CN117452443A - 一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法及装置。所述方法包括：根据载波相位观测量获取阵列导航信号中每一个导航信号的空间特征矢量。根据空间特征失量构建导航信号的空间来向相关模型，通过空间来向相关模型获取空间来向相关性系数矩阵。根据空间来向相关性系数矩阵与预设的第一判决门限的比对结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵，根据空间来向相关矩阵与累计时长获取阵列导航信号的检测统计量。采用本方法能够在不用校正阵列天线的情况下，实现对欺骗干扰的有效检测，并且有效降低实现成本和计算的复杂度。
Description
技术领域
本申请涉及卫星导航信号处理技术领域，特别是涉及一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法及装置。
背景技术
卫星导航系统能为用户提供高精度的定位和授时服务，其定位精度可达到米级，并且可以覆盖全球任意区域，这些特点使得卫星导航系统成为了世界上使用最为广泛的导航系统。卫星导航作为一种标准的导航定位手段，已被大规模应用于飞机、船只、汽车、智能手机、无人机以及各种智能穿戴设备。然而，随着卫星导航应用的不断普及和深入，卫星导航的安全性也越来越受到关注。
卫星导航接收机通过接收4颗或4颗以上的卫星信号，即可解算出位置和时间信息。然而，由于卫星信号的格式公开且没有加密措施，卫星导航接收机很容易受到欺骗干扰的攻击。攻击方可以生成和发射与卫星信号结构和调制方式相似的虚假信号来欺骗卫星导航接收机，也可以接收和存储卫星播发的真实信号，然后通过重放来欺骗卫星导航接收机。通过修改欺骗干扰的时延和电文信息，攻击者理论上可以使卫星导航接收机的定位结果变成任意预设的位置坐标。卫星导航接收机一旦被欺骗，极有可能产生严重的后果。因此，欺骗干扰是卫星导航安全应用的重大威胁之一。
目前已有多种欺骗干扰检测方法，但这其中大部分方法在面对攻击者精心设计的复杂欺骗干扰时，效果不佳。值得注意的是，与真实信号来自天基的导航卫星不同，绝大部分欺骗干扰通常来自陆基或低空平台，并且多个虚假信号来自同一方向（通过一个天线发射），因此对于卫星导航接收机而言，真实信号和欺骗干扰的波达方向（Direction ofArrival, DOA）往往存在明显的差异。卫星导航接收机通过估计信号（包括真实信号和欺骗干扰）的波达方向，并与基于卫星和接收机的位置几何关系计算出的波达方向进行对比，即可检测信号是否为欺骗干扰。这种方法被证明非常有效，可检测出大部分类型的欺骗干扰。但为了能够准确估计和计算出信号的波达方向，卫星导航接收机需要使用经过精确校正的阵列天线或窄波束定向天线，并且需要获得天线的姿态等先验信息，这显著增加了实现的成本和复杂度，限制了其应用。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高卫星导航应用安全性的一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法及装置。
一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法，所述方法包括：
获取卫星的阵列导航信号的载波相位观测量。
根据载波相位观测量获取阵列导航信号中每一个导航信号的空间特征矢量。
根据空间特征失量构建导航信号的空间来向相关模型，通过空间来向相关模型获取空间来向相关性系数矩阵。
根据空间来向相关性系数矩阵与预设的第一判决门限的比对结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵，根据空间来向相关矩阵与累计时长获取阵列导航信号的检测统计量。
通过比对检测统计量与预设的第二判决门限获取欺骗干扰检测结果。
在其中一个实施例中，还包括：卫星导航接收机采用阵列天线跟踪卫星阵列导航信号获取阵列导航信号在阵元上的载波相位观测量。
在其中一个实施例中，还包括：
；
其中，为/>时刻导航信号/>的空间特征矢量，/>为/>时刻导航信号/>在阵元n上的载波相位观测量，/>，N为阵元维度数，/>，/>为卫星导航接收机接收的导航信号的编号，L为阵列导航信号的维度，/>为当前时刻。
在其中一个实施例中，还包括：遍历阵列导航信号，将导航信号对应的空间特征矢量分别与剩余导航信号的空间特征失量逐一构建导航信号在阵列导航信号中的空间来向相关模型，并通过多组空间来向相关模型获取导航信号的空间来向相关性系数矩阵。
在其中一个实施例中，还包括：
；
