波束抗干扰抑制方法包括空频联合域滤波及多波束形成两部分：
空频联合域滤波步骤如下：
S431：首先建立窗函数的分析模型，对时域数据进行重叠加窗；
S432：根据窗函数的分析模型，选择合适的N点，对每个阵元后的N个采样值根据式（1）进行傅立叶变换得到频域信号：
（1）；
其中，为阵元数，/>，/>为采样时刻，/>，/>为采样时刻序号，/>为对应的时域中第m个阵元后的第n个采样值，/>为时域的窗函数第n个系数，/>为频域中的第m个阵元后的k采样时刻的采样值，/>表示虚数单位；
S433：将式（1）写成矢量的乘积形式为式（2）：
（2）；
其中：表示加权导向矢量，/>，H表示共轭转置，/>为第k个采样时刻M个阵元所组成的矢量，/>；
S434：根据频域信号的协方差矩阵式（3）得到协方差矩阵的第m行、第l列处的元素对应于第m个阵元和第l个阵元的第k个采样时刻值之间的协方差为式（4）：
（3）；
（4）；
其中：表示/>采样时刻的协方差矩阵 ，/>表示/>的共轭转置,E表示求期望，表示参考信号，/>为阵元m和l及其延迟节点信号之间组成的N×N维时域协方差矩阵；
S435：利用线性约束最小方差准则将每个频点权系数的估值问题转化为如式（5）的最优化问题：
（5）；
其中：为信号从期望方向入射时，在k个采样时刻形成的导向矢量，/>为期望入射方向在k个采样时刻指定的约束响应，/>表示权值矢量，/>表示/>的共轭转置；
S436：根据式（6）计算各个阵元第k个采样时刻的最优化权值，并将式（6）简化为式（7）：
（6）；
（7）；
其中：为约束常数；
多波束形成方法如下：
S437：接收机抗干扰天线根据空频联合域滤波获得的各个阵元第k个采样时刻的最优化权值作为具有副瓣的并行多波束抗干扰权值，对欺骗干扰信号进行多波束抗干扰抑制，使接收机抗干扰天线主瓣每一个波束对准一颗导航卫星，接收机抗干扰天线的低旁瓣对准欺骗干扰信号，使接收机抗干扰天线接收的压制式欺骗干扰信号来向与卫星信号来向错开。
4.根据权利要求3所述的一种面向船舶应用的北斗授权信号体系防干扰方法，其特征在于，干信比预设值为30dB。
5.一种面向船舶应用的北斗授权信号体系防干扰系统，其特征在于，用以执行如权利要求1-4任一项所述的面向船舶应用的防干扰方法，其包括多相关峰干扰检测模块、信号功率检测模块、电文信息异常监测模块、基于多波束的联合处理模块及接收机抗干扰天线。
CN202311477849.3A 2023-11-08 2023-11-08 一种面向船舶应用的防干扰方法及系统 Active CN117250644B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311477849.3A CN117250644B (zh) 2023-11-08 2023-11-08 一种面向船舶应用的防干扰方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311477849.3A CN117250644B (zh) 2023-11-08 2023-11-08 一种面向船舶应用的防干扰方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117250644A CN117250644A (zh) 2023-12-19
CN117250644B true CN117250644B (zh) 2024-02-13

Family

ID=89126615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311477849.3A Active CN117250644B (zh) 2023-11-08 2023-11-08 一种面向船舶应用的防干扰方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117250644B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117607915A (zh) * 2024-01-18 2024-02-27 烟台欣飞智能系统有限公司 导航诱骗信号干扰信号识别系统
CN118011333A (zh) * 2024-04-08 2024-05-10 成都金武科技有限公司 一种双频段相控阵雷达智能抗干扰方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101174849A (zh) * 2006-10-31 2008-05-07 中科院嘉兴中心微系统所分中心 无线传感网节点的扩频码片同步捕获和跟踪方法及其装置
CN103675842A (zh) * 2013-11-26 2014-03-26 航天恒星科技有限公司 一种空频联合抗干扰实现方法
CN105911566A (zh) * 2016-04-13 2016-08-31 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种欺骗干扰检测方法
CN108241159A (zh) * 2017-12-24 2018-07-03 北京卫星信息工程研究所 基于仿生组合导航辅助的抗欺骗式干扰方法
CN109782304A (zh) * 2019-01-29 2019-05-21 西安交通大学 一种信号捕获阶段的gnss欺骗干扰检测方法及系统
CN111934728A (zh) * 2020-06-16 2020-11-13 和芯星通科技(北京)有限公司 一种数字多波束天线处理方法、装置及设备
CN113031022A (zh) * 2021-04-25 2021-06-25 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于波束零陷指向的多维域卫星导航欺骗干扰检测方法
KR20210120499A (ko) * 2020-03-27 2021-10-07 덕산넵코어스 주식회사 배열 안테나를 이용하여 기만신호 제거가 가능한 빔 형성 항재밍 장치
CN115792966A (zh) * 2022-09-23 2023-03-14 电子科技大学 基于阵列天线与ins融合处理的卫星导航欺骗干扰检测方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3627190A1 (en) * 2018-09-21 2020-03-25 Septentrio N.V. System and method for detecting spoofing of gnss signals
US20230194728A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-22 Raytheon Company Standalone gnss anti-jam nuller-beamformer combining sfap and stap

