CN119045006B - 一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法 - Google Patents

一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法

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CN119045006B CN202411042992.4A CN202411042992A CN119045006B CN 119045006 B CN119045006 B CN 119045006B CN 202411042992 A CN202411042992 A CN 202411042992A CN 119045006 B CN119045006 B CN 119045006B
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Abstract

本申请涉及一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法。方法包括：基于配置好的欺骗信号对目标接收机实施异步牵引式欺骗，遍历目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将混合信号输入至目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果，统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值，根据重点基础设施对应的接收机参数、目标接收机仿真参数配置集以及欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。采用本方法能够提高安全性检测的可靠性和重要基础设施的抗异步欺骗能力。

Description

一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法。
背景技术
目前，全球四大卫星导航系统都可以为全球的用户实时提供高精度、全天候的定位、导航和授时服务，在各个生产生活方面都有着重要的应用和意义。全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的应用无处不在并且飞速发展的同时GNSS欺骗技术也在以同样的速度迅猛发展着，这使GNSS的安全性也成为了一个亟待解决的国际性问题。特别是针对重大基础设施的欺骗安全性检测方面的研究相对匮乏。该类设施的导航接收机一般会起着授时定位等重要功能，但是其采用的民用接收机在抵抗生成式欺骗方面存在一定的缺陷。在未来，重点基础设施在面临各种欺骗干扰时，如何进行行业欺骗安全性检测是一重要问题。
GNSS欺骗式干扰是一种人为的恶意干扰，相比于压制式干扰具备更大威胁性。压制式干扰主要是利用大功率干扰信号，迫使目标接收机失锁，失去导航定位的能力。而欺骗式干扰则比较隐蔽，可以使目标接收机被迫跟踪虚假的欺骗信号，从而产生错误的速度、定位、时间结果。生成式欺骗干扰根据所生成欺骗信号是否与真实卫星信号同步，可将生成式欺骗干扰分为异步生成式与同步生成式欺骗干扰这两类欺骗技术。
对于同步生成式欺骗，需要预先得知真实信号的信息后，在欺骗信号播发期间凭借大功率优势抢占跟踪环路实现欺骗。但是在实际应用场景中，欺骗器通常无法获得目标接收机的精确参数，产生的欺骗信号的相关参数通常会偏离真实信号参数，从而有可能导致接收机跟踪环路失锁。异步欺骗可以在真实信号的精确参数未知情况下，并且在接收机不失锁的前提下实现欺骗信号与真实信号的同步和牵引。现有的研究基于初始码相位对齐或在2个码片间隔以内，通过设置伪码时延实现位置拉偏。现有研究主要关注于对该欺骗样式的探索和对欺骗机理的分析，异步欺骗的牵引速度是其能否成功的关键因素，传统方法通过设置固定的伪码拉偏速度对接收机实施欺骗，然而这些方法都是针对欺骗方的研究，无法对处于受异步欺骗样式欺骗下的受欺骗方实现可靠的安全性检测指导，因此，如何为重点基础设施在面临异步欺骗时的安全性检测提供参考成为亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法。
一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法，所述方法包括：
根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号；所述欺骗信号仿真参数包括起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、信号功率增益和欺骗进入时间；所述欺骗信号用于实施异步牵引式欺骗；
遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将所述混合信号输入至所述目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果；所述目标接收机仿真参数包括码环阶数、环路带宽和阻尼系数；
统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值；
根据重点基础设施对应的接收机参数、所述目标接收机仿真参数配置集以及所述欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。
在其中一个实施例中，还包括：查找重点基础设施对应的接收机参数在所述目标接收机仿真参数配置集中的匹配参数，根据匹配参数对应的欺骗牵引速度参考阈值得到重点基础设施的接收机在遇到欺骗时被成功欺骗的临界值；根据匹配参数与欺骗牵引速度参考阈值的关系辅助优化所述重点基础设施对应的接收机参数。
在其中一个实施例中，还包括：通过增大接收机环路带宽提高欺骗牵引速度阈值；当所述匹配参数中的阻尼系数表现为欠阻尼时，增大接收机阻尼系数提高欺骗牵引速度阈值，当阻尼系数表现为过阻尼时，减小接收机阻尼系数提高欺骗牵引速度阈值；以及，通过增大接收机环路阶数提高欺骗牵引速度阈值。
在其中一个实施例中，还包括：根据目标接收机的跟踪码环输出结果得到各跳变点的相关峰跳变量，若所述相关峰跳变量大于跳变阈值，则对跳变点后的第i个跳变点进行稳定性检测，若通过稳定性检测，则判定异步欺骗成功；若未通过稳定性检测，则判定异步欺骗失败。
在其中一个实施例中，还包括：设置混合信号中开始出现欺骗信号的时刻为欺骗信号的欺骗进入时间；根据目标接收机的先验位置信息确定偏差范围，根据偏差范围设置欺骗信号的起始拉偏点；根据伪码相位差、欺骗信号和导航卫星信号的码相位设置欺骗信号的伪码拉偏速度；根据实际需求设置欺骗信号的目标拉偏点；根据欺骗信号和导航卫星信号的功率幅值设置欺骗信号的信号功率增益；根据所述起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、欺骗进入时间和信号功率增益配置欺骗信号。
在其中一个实施例中，还包括：所述目标接收机仿真参数配置集包括各码环阶数对应的码跟踪环结构下的参数配置序列；所述参数配置序列包括若干环路带宽和阻尼系数构成的接收机参数对；所述码环阶数包括一阶码跟踪环、二阶码跟踪环和三阶码跟踪环。
在其中一个实施例中，还包括：遍历目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机包括：遍历每一码环阶数对应的码跟踪环结构下的参数配置序列，对于当前参数配置序列，遍历每一接收机参数对，根据当前接收机参数对进行目标接收机仿真配置。
一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试装置，所述装置包括：
信号仿真模块，用于根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号；所述欺骗信号仿真参数包括起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、信号功率增益和欺骗进入时间；所述欺骗信号用于实施异步牵引式欺骗；
接收机仿真模块，用于遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将所述混合信号输入至所述目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果；所述目标接收机仿真参数包括码环阶数、环路带宽和阻尼系数；
阈值获取模块，用于统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值；
安全性检测模块，用于根据重点基础设施对应的接收机参数、所述目标接收机仿真参数配置集以及所述欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号；所述欺骗信号仿真参数包括起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、信号功率增益和欺骗进入时间；所述欺骗信号用于实施异步牵引式欺骗；
遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将所述混合信号输入至所述目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果；所述目标接收机仿真参数包括码环阶数、环路带宽和阻尼系数；
统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值；