其中，为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数，H为矢量的共轭转置，/>为/>时刻导航信号m的空间特征矢量，/>为/>时刻导航信号/>的空间特征矢量，/>为矢量的弗罗贝尼乌斯范数。
在其中一个实施例中，还包括：将空间来向相关性系数矩阵中的元素逐一与预设的第一判决门限进行比对，得到判决结果：
；
其中，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的判决结果，/>为预设的第一判决门限，/>为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数。根据判决结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵：
；
其中，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的空间来向相关矩阵，/>为在/>时刻阵列导航信号对应的判决结果，L为阵列导航信号的维度。空间来向相关矩阵根据卫星导航接收机的累计时长进行哈达玛积，得到待检测空间来向相关矩阵：
；
其中，C为待检测空间来向相关矩阵，M为累计时长，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的空间来向相关矩阵。通过待检测空间来向相关矩阵获取阵列导航信号的检测统计量：
；
其中，为导航信号/>与导航信号m的待检测空间来向相关矩阵，/>为检测统计量。
在其中一个实施例中，还包括：比对检测统计量与预设的第二判决门限，若检测统计量不小于第二判决门限/>，则卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为真。否则，卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为假。
一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置，所述装置包括：
载波相位观测量获取模块，用于获取卫星的阵列导航信号的载波相位观测量。
信号空间特征矢量计算模块，用于根据载波相位观测量获取阵列导航信号中每一个导航信号的空间特征矢量。
空间来向相关性系数矩阵获取模块，用于根据空间特征失量构建导航信号的空间来向相关模型，通过空间来向相关模型获取空间来向相关性系数矩阵。
检测统计量获取模块，用于根据空间来向相关性系数矩阵与预设的第一判决门限的比对结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵，根据空间来向相关矩阵与累计时长获取阵列导航信号的检测统计量。
检测结果判决模块，用于通过比对检测统计量与预设的第二判决门限获取欺骗干扰检测结果。
在其中一个实施例中，空间来向相关性系数矩阵获取模块，还用于，
；
其中，为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数，H为矢量的共轭转置，/>为/>时刻导航信号m的空间特征矢量，/>为/>时刻导航信号/>的空间特征矢量，/>为矢量的弗罗贝尼乌斯范数。
在其中一个实施例中，检测统计量获取模块，还用于将空间来向相关性系数矩阵中的元素逐一与预设的第一判决门限进行比对，得到判决结果：
；
其中，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的判决结果，/>为预设的第一判决门限，/>为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数。
根据判决结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵：
；
其中，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的空间来向相关矩阵，/>为在/>时刻阵列导航信号对应的判决结果，L为阵列导航信号的维度。
空间来向相关矩阵根据卫星导航接收机的累计时长进行哈达玛积，得到待检测空间来向相关矩阵：
；
其中，C为待检测空间来向相关矩阵，M为累计时长，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的空间来向相关矩阵。
通过对待检测空间来向相关矩阵中的元素进行求和运算获取阵列导航信号的检测统计量：
；
其中，为导航信号/>与导航信号m的待检测空间来向相关矩阵，/>为检测统计量。
在其中一个实施例中，检测结果判决模块，还用于比对检测统计量与预设的第二判决门限，若检测统计量不小于第二判决门限/>，则卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为真。否则，卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为假。