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101174849A (zh) * 2006-10-31 2008-05-07 中科院嘉兴中心微系统所分中心 无线传感网节点的扩频码片同步捕获和跟踪方法及其装置
CN103675842A (zh) * 2013-11-26 2014-03-26 航天恒星科技有限公司 一种空频联合抗干扰实现方法
CN105911566A (zh) * 2016-04-13 2016-08-31 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种欺骗干扰检测方法
CN108241159A (zh) * 2017-12-24 2018-07-03 北京卫星信息工程研究所 基于仿生组合导航辅助的抗欺骗式干扰方法
CN109782304A (zh) * 2019-01-29 2019-05-21 西安交通大学 一种信号捕获阶段的gnss欺骗干扰检测方法及系统
KR20210120499A (ko) * 2020-03-27 2021-10-07 덕산넵코어스 주식회사 배열 안테나를 이용하여 기만신호 제거가 가능한 빔 형성 항재밍 장치
CN111934728A (zh) * 2020-06-16 2020-11-13 和芯星通科技(北京)有限公司 一种数字多波束天线处理方法、装置及设备
CN113031022A (zh) * 2021-04-25 2021-06-25 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于波束零陷指向的多维域卫星导航欺骗干扰检测方法
CN115792966A (zh) * 2022-09-23 2023-03-14 电子科技大学 基于阵列天线与ins融合处理的卫星导航欺骗干扰检测方法

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Overview of anti-jamming technologies for satellite navigation systems;D. Yan and S. Ni;《2022 IEEE 6th Information Technology and Mechatronics Engineering Conference (ITOEC)》;20220323;118-124 *
全相位FFT在SFAP抗干扰算法中的应用;王帅 等;太赫兹科学与电子信息学报;第15卷(第6期);第978-983页 *
刘天雄.《卫星导航系统概论》.中国宇航出版社,2018,第377-380页. *
卫星导航授时信号的抗干扰和欺骗检测技术综述;张骏杨;楚鹰军;;现代传输(第02期);56-65 *
基于空频滤波的并行单星约束波束形成算法;张伟;李剑凯;张萍;;科学技术与工程(第09期);1-4 *
基于软件无线电的GNSS干扰和多径监测系统设计;张云;崔晓伟;笪腾飞;王官龙;;电讯技术;20170328(第03期);288-295 *
戴成岗.《移动应急指挥平台》.河海大学出版社,2015,第147-148页. *
王屹伟 ; 路寅 ; .基于K-means聚类的GPS同步式欺骗识别方法.《电子与信息学报》.2023,4137-4149. *
阵列天线抑制欺骗式导航干扰信号方法研究;崔建华;程乃平;倪淑燕;;电子学报(第02期);365-371 *
陈希信 ; 韩彦明 ; 于景兰 .高频雷达自适应波束形成抗干扰研究.《电波科学学报》.2010,1169-1174+1233. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117250644A (zh) 2023-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117250644B (zh) 一种面向船舶应用的防干扰方法及系统
Daneshmand et al. A low-complexity GPS anti-spoofing method using a multi-antenna array
CN102033227B (zh) 以gps导航卫星为外辐射源的无源雷达微弱目标检测方法
US6252540B1 (en) Apparatus and method for two stage hybrid space-time adaptive processing in radar and communication systems
CN102393525B (zh) 子空间投影的导航干扰抑制与信号增强方法
CN101533091B (zh) 空时二维阻塞窄带干扰方法
CN110850445B (zh) 一种基于空时采样协方差求逆的脉冲干扰抑制方法
Daneshmand GNSS interference mitigation using antenna array processing
Daneshmand et al. A GNSS structural interference mitigation technique using antenna array processing
CN104330808B (zh) 基于解重扩技术的多类卫星导航干扰抑制方法
CN104330809A (zh) 基于多信源估计的卫星导航欺骗式干扰抑制方法
CN102087354A (zh) 无源雷达分组ls-clean微弱目标检测方法
CN106054144A (zh) 基于频率分集mimo雷达的主瓣压制式干扰抑制方法
WO2003050559A1 (en) System and method for auto calibrated reduced rank adaptive processor
CN113075698B (zh) 卫星导航接收机中欺骗式干扰抑制方法
CN113835068B (zh) 一种基于独立成分分析的盲源分离实时抗主瓣干扰方法
CN104536018A (zh) 一种使用阵列天线抗干扰技术的gnss多星联合捕获方法
CN113495284A (zh) 基于波束扫描的卫星导航欺骗干扰感知与抑制系统和方法
CN104391305A (zh) 基于欺骗式干扰doa估计的卫星导航欺骗式干扰抑制方法
Xu et al. DOA classification and CCPM-PC based GNSS spoofing detection technique
Ni et al. GNSS spoofing suppression based on multi-satellite and multi-channel array processing
CN106990393B (zh) 一种基于盲波束形成的导航接收机抗干扰系统
Daneshmand et al. GNSS interference and multipath suppression using array antenna
CN115616618A (zh) 一种gnss压制式与欺骗式干扰联合处理方法
Broumandan et al. Demonstration of a multi-layer spoofing detection implemented in a high precision gnss receiver

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