根据重点基础设施对应的接收机参数、所述目标接收机仿真参数配置集以及所述欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号；所述欺骗信号仿真参数包括起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、信号功率增益和欺骗进入时间；所述欺骗信号用于实施异步牵引式欺骗；
遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将所述混合信号输入至所述目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果；所述目标接收机仿真参数包括码环阶数、环路带宽和阻尼系数；
统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值；
根据重点基础设施对应的接收机参数、所述目标接收机仿真参数配置集以及所述欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。
上述针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法，通过预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号，基于欺骗信号对目标接收机实施异步牵引式欺骗，遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将混合信号输入至目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果，统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值，根据重点基础设施对应的接收机参数、目标接收机仿真参数配置集以及欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。本发明实施例，能够提高安全性检测的可靠性，提高重要基础设施的抗异步欺骗能力。
附图说明
图1为一个实施例中针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法的流程示意图；
图2为一个实施例中DLL工作原理示意图；
图3为一个实施例中环路滤波器基本原理框图；
图4为一个实施例中仿真实验流程示意图；
图5为一个实施例中欺骗检测流程示意图；
图6为一个实施例中多环路结构下欺骗拉偏结果示意图；
图7为一个实施例中不同功率增益下欺骗拉偏速度示意图；
图8为一个实施例中针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试装置的结构框图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
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。
对重大基础设施的导航欺骗，欺骗对抗场景是无感欺骗带有先验位置信息误差的目标接收机。由于目标接收机的先验位置信息不足，使用同步生成式欺骗时，必须首先与真实导航信号码相位对齐。这使得同步式欺骗无法实现对正在稳定接收导航信号的目标接收机的无感欺骗。因此，对于带有先验位置信息误差的接收机目标，同步生成式欺骗是不适用的。异步生成式欺骗不需要与导航信号同步，其仅需要得知目标接收机的概略位置信息，通过设置不同的欺骗牵引速度，从而无感切入并控制正在稳定接收导航信号的目标接收机。
由于只能获取目标接收机的概略位置信息，无法获得精确位置，这会引入目标接收机的初始位置偏差。假设伪码相位误差等于先验位置信息误差，则欺骗方需要首先补齐这一偏差，使欺骗信号能够与真实导航信号同步对齐，并且满足在正向同步和反向同步的范围内都能实现对齐，然后再拉偏至目标欺骗点。综上分析可知，该过程中牵引速度的快慢是决定欺骗成功与否的关键参数。
在此假定Δτ1码相位时延误差为先验位置信息误差，欺骗源设置拉偏起始点码相位与真实信号码相位的误差为Δτ2，Δτ2大于Δτ1即起始拉偏范围大于先验位置信息误差，根据上文所述原理，这样可以满足无论是正向同步或者反向同步均可以实现与导航信号对齐，然后再拉偏Δτ3码相位时延至目标欺骗点。分析可知该过程的关键是对欺骗拉偏速度vs的探索：
vs*t1+vs*t2＝Δτ2+Δτ3 (1)
式中，t1表示欺骗信号与导航信号的对齐时间，t2表示欺骗信号从同步位置拉偏到目标欺骗点的时间。
根据异步欺骗对抗场景的想定，导航信号的同步与拉偏在实际应用中至关重要，尤其是在目标接收机先验位置信息不足的情况下，研究这一过程尤为必要。上述想定实验分析表明，异步欺骗拉偏过程对实现有效欺骗攻击具有重要意义，因此进一步研究其具体步骤和技术细节非常有价值。异步欺骗干扰实施过程中主要分为三个阶段：首先欺骗信号凭借高功率靠近真实信号，其次两信号达到同步并对齐相关峰(AutocorrelationFunction，ACF)，最后以功率优势牵引跟踪点完全控制接收机。