上述一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法及装置，首先，对获取的阵列导航信号的空间特征进行统计分析和建模，可以构建描述信号之间关系的空间来向相关模型，以此计算导航信号之间的相关性系数，以反映它们在空间上的相互作用程度。然后，先与预设的第一判决门限进行检测校验，计算出用于检测干扰的统计量，再将计算得到的检测统计量与第二判决门限进行比较，通过构建两个检测判决门限对阵列导航信号的空间来向一致性进行判决，在没有任何先验信息辅助且采用未经校正的普通阵列天线条件下，实现了对卫星导航欺骗干扰的有效检测，相比传统方法，仅在处理器内嵌相关运算单元，通过对未经校正的阵列天线获取的导航信号的载波相位观测量进行数据建模，按照环境需求设置两个判决门限，逐级进行欺骗干扰检测，即可精确检测出卫星导航信号欺骗干扰情况，在第一判决门限比对后，将判决比对结果的矩阵进行简化，极大降低了实现的成本和计算的复杂度，并且可应用到机载、船载和车载等各型平台的卫星导航接收机中，实现对欺骗干扰的有效检测，提高卫星导航应用的安全性和可靠性。
附图说明
图1为一个实施例中一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法的应用场景；
图2为一个实施例中一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法的流程图；
图3为一个实施例中一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测步骤的流程图；
图4为一个实施例中一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法，可以应用于如图1所示的卫星导航接收机上。其中，卫星导航接收机外接设备包括：阵列天线、射频前端和A/D（即模数转换器）。
阵列天线，由N个阵元组成，用于将接收辐射到天线上的电磁波，并将电磁波信号转换成电压或电流。
射频前端，包含放大器、变频器和滤波器等器件，用于将电压和电流转换成适合A/D转换的模拟中频信号。
A/D，用于对模拟中频信号进行采样和量化，将模拟中频信号转换为适合数字信号处理器处理的数字信号。
卫星导航接收机内置软件模块包括：捕获模块、跟踪模块、数据解调模块、位置解算模块和欺骗干扰检测装置。
捕获模块，在数字信号处理器中实现，用于对卫星信号进行捕获，获得信号的卫星号（即伪码序列号），并估计信号的伪码相位和多普勒频率。由于欺骗干扰通常伪装得与真实信号相似，因此捕获模块可能既捕到真实信号又捕到欺骗干扰信号。
跟踪模块，在数字信号处理器中实现，由码跟踪环路和载波跟踪环路组成，用于对捕获到的信号进行跟踪，获得观测量，观测量包括信号的伪码相位、多普勒频率和载波相位。
数据解调模块，在数字信号处理器中实现，用于将调制在信号中的数据解调出来，获得电文信息。
位置解算模块，在数字信号处理器中实现，用于根据观测量和电文信息，解算接收机的位置等信息。
欺骗干扰检测装置，如图中虚线框部分所示。该装置作为卫星导航接收机的一个嵌入式软件，在接收机的数字信号处理器（包括DSP、ARM、FPGA等）中实现。该装置内包括：信号空间特征矢量计算单元、空间来向相关性系数计算单元、空间来向相关矩阵构建单元、检测统计量计算单元和检测判决单元。
信号空间特征矢量计算单元，在数字信号处理器中实现，用于根据卫星导航接收机跟踪模块输出的信号载波相位观测量，计算出所有跟踪上的信号的空间特征矢量。
空间来向相关性系数计算单元，在数字信号处理器中实现，用于根据信号空间特征矢量，计算所有跟踪上的信号两两之间的空间来向相关性系数/>。
空间来向相关矩阵构建单元，在数字信号处理器中实现，用于对空间来向相关性系数与判决门限一进行比较，构建空间来向相关矩阵/>。
检测统计量计算单元，在数字信号处理器中实现，用于根据空间来向相关矩阵，计算检测统计量/>。
检测判决单元，在数字信号处理器中实现，用于将检测统计量与判决门限二进行比较，输出欺骗干扰检测结果：即当前存在欺骗或者不存在欺骗。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法，包括以下步骤：
步骤202，获取卫星阵列导航信号的载波相位观测量。
