CN117518204A - 一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，包括如下步骤：步骤1：授时接收机正常接收GNSS卫星信号，并根据GNSS信号获得各颗卫星的观测数据和电文；步骤2：根据接收到的卫星观测数据和电文，授时接收机进行PVT解算；步骤3：授时接收机对正常跟踪通道的卫星进行轮询跟踪，并进行同源单星钟差计算，通过对差值的检测门限阈值判决，判断出欺骗卫星；步骤4：实时比对同源信号解算出的本地钟差，并与本地高稳时钟比对；如同源信号解算出的本地钟差有较大差异，则可认为存在欺骗信号。本发明抗欺骗干扰处理能力强，实现较为灵活，应用性强。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航授时领域，具体涉及一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法。
背景技术
全球卫星导航系统可在任何时候、任何地点为载体提供精确的位置、速度和时间信息，在很多行业得到了广泛应用，发挥了巨大作用。无论是在哪个行业的应用，都希望卫星导航信息安全可靠。但是导航卫星距离地面2万~3万千米，导航信号到达地面时非常微弱，因此GNSS导航终端非常容易受到无意或有意的干扰。随着科技的快速发展，卫星系统信号受到干扰和欺骗的现象越来越严重。一方面由于卫星信号在空间的传播，到达接收机时信号强度变得微弱，容易受到频段内干扰信号的影响；另一方面，ICD对外公开，使某些不法分子利用它，产生电文格式的数据篡改，使接收机受到人为的干扰攻击。
近些年，各研究机构针对GNSS欺骗干扰检测的研究，提出不同的方法。现有技术中通常采用多普勒频移载噪比检测方法，通过检测信号功率的异常变化来发现欺骗信号的存在。但当干扰欺骗信号与真实卫星信号功率相当时，通常采用此检测方法容易导致误判。
现有技术还提供一种基于星历虚假卫星导航信号识别技术，欺骗接收机跟踪后，慢慢地进行拉偏信号轨迹，以此来欺骗接收机的真实接收信号。但该方法应用场景有限主要针对转发式欺骗干扰，对生成式欺骗信号作用不大，甚至会消除真实信号而保留欺骗信号。基于多阵列天线、惯导系统以及多频点的欺骗干扰检测方法虽然综合检测效果较好，但硬件结构大且复杂，成本性价比对应较高，不适合在民用领域低成本应用。
现有技术中，抗欺骗干扰技术按其实现原理分为三类：信号体制抗欺骗、终端技术抗欺骗、外部辅助抗欺骗。从抗欺骗干扰的算法分类看，信号体制抗欺骗技术通过在导航伪码或电文内加入加密字段的方式以提高信号的安全性，增加了生产干扰信号的难度，但这要求导航信号体制的改变，实现难度大，实现代价高，并且仅对生成式欺骗干扰有效，对转发式欺骗干扰意义不大；而外部辅助抗欺骗方法需要额外增加惯导等传感设备，成本较高，对于普通用户难以推广，使用范围有限；基于接收终端的抗干扰算法，根据欺骗干扰信号的不同特征，进行抗欺骗干扰处理，实现较为灵活，应用性强。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对高隐蔽渐变牵引式欺骗信号高度逼真、渐变牵引式夺取信号接收环路，缓慢改变钟漂的特性，本发明提供了一种基于同源信号高隐蔽诱导式欺骗抑制方法。
本发明的技术方案具体为：
一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，包括如下步骤：
步骤1：授时接收机正常接收GNSS卫星信号，并根据GNSS信号获得各颗卫星的观测数据和电文；
步骤2：根据接收到的卫星观测数据和电文，授时接收机进行PVT解算；
步骤3：授时接收机对正常跟踪通道的卫星进行轮询跟踪，并进行同源单星钟差计算，通过对差值的检测门限阈值判决，判断出欺骗卫星；