1)靠近阶段：由于不知道欺骗信号的精确码相位，欺骗信号必须保持高于真实信号功率，同时调整其码速率，使其码相位靠近真实信号码相位，才能保证在同步阶段时以功率优势控制接收机跟踪环路。
2)同步阶段：欺骗信号的码相位和载波频率与真实信号的码相位和载波频率达到同步，两者的相关峰对齐。
3)牵引阶段：欺骗信号在该阶段以功率优势不断地牵引环路跟踪点，最终直到其完全转移到目标欺骗位置。在拉偏过程中，牵引速度的大小会决定着整个欺骗策略成功的关键因素。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法，包括以下步骤：
步骤102，根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号。
欺骗信号仿真参数包括起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、信号功率增益和欺骗进入时间；欺骗信号用于实施异步牵引式欺骗。
步骤104，遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将混合信号输入至目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果。
目标接收机仿真参数包括码环阶数、环路带宽和阻尼系数。
步骤106，统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值。
欺骗成功率指的是在一段时间内或一定数量的欺骗尝试中，欺骗攻击成功的次数占总尝试次数的比例，预设的欺骗成功率可以根据安全性检测的实际要求进行设置，是指在安全性检测时，所期望的欺骗攻击能够成功的概率。
欺骗牵引速度是指对欺骗信号伪码速率的改变速度，如果欺骗信号的伪码速率改变太快或太大从而造成欺骗信号与真实导航信号的伪码相位差异变化过快、差距过大，都可能会导致接收机会失去锁定，从而造成欺骗失败。
预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度指的是在仿真测试中，当欺骗成功率达到预设值时，所观察到的欺骗牵引速度。
欺骗牵引速度参考阈值指的是在一定的欺骗成功率下，目标接收机可以容忍的最大欺骗牵引速度，超过这个阈值的欺骗牵引速度会被认为是潜在的欺骗攻击。
步骤108，根据重点基础设施对应的接收机参数、目标接收机仿真参数配置集以及欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。
重点基础设施指的是那些其破坏或失效会对经济稳定、公共健康和安全产生严重影响的系统和资产。例如，重点基础设施可以是电力、金融行业的授时接收机。
上述针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法中，通过仿真分析异步欺骗的牵引速度阈值，为将来重点基础设施的欺骗安全检测提供参考。首先，对欺骗对抗场景进行想定实验并且建立基础数学模型；其次，建立异步欺骗牵引速度分析模型，分析欺骗信号对接收机环路的影响，基于异步欺骗牵引速度分析模型，仿真接收机典型码环环路结构，得到不同码环结构下异步欺骗的牵引速度阈值，根据得到的码环带宽、阻尼系数以及环路阶数参数对欺骗牵引速度阈值的影响规律，辅导对重要基础设施的接收机进行安全性检测。本发明实施例，能够提高安全性检测的可靠性，提高重要基础设施的抗异步欺骗能力。
在一个实施例中，根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号包括：设置混合信号中开始出现欺骗信号的时刻为欺骗信号的欺骗进入时间；根据目标接收机的先验位置信息确定偏差范围，根据偏差范围设置欺骗信号的起始拉偏点；根据伪码相位差、欺骗信号和导航卫星信号的码相位设置欺骗信号的伪码拉偏速度；根据实际需求设置欺骗信号的目标拉偏点；根据欺骗信号和导航卫星信号的功率幅值设置欺骗信号的信号功率增益；根据起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、欺骗进入时间和信号功率增益配置欺骗信号。
在本实施例中，牵引式欺骗信号的信号结构与导航卫星信号相同，则进入接收机的中频信号可以分别表示为：
式中，xa(t)和xs(t)分别表示真实信号和欺骗信号，Na和Ns分别表示信号所包含的卫星数量，Pa i和Ps i分别表示两个信号的功率幅值，Di(t)是数值为±1的导航数据码，τa i和τs i分别为两个信号的码相位，f0表示信号的中频频率值，fd,a i和fd,s i分别表示两个信号的多普勒频偏，φa i和φs i分别为两个信号的载波初始相位。
对于欺骗信号的码相位变化及起始码相位拉偏点设置，本发明首先根据先验位置信息确定目标的大致偏差范围，从而设置起始拉偏点，即码相位偏差。接下来，通过调整伪码拉偏速度，使得欺骗信号的伪码相位逐步向真实信号靠近：