载波相位观测量是卫星导航接收机的基本测量值，卫星导航接收机可通过信号捕获和跟踪处理获得，信号捕获和跟踪处理以及如何获得载波相位观测量均是卫星导航领域的公知常识，具体可参见书籍《Kaplan E D, Hegarty C J. Understanding GPS:principles and applications [M]. 2nd ed. Norwood, MA: Artech House，2006》。
具体的，卫星导航接收机采用的阵列天线有N个阵元，对每个阵元接收的信号分别进行捕获跟踪处理，成功跟踪上了L个信号（包括真实卫星信号和潜在的欺骗干扰），那么接收机可以获得导航信号在阵元/>上的载波相位观测量，以及导航信号/>在阵元/>上的载波相位观测量。
步骤204，根据载波相位观测量获取阵列导航信号中每一个导航信号的空间特征矢量。
步骤206，根据空间特征失量构建导航信号的空间来向相关模型，通过空间来向相关模型获取空间来向相关性系数矩阵。
具体的，通过载波相位观测量计算阵列导航信号中每一个导航信号的在当前时刻的空间特征矢量，任意选取两个导航信号，将其对应的空间特征向量进行两两建模，构建空间来向相关模型，获取每一组导航信号的空间来向相关性系数，当阵列导航信号中所有导航信号都以完成配对后，得到阵列导航信号对应的空间来向相关模型组，通过该模型组可以获取所有阵元上导航信号的空间来向相关性系数矩阵。
进一步地，
；
其中，为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数，H为矢量的共轭转置，/>为k时刻导航信号m的空间特征矢量，/>为k时刻导航信号/>的空间特征矢量，/>为矢量的弗罗贝尼乌斯范数。
步骤208，根据空间来向相关性系数矩阵与预设的第一判决门限的比对结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵，根据空间来向相关矩阵与累计时长获取阵列导航信号的检测统计量。
步骤210，通过比对检测统计量与预设的第二判决门限获取欺骗干扰检测结果。
上述一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法中，首先，对获取的阵列导航信号的空间特征进行统计分析和建模，可以构建描述信号之间关系的空间来向相关模型，以此计算导航信号之间的相关性系数，以反映它们在空间上的相互作用程度。然后，先与预设的第一判决门限进行检测校验，计算出用于检测干扰的统计量，再将计算得到的检测统计量与第二判决门限进行比较，通过构建两个检测判决门限对阵列导航信号的空间来向一致性进行判决，在没有任何先验信息辅助且采用未经校正的普通阵列天线条件下，实现了对卫星导航欺骗干扰的有效检测，相比传统方法，仅在处理器内嵌相关运算单元，通过对未经校正的阵列天线获取的导航信号的载波相位观测量进行数据建模，按照环境需求设置两个判决门限，逐级进行欺骗干扰检测，即可精确检测出卫星导航信号欺骗干扰情况，在第一判决门限比对后，将判决比对结果的矩阵进行简化，极大降低了实现的成本和计算的复杂度，并且可应用到机载、船载和车载等各型平台的卫星导航接收机中，实现对欺骗干扰的有效检测，提高卫星导航应用的安全性和可靠性。
在其中一个实施例中，卫星导航接收机采用阵列天线跟踪卫星阵列导航信号获取阵列导航信号在阵元上的载波相位观测量。
在其中一个实施例中，
；
其中，为/>时刻导航信号/>的空间特征矢量，/>为/>时刻导航信号/>在阵元n上的载波相位观测量，/>，N为阵元维度数，/>，/>为卫星导航接收机接收的导航信号的编号，L为阵列导航信号的维度，/>为当前时刻。
值得说明的是，载波相位观测量的输出频度一般为每秒1次，因此k时刻与k+1时刻之间的时间间隔一般为1秒。
在其中一个实施例中，遍历阵列导航信号，将导航信号对应的空间特征矢量分别与剩余导航信号的空间特征失量逐一构建导航信号在阵列导航信号中的空间来向相关模型，并通过多组空间来向相关模型获取导航信号的空间来向相关性系数矩阵。
在其中一个实施例中，
；
其中，为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数，H为矢量的共轭转置，/>为/>时刻导航信号m的空间特征矢量，/>为/>时刻导航信号/>的空间特征矢量，/>为矢量的弗罗贝尼乌斯范数。
在其中一个实施例中，
将空间来向相关性系数矩阵中的元素逐一与预设的第一判决门限进行比对，得到判决结果：
；
其中，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的判决结果，T 1为预设的第一判决门限，/>为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数。根据判决结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵：
；