步骤4：实时比对同源信号解算出的本地钟差，并与本地高稳时钟比对；如同源信号解算出的本地钟差有较大差异，则可认为存在欺骗信号，进一步与本地高稳时钟比对，可将欺骗信号与真实信号区别开来。
步骤1中，将授时接收机跟踪捕获通道划分为PVT通道和检测干扰欺骗通道；其中，PVT通道用于GNSS信号捕获跟踪，并进行PVT解算；检测干扰欺骗通道用于跟踪欺骗信号，并抑制欺骗信号。
步骤3包括如下步骤：
步骤3.1、检测干扰欺骗通道轮询跟踪同一颗卫星信号，根据接收到的卫星观测数据和电文，计算各检测干扰欺骗通道的接收机钟差；
步骤3.2：将PVT通道的卫星接收机钟差与检测干扰欺骗通道的接收机钟差一起排序，计算接收机钟差的最大值与最小值；
步骤3.3：如果最大值与最小值的差值小于阈值，则清除欺骗标志。如果最大值与最小值的差值大于阈值，则标志欺骗位置，继续判断PVT通道钟差与检测干扰欺骗通道钟差最小值，如果大于阈值，则剔除该颗卫星。
步骤3.2在接收机内部将这些本地钟差经过排序后，得到最大值和最小值的互差，如果互差值小于设定阈值，则遍历下一颗跟踪卫星。
步骤3.3在接收机内部通过遍历所有卫星来得到所遍历卫星的钟差结果，判决出跟踪卫星是否存在干扰或欺骗的信号，通过数据结果进行指示；如果没有异常干扰欺骗，则继续同步本地钟的钟控进行正常授时输出；如果发现异常，则剔除该卫星来进行定位和授时。
步骤4中，本地高稳时钟可短期维持高精度授时性能，可精确找出欺骗卫星信号，并进行剔除抑制。
本发明的有益效果为：本发明利用接收机多通道冗余计算能力，实时比对同源信号解算出的本地钟差，并与本地高稳时钟比对。如同源信号解算出的本地钟差有较大差异，则可认为存在欺骗信号，进一步与本地高稳时钟比对，可将欺骗信号与真实信号区别开来。因此，本发明抗欺骗干扰处理能力强，实现较为灵活，应用性强。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，该方法着眼点在于利用接收机多通道冗余计算能力，实时比对同源信号解算出的本地钟差，并与本地高稳时钟比对。如同源信号解算出的本地钟差有较大差异，则可认为存在欺骗信号，进一步与本地高稳时钟比对，可将欺骗信号与真实信号区别开来。
基于以上算法思想，将授时接收机跟踪捕获通道划分为跟踪定位结算通道（PVT通道）和检测干扰欺骗通道。PVT通道获取GNSS观测数据后，通过定位结算得到稳定的本地位置。检测干扰欺骗通道依靠轮询捕获定位中的应用卫星的方式，结合本地位置，进行同星的多路跟踪，计算出本地钟差。在接收机内部将这些本地钟差经过排序后，得到最大值和最小值的互差，如果互差值小于设定阈值，则遍历下一颗跟踪卫星，通过遍历所有卫星来得到所遍历卫星的钟差结果，判决出跟踪卫星是否存在干扰或欺骗的信号，通过数据结果进行指示。如果没有异常干扰欺骗，则继续同步本地钟的钟控进行正常授时输出；如果发现异常，则剔除该卫星来进行定位和授时。该方案实施简单，可对干扰欺骗信号进行有效检测，以及可以对干扰欺骗信号进行抑制。
如图1所示，一种基于同源信号高隐蔽诱导式欺骗抑制方法，容易实现，欺骗抑制效果好，适合牵引式的欺骗，该方法具体包括如下步骤：
步骤1：授时接收机正常接收GNSS卫星信号，并根据GNSS信号获得各颗卫星的观测数据和电文；
步骤2：根据接收到的卫星观测数据和电文，授时接收机进行PVT解算；
步骤3：授时接收机对正常跟踪通道的卫星进行轮询跟踪，并进行同源单星钟差计算，通过对差值的检测门限阈值判决 ，判断出欺骗卫星；
步骤4：实时比对同源信号解算出的本地钟差，并与本地高稳时钟比对；如同源信号解算出的本地钟差有较大差异，则可认为存在欺骗信号，进一步与本地高稳时钟比对，可将欺骗信号与真实信号区别开来。
进一步地，在步骤1中，将授时接收机跟踪捕获通道划分为PVT通道和检测干扰欺骗通道；其中，PVT通道用于GNSS信号捕获跟踪，并进行PVT解算，通过定位结算得到稳定的本地位置；检测干扰欺骗通道用于跟踪欺骗信号，并抑制欺骗信号。
进一步地，步骤3包括如下步骤：