τs i(t)＝τa i(t)+Δτd+vs*t (4)
式中，Δτd表示初始伪距差即伪码相位差。同步后牵引至目标欺骗位置，即目标拉偏点。
由于异步欺骗是在接收机无感知的情况下切入环路进行欺骗的，因此当存在异步欺骗时，目标接收机收到的中频信号中会混合有欺骗信号与真实信号：
式中，n(t)是模拟噪声，tj表示混合信号中开始出现欺骗信号的时刻。
对于欺骗信号的功率增益，用αi(t)参数表示。
在一个实施例中，目标接收机仿真参数配置集包括各码环阶数对应的码跟踪环结构下的参数配置序列；参数配置序列包括若干环路带宽和阻尼系数构成的接收机参数对；码环阶数包括一阶码跟踪环、二阶码跟踪环和三阶码跟踪环。
在本实施例中，在卫星信号处理部分，异步欺骗通常在接收机进入跟踪阶段后实施，并且进行无感拉偏。因此，对接收机的影响主要体现在其跟踪环路上。
当GPS中频信号进入跟踪环路以后，接收到的中频信号首先与本地复制的载波进行混频，从而实现载波剥离，并同时产生同相分量(I)和正交分量(Q)两路数据。如图2所示的DLL工作原理示意图，随后码环将分别得到六路积分输出。
当不存在欺骗干扰时，接收信号中包含真实卫星信号和噪声信号，真实伪码与本地复现伪码的相关函数可以表示为：
式中，τ表示真实信号与本地复现信号的码相位差。
对于信号中的噪声分量的相关函数部分，如下公式所示：
式中，n(t)表示接收机噪声，xa(t)表示由导航信号引入的噪声。
所以，接收机的本地码和接收到的混合信号的互相关函数为：
信号进入跟踪环路经相关运算后会得到六路相关器的输出结果，以即时码为例，IQ支路相关器的输出分别为：
式中，表示信号功率，Δτ表示接收信号与本地信号的码相位差，Δfd,a表示导航信号与本地复制信号的载波频差，表示导航信号与本地复制信号的载波相位差。
假设接收信号载波与本地信号的载波相位处于对齐状态，即sinc(ΔfπT)＝1。DLL鉴相器采用的为非相干超前滞后功率方法，鉴相器输出结果根据如下公式所示：
式中，IE、IL、QE、QL分别表示超前支路和延迟支路的非相干积分值，d表示相关器间距，Δτ表示相位差。
当码环稳定工作时，由上文分析可知，伪随机码的相关函数对称，满足所以根据公式(11)得知，结果ε为0。
当跟踪误差绝对值大于码环相关器间距d时，判定码环没有成功跟踪上任何一个有效信号，此时跟踪环路的状态为失锁，unlock标志置1，接收机重新进行捕获跟踪。
GNSS跟踪环路本质上为鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成的负反馈环路。环路滤波器基本原理框图如图3所示，其中，一阶环路：当跟踪环路没有环路滤波器，即环路滤波器的传递函数F(s)为恒定系数。
式中，K表示环路增益，wn表示特征频率。
二阶环路：环路滤波器的传递函数F(s)为：
式中，τ1和τ2分别表示环路的时间常数。
三阶环路：传递函数F(s)表示为：
式中，a3和b3表示三阶环路的滤波器参数。
当存在欺骗干扰时，接收信号中会多出欺骗信号的相关函数部分，此时由欺骗信号的特性可得其相关函数部分为：
式中，表示欺骗信号码相位和真实信号码相位之间的相位差，vs表示欺骗信号的拉偏速度。
对于信号中的噪声分量的相关函数部分，如下公式所示：
式中，n(t)表示接收机噪声，xa(t)和xs(t)部分分别表示由真实信号引入的噪声和欺骗信号引入的噪声。
所以，接收机的本地码和接收到的混合信号的互相关函数为：
信号进入跟踪环路经相关运算后会得到六路相关器的输出结果，当混合信号中有欺骗信号混入时，以即时码为例，IQ支路相关器的输出分别为：
式中，和分别表示导航信号和欺骗信号功率，Δτ表示接收信号与本地信号的码相位差，Δfd,a和Δfd,s分别表示真实信号和欺骗信号与本地复制信号的载波频差，和分别表示真实信号和欺骗信号与本地复制信号的载波相位差。
当存在欺骗信号时，那么鉴相器的输出结果也会受到相应的影响：
式中，Δτs表示欺骗信号与真实信号相对伪码相位的偏差。
仿真实验流程如图4所示，分为信号生成部分和信号处理两部分仿真实验，在信号生成部分，本发明根据真实导航信号设置实际欺骗场景的欺骗信号功率、欺骗信号伪码时延即码相位牵引范围和欺骗进入时间，以生成欺骗信号，并将其与真实信号混合，得到仿真实验所需的混合信号。
在接收机信号处理部分，本发明对传统软件接收机的处理流程进行了调整。首先，在码环参数部分，遍历了一阶、二阶和三阶码环的典型参数配置；其次，在后续的欺骗检测阶段，针对码跟踪环的输出结果设计欺骗检测方法，判定异步欺骗是否成功；最后，进行多次实验并统计结果得出牵引速度阈值。在接收机单通道仿真分析时，需要对接收机是否处于受欺骗状态进行判定，由于无法在环路阶段进行定位解算，因此需要确定环路受欺骗时的检测方法，以判定异步欺骗是否成功牵引环路。欺骗检测流程如图5所示。