其中，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的空间来向相关矩阵，/>为在/>时刻阵列导航信号对应的判决结果，L为阵列导航信号的维度。空间来向相关矩阵根据卫星导航接收机的累计时长进行哈达玛积，得到待检测空间来向相关矩阵：
；
其中，C为待检测空间来向相关矩阵，M为累计时长，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的空间来向相关矩阵。通过待检测空间来向相关矩阵获取阵列导航信号的检测统计量：
；
其中，为导航信号/>与导航信号m的待检测空间来向相关矩阵，/>为检测统计量。
值得说明的是，第一判决门限T 1与T 2第二判决门限需要根据具体的应用场景选取，可以是固定的或动态调整的，一般可取经验值0.95。此外，M为卫星导航接收机在一段时间内捕获信号中的时刻数，其取值需要根据具体的应用场景进行选取，一般可取经验值5，即以5个时刻为一个双门限判决的检测周期。是一个L行L列的方阵，且矩阵中的每个元素取值为0或者1。
在其中一个实施例中，比对检测统计量与预设的第二判决门限T 2，若检测统计量不小于第二判决门限T 2，则卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为真。否则，卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为假。
值得说明的是，基于普通阵列天线接收的数据，构建出两个检测门限对信号的空间来向一致性进行判决，可对欺骗干扰进行有效检测。本方法是一种盲检测方法，不需要任何先验信息，也不需要对阵列天线进行校正，因而极大降低了实现成本和复杂度。
在其中一个实施例中，如图3所示，提供了一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测步骤：
步骤S1，根据接收机获得的信号载波相位观测量，计算信号的空间特征矢量；
步骤S2，计算信号之间的空间来向相关性系数；
步骤S3，对空间来向相关性系数进行第一次门限判决，构造出空间来向相关矩阵；
步骤S4，根据多个时刻的空间来向相关矩阵，构建检测统计量；
步骤S5，对检测统计量进行第二次门限判决，得到检测结果。
应该理解的是，虽然图2-图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置，包括：载波相位观测量获取模块402、信号空间特征矢量计算模块404、空间来向相关性系数矩阵获取模块406、检测统计量获取模块408和检测结果判决模块410，其中：
载波相位观测量获取模块402，用于获取卫星的阵列导航信号的载波相位观测量。
信号空间特征矢量计算模块404，用于根据载波相位观测量获取阵列导航信号中每一个导航信号的空间特征矢量。
空间来向相关性系数矩阵获取模块406，用于根据空间特征失量构建导航信号的空间来向相关模型，通过空间来向相关模型获取空间来向相关性系数矩阵。
检测统计量获取模块408，用于根据空间来向相关性系数矩阵与预设的第一判决门限的比对结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵，根据空间来向相关矩阵与累计时长获取阵列导航信号的检测统计量。
检测结果判决模块410，用于通过比对检测统计量与预设的第二判决门限获取欺骗干扰检测结果。
在其中一个实施例中，空间来向相关性系数矩阵获取模块，还用于，
；
其中，为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数，H为矢量的共轭转置，/>为/>时刻导航信号m的空间特征矢量，/>为/>时刻导航信号的空间特征矢量，/>为矢量的弗罗贝尼乌斯范数。
在其中一个实施例中，检测统计量获取模块，还用于将空间来向相关性系数矩阵中的元素逐一与预设的第一判决门限进行比对，得到判决结果：
；
其中，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的判决结果，T 1为预设的第一判决门限，/>为导航信号m和导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数。
根据判决结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵：
；
其中，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的空间来向相关矩阵，/>为在/>时刻阵列导航信号对应的判决结果，L为阵列导航信号的维度。
空间来向相关矩阵根据卫星导航接收机的累计时长进行哈达玛积，得到待检测空间来向相关矩阵：