步骤3.1、检测干扰欺骗通道轮询跟踪同一颗卫星信号，根据接收到的卫星观测数据和电文，计算各检测干扰欺骗通道的接收机钟差；
步骤3.2：将PVT通道的卫星接收机钟差与检测干扰欺骗通道的接收机钟差一起排序，计算接收机钟差的最大值与最小值；
步骤3.3：如果最大值与最小值的差值小于阈值，则清除欺骗标志。如果最大值与最小值的差值大于阈值，则标志欺骗位置，继续判断PVT通道钟差与检测干扰欺骗通道钟差最小值，如果大于阈值，则剔除该颗卫星。
进一步地，步骤3.2在接收机内部将这些本地钟差经过排序后，得到最大值和最小值的互差，如果互差值小于设定阈值，则遍历下一颗跟踪卫星。
进一步地，步骤3.3在接收机内部通过遍历所有卫星来得到所遍历卫星的钟差结果，判决出跟踪卫星是否存在干扰或欺骗的信号，通过数据结果进行指示；如果没有异常干扰欺骗，则继续同步本地钟的钟控进行正常授时输出；如果发现异常，则剔除该卫星来进行定位和授时。
进一步地，步骤4中，本地高稳时钟可短期维持高精度授时性能，可精确找出欺骗卫星信号，并进行剔除抑制。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：授时接收机正常接收GNSS卫星信号，并根据GNSS信号获得各颗卫星的观测数据和电文；
步骤2：根据接收到的卫星观测数据和电文，授时接收机进行PVT解算；
步骤3：授时接收机对正常跟踪通道的卫星进行轮询跟踪，并进行同源单星钟差计算，通过对差值的检测门限阈值判决，判断出欺骗卫星；
步骤4：实时比对同源信号解算出的本地钟差，并与本地高稳时钟比对；如同源信号解算出的本地钟差有较大差异，则可认为存在欺骗信号，进一步与本地高稳时钟比对，可将欺骗信号与真实信号区别开来。
2.根据权利要求1所述的一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，其特征在于：步骤1中，将授时接收机跟踪捕获通道划分为PVT通道和检测干扰欺骗通道；其中，PVT通道用于GNSS信号捕获跟踪，并进行PVT解算；检测干扰欺骗通道用于跟踪欺骗信号，并抑制欺骗信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，其特征在于：步骤3包括如下步骤：
步骤3.1、检测干扰欺骗通道轮询跟踪同一颗卫星信号，根据接收到的卫星观测数据和电文，计算各检测干扰欺骗通道的接收机钟差；
步骤3.2：将PVT通道的卫星接收机钟差与检测干扰欺骗通道的接收机钟差一起排序，计算接收机钟差的最大值与最小值；
步骤3.3：如果最大值与最小值的差值小于阈值，则清除欺骗标志；
如果最大值与最小值的差值大于阈值，则标志欺骗位置，继续判断PVT通道钟差与检测干扰欺骗通道钟差最小值，如果大于阈值，则剔除该颗卫星。
4.根据权利要求3所述的一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，其特征在于：步骤3.2在接收机内部将这些本地钟差经过排序后，得到最大值和最小值的互差，如果互差值小于设定阈值，则遍历下一颗跟踪卫星。
5.根据权利要求3所述的一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，其特征在于：步骤3.3在接收机内部通过遍历所有卫星来得到所遍历卫星的钟差结果，判决出跟踪卫星是否存在干扰或欺骗的信号，通过数据结果进行指示；如果没有异常干扰欺骗，则继续同步本地钟的钟控进行正常授时输出；如果发现异常，则剔除该卫星来进行定位和授时。
6.根据权利要求1所述的一种基于同源信号高隐蔽诱导式授时欺骗抑制方法，其特征在于：步骤4中，本地高稳时钟可短期维持高精度授时性能，可精确找出欺骗卫星信号，并进行剔除抑制。
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