在一个实施例中，遍历目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机包括：遍历每一码环阶数对应的码跟踪环结构下的参数配置序列，对于当前参数配置序列，遍历每一接收机参数对，根据当前接收机参数对进行目标接收机仿真配置。
在本实施例中，在某次遍历中，信号参数配置：信号点长为10000ms，即10s信号数据。在初始前2000ms时间，模拟真实场景下的导航信号，在2000ms-10000ms时间，接收机处理欺骗信号与真实信号混合的导航信号。具体信号仿真参数如下表1所示：
表1仿真信号参数配置信息
导航信号载噪比(dBHz) 45
信号长度(s) 10s
欺骗信号伪码时延(chips) -4—+4
欺骗信号数量(路) 单路
接收机环路参数配置：仿真分析了1、2、3阶码跟踪环(DLL)环路结构下，不同的环路带宽和阻尼系数的欺骗实验结果。具体软件接收机环路仿真实验参数如下表2所示：
表2软件接收机参数配置信息
在一个实施例中，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果包括：根据目标接收机的跟踪码环输出结果得到各跳变点的相关峰跳变量，若相关峰跳变量大于跳变阈值，则对跳变点后的第i个跳变点进行稳定性检测，若通过稳定性检测，则判定异步欺骗成功；若未通过稳定性检测，则判定异步欺骗失败。
在本实施例中，接收机环路一般会将相关结果进行非相干化处理，以即时码为例：
当接收机进入稳定跟踪阶段后，会稳定锁定在真实信号的相关峰上。由于卫星与地面位置的变化以及信号传播环境的变化，码环上的相关峰会在某一数值附近抖动。因此，我们将该数值的变化规律作为欺骗检测的参考数据，以进行后续处理。
首先计算各点的相关峰值变化量如下公式：
ΔPt＝Pt-Pt-1 (23)
其次比较变化量ΔP与跳变阈值λ之间的关系。跳变阈值λ仅与信号功率增益相关，所以可以通过先验实验测试得到。如果其满足ΔPt＞λ关系，则对跳变点之后的数据进行稳定性检测：
ΔPt+i+1-ΔPt＜γ (24)
式中，i表示跳变点后的第i个点，γ表示稳定判断的阈值。γ一般设置为相关峰的3％。由于非相干积分值相对噪声跳变值很高，所以取3％以防止噪声量对稳定判断的影响。
在一个实施例中，根据重点基础设施对应的接收机参数、目标接收机仿真参数配置集以及欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测包括：查找重点基础设施对应的接收机参数在目标接收机仿真参数配置集中的匹配参数，根据匹配参数对应的欺骗牵引速度参考阈值得到重点基础设施的接收机在遇到欺骗时被成功欺骗的临界值；根据匹配参数与欺骗牵引速度参考阈值的关系辅助优化重点基础设施对应的接收机参数。
在一个实施例中，根据匹配参数与欺骗牵引速度参考阈值的关系辅助优化重点基础设施对应的接收机参数包括：通过增大接收机环路带宽提高欺骗牵引速度阈值；当匹配参数中的阻尼系数表现为欠阻尼时，增大接收机阻尼系数提高欺骗牵引速度阈值，当阻尼系数表现为过阻尼时，减小接收机阻尼系数提高欺骗牵引速度阈值；以及，通过增大接收机环路阶数提高欺骗牵引速度阈值。
对典型接收机环路参数进行遍历，环路参数设计如下表3所示。
表3环路参数设置
针对实验结果，本发明以多子图的方式展示典型36种环路结构下欺骗结果，每张子图表示接收机在固定环路带宽、环路阶数下三种不同阻尼系数对应的欺骗成功概率，所有的实验结果如图6所示。
本发明设定当欺骗成功率发生骤降时，在90％的成功率对应的欺骗牵引速度作为我们的欺骗牵引速度参考阈值进行分析，速度阈值部分结果如下表4所示：
表4欺骗牵引速度阈值(环路阶数/带宽)
观察图6和表4可知，一二三阶环路带宽对欺骗牵引速度阈值的影响机理一致，环路带宽越大，欺骗牵引速度的阈值越大，越容易实现对码环的控制，从而拉偏真实跟踪点。该规律符合理论，因为环路带宽控制着进入环路的噪声量大小，带宽越窄对应越少频率成分的噪声被允许进入环路，因而环路滤波效果好，对信号跟踪能力也就相应地更强，所以随着环路带宽的增大，欺骗牵引速度阈值相应增大。
环路阻尼系数对环路的收敛速度起着决定性影响。在欠阻尼(即0<&<1)情况下，锁相环在阶跃响应过程中发生激烈的振荡，系统反应灵活，随着阻尼系数的增大，欺骗牵引速度的阈值相应地增大，符合理论实；在过阻尼(即&>1)情况下，锁相环在输入响应过程中轻微振荡稳定性很高，表现在欺骗牵引速度阈值上即速度阈值明显降低。
随着环路阶数的增大，欺骗牵引速度阈值增大，因为从环路的系统函数可知，环路的阶数影响环路的动态跟踪能力。对比分析一二阶环路结构可知，如果在两者均稳定跟踪的情况下，均加入一个频率斜升激励，那么由于一阶环路最多只能跟踪到频率阶跃激励，所以会失去锁定。由于这一特性，所以使得高阶环路的稳定性更强，从而给异步欺骗一个更大的速度阈值。