；
其中，C为待检测空间来向相关矩阵，M为累计时长，为在/>时刻导航信号/>与导航信号m的空间来向相关矩阵。
通过对待检测空间来向相关矩阵中的元素进行求和运算获取阵列导航信号的检测统计量：
；
其中，为导航信号/>与导航信号m的待检测空间来向相关矩阵，/>为检测统计量。
在其中一个实施例中，检测结果判决模块，还用于比对检测统计量与预设的第二判决门限T 2，若检测统计量不小于第二判决门限T 2，则卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为真。否则，卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为假。
关于一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置的具体限定可以参见上文中对于一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法的限定，在此不再赘述。上述一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取卫星的阵列导航信号的载波相位观测量；
根据所述载波相位观测量获取所述阵列导航信号中每一个导航信号的空间特征矢量；
根据所述空间特征失量构建所述导航信号的空间来向相关模型，通过所述空间来向相关模型获取空间来向相关性系数矩阵；
根据所述空间来向相关性系数矩阵与预设的第一判决门限的比对结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵，根据所述空间来向相关矩阵与累计时长获取所述阵列导航信号的检测统计量；
通过比对所述检测统计量与预设的第二判决门限获取欺骗干扰检测结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取卫星阵列导航信号的载波相位观测量，包括：
卫星导航接收机采用阵列天线跟踪卫星阵列导航信号获取所述阵列导航信号在阵元上的载波相位观测量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述载波相位观测量获取所述阵列导航信号中每一个导航信号的空间特征矢量，包括：
；
其中，为/>时刻导航信号/>的空间特征矢量，/>为/>时刻所述导航信号/>在阵元/>上的载波相位观测量，/>，N为阵元维度数，/>，/>为卫星导航接收机接收的导航信号的编号， L为所述阵列导航信号的维度，/>为当前时刻。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述空间特征失量构建所述导航信号的空间来向相关模型，通过所述空间来向相关模型获取空间来向相关性系数矩阵，包括：
遍历所述阵列导航信号，将所述导航信号对应的空间特征矢量分别与剩余导航信号的空间特征失量逐一构建所述导航信号在所述阵列导航信号中的空间来向相关模型，并通过多组所述空间来向相关模型获取所述导航信号的空间来向相关性系数矩阵。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，遍历所述阵列导航信号，将所述导航信号对应的空间特征矢量分别与剩余导航信号的空间特征失量逐一构建所述导航信号在所述阵列导航信号中的空间来向相关模型，包括：
；
其中，为导航信号/>和所述导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数，H为矢量的共轭转置，/>为/>时刻所述导航信号m的空间特征矢量，/>为/>时刻所述导航信号/>的空间特征矢量，/>为矢量的弗罗贝尼乌斯范数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述空间来向相关性系数矩阵与预设的第一判决门限的比对结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵，根据所述空间来向相关矩阵与累计时长获取所述阵列导航信号的检测统计量，包括：
将所述空间来向相关性系数矩阵中的元素逐一与预设的第一判决门限进行比对，得到判决结果：
；
其中，为在/>时刻所述导航信号/>与所述导航信号m的判决结果，/>为预设的第一判决门限，/>为所述导航信号m和所述导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数；
根据所述判决结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵：
；
其中，为在/>时刻所述导航信号/>与所述导航信号m的空间来向相关矩阵，为在/>时刻所述阵列导航信号对应的判决结果，L为所述阵列导航信号的维度；
所述空间来向相关矩阵根据所述卫星导航接收机的累计时长进行哈达玛积，得到待检测空间来向相关矩阵：
；
其中，C为所述待检测空间来向相关矩阵，M为累计时长，为在/>时刻所述导航信号/>与所述导航信号m的空间来向相关矩阵；
通过对所述待检测空间来向相关矩阵中的元素进行求和运算获取所述阵列导航信号的检测统计量：
；
其中，为所述导航信号/>与所述导航信号m的待检测空间来向相关矩阵，/>为检测统计量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过比对所述检测统计量与预设的第二判决门限获取欺骗干扰检测结果，包括：
比对所述检测统计量与预设的第二判决门限，若所述检测统计量不小于所述第二判决门限/>，则所述卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为真；否则，所述卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为假。
8.一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置，其特征在于，所述装置包括：
载波相位观测量获取模块，用于获取卫星的阵列导航信号的载波相位观测量；
信号空间特征矢量计算模块，用于根据所述载波相位观测量获取所述阵列导航信号中每一个导航信号的空间特征矢量；
空间来向相关性系数矩阵获取模块，用于根据所述空间特征失量构建所述导航信号的空间来向相关模型，通过所述空间来向相关模型获取空间来向相关性系数矩阵；
检测统计量获取模块，用于根据所述空间来向相关性系数矩阵与预设的第一判决门限的比对结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵，根据所述空间来向相关矩阵与累计时长获取所述阵列导航信号的检测统计量；
检测结果判决模块，用于通过比对所述检测统计量与预设的第二判决门限获取欺骗干扰检测结果。
9.根据权利要求8所述的一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置，其特征在于，所述空间来向相关性系数矩阵获取模块，还用于，
；
其中，为导航信号m和所述导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数，H为矢量的共轭转置，/>为/>时刻所述导航信号m的空间特征矢量，/>为/>时刻所述导航信号/>的空间特征矢量，/>为矢量的弗罗贝尼乌斯范数。
10.据权利要求8所述的一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置，其特征在于，所述检测统计量获取模块，还用于将所述空间来向相关性系数矩阵中的元素逐一与预设的第一判决门限进行比对，得到判决结果：
；
其中，为在/>时刻所述导航信号/>与所述导航信号m的判决结果，/>为预设的第一判决门限，/>为所述导航信号m和所述导航信号/>在/>时刻的空间来向相关性系数；
根据所述判决结果构建当前时刻的空间来向相关矩阵：
；
其中，为在/>时刻所述导航信号/>与所述导航信号m的空间来向相关矩阵，为在/>时刻所述阵列导航信号对应的判决结果，L为所述阵列导航信号的维度；
所述空间来向相关矩阵根据所述卫星导航接收机的累计时长进行哈达玛积，得到待检测空间来向相关矩阵：
；
其中，C为所述待检测空间来向相关矩阵，M为累计时长，为在/>时刻所述导航信号/>与所述导航信号m的空间来向相关矩阵；
通过对所述待检测空间来向相关矩阵中的元素进行求和运算获取所述阵列导航信号的检测统计量：
；
其中，为所述导航信号/>与所述导航信号m的待检测空间来向相关矩阵，/>为检测统计量。
11.根据权利要求8所述的一种基于双门限判决的卫星导航欺骗干扰检测装置，其特征在于，所述检测结果判决模块，还用于比对所述检测统计量与预设的第二判决门限，若所述检测统计量不小于所述第二判决门限/>，则所述卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为真；否则，所述卫星导航接收机的欺骗干扰检测结果为假。
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2023
- 2023-12-22 CN CN202311780094.4A patent/CN117452443B/zh active Active
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