在一个实施例中，在相同环路结构下，分析欺骗信号成功欺骗的参数阈值范围，对于指导未来的导航有着非常重要的意义。设置环路结构为一阶码环，环路带宽为25Hz，阻尼系数设置为0.7071，欺骗信号功率增益设置从2dB至9dB。实验结果如图7所示，观察图7可知，随着功率增益的增大，欺骗牵引速度阈值也随之增大。结合异步欺骗的欺骗过程可知，欺骗功率越大，欺骗信号相关峰远高于真实导航信号，从而更快抢占环路，所以其拉偏速度相较于低功率拉偏越大。
应该理解的是，虽然图1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。除非本发明中有明确的说明，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1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8所示，提供了一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试装置，包括：
信号仿真模块802，用于根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号；欺骗信号仿真参数包括起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、信号功率增益和欺骗进入时间；欺骗信号用于实施异步牵引式欺骗；
接收机仿真模块804，用于遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将混合信号输入至目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果；目标接收机仿真参数包括码环阶数、环路带宽和阻尼系数；
阈值获取模块806，用于统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值；
安全性检测模块808，用于根据重点基础设施对应的接收机参数、目标接收机仿真参数配置集以及欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。
在其中一个实施例中，还用于查找重点基础设施对应的接收机参数在目标接收机仿真参数配置集中的匹配参数，根据匹配参数对应的欺骗牵引速度参考阈值得到重点基础设施的接收机在遇到欺骗时被成功欺骗的临界值；根据匹配参数与欺骗牵引速度参考阈值的关系辅助优化重点基础设施对应的接收机参数。
在其中一个实施例中，还用于通过增大接收机环路带宽提高欺骗牵引速度阈值；当匹配参数中的阻尼系数表现为欠阻尼时，增大接收机阻尼系数提高欺骗牵引速度阈值，当阻尼系数表现为过阻尼时，减小接收机阻尼系数提高欺骗牵引速度阈值；以及，通过增大接收机环路阶数提高欺骗牵引速度阈值。
在其中一个实施例中，还用于根据目标接收机的跟踪码环输出结果得到各跳变点的相关峰跳变量，若相关峰跳变量大于跳变阈值，则对跳变点后的第i个跳变点进行稳定性检测，若通过稳定性检测，则判定异步欺骗成功；若未通过稳定性检测，则判定异步欺骗失败。
在其中一个实施例中，还用于设置混合信号中开始出现欺骗信号的时刻为欺骗信号的欺骗进入时间；根据目标接收机的先验位置信息确定偏差范围，根据偏差范围设置欺骗信号的起始拉偏点；根据伪码相位差、欺骗信号和导航卫星信号的码相位设置欺骗信号的伪码拉偏速度；根据实际需求设置欺骗信号的目标拉偏点；根据欺骗信号和导航卫星信号的功率幅值设置欺骗信号的信号功率增益；根据起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、欺骗进入时间和信号功率增益配置欺骗信号。
在其中一个实施例中，还用于目标接收机仿真参数配置集包括各码环阶数对应的码跟踪环结构下的参数配置序列；参数配置序列包括若干环路带宽和阻尼系数构成的接收机参数对；码环阶数包括一阶码跟踪环、二阶码跟踪环和三阶码跟踪环。
在其中一个实施例中，还用于遍历目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机包括：遍历每一码环阶数对应的码跟踪环结构下的参数配置序列，对于当前参数配置序列，遍历每一接收机参数对，根据当前接收机参数对进行目标接收机仿真配置。
关于针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试装置的具体限定可以参见上文中对于针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法的限定，在此不再赘述。上述针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试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。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9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。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。
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专利范围的限制。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，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试方法，其特征在于，所述方法包括：
根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号；所述欺骗信号仿真参数包括起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、信号功率增益和欺骗进入时间；所述欺骗信号用于实施异步牵引式欺骗；
遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将所述混合信号输入至所述目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果；所述目标接收机仿真参数包括码环阶数、环路带宽和阻尼系数；
统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值；
根据重点基础设施对应的接收机参数、所述目标接收机仿真参数配置集以及所述欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测；
所述根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果包括：
根据目标接收机的跟踪码环输出结果得到各跳变点的相关峰跳变量，若所述相关峰跳变量大于跳变阈值，则对跳变点后的第i个跳变点进行稳定性检测，若通过稳定性检测，则判定异步欺骗成功；
若未通过稳定性检测，则判定异步欺骗失败。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据重点基础设施对应的接收机参数、所述目标接收机仿真参数配置集以及所述欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测包括：
查找重点基础设施对应的接收机参数在所述目标接收机仿真参数配置集中的匹配参数，根据匹配参数对应的欺骗牵引速度参考阈值得到重点基础设施的接收机在遇到欺骗时被成功欺骗的临界值；
根据匹配参数与欺骗牵引速度参考阈值的关系辅助优化所述重点基础设施对应的接收机参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据匹配参数与欺骗牵引速度参考阈值的关系辅助优化所述重点基础设施对应的接收机参数包括：
通过增大接收机环路带宽提高欺骗牵引速度阈值；
当所述匹配参数中的阻尼系数表现为欠阻尼时，增大接收机阻尼系数提高欺骗牵引速度阈值，当阻尼系数表现为过阻尼时，减小接收机阻尼系数提高欺骗牵引速度阈值；
以及，通过增大接收机环路阶数提高欺骗牵引速度阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号包括：
设置混合信号中开始出现欺骗信号的时刻为欺骗信号的欺骗进入时间；
根据目标接收机的先验位置信息确定偏差范围，根据偏差范围设置欺骗信号的起始拉偏点；
根据伪码相位差、欺骗信号和导航卫星信号的码相位设置欺骗信号的伪码拉偏速度；
根据实际需求设置欺骗信号的目标拉偏点；
根据欺骗信号和导航卫星信号的功率幅值设置欺骗信号的信号功率增益；
根据所述起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、欺骗进入时间和信号功率增益配置欺骗信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标接收机仿真参数配置集包括各码环阶数对应的码跟踪环结构下的参数配置序列；所述参数配置序列包括若干环路带宽和阻尼系数构成的接收机参数对；所述码环阶数包括一阶码跟踪环、二阶码跟踪环和三阶码跟踪环。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，遍历目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机包括：
遍历每一码环阶数对应的码跟踪环结构下的参数配置序列，对于当前参数配置序列，遍历每一接收机参数对，根据当前接收机参数对进行目标接收机仿真配置。
7.一种应用于如权利要求1-6任一项所述方法的针对重点基础设施的异步牵引式欺骗阈值测试装置，其特征在于，所述装置包括：
信号仿真模块，用于根据预先设置的欺骗信号仿真参数配置欺骗信号，根据欺骗信号和导航卫星信号得到混合信号；所述欺骗信号仿真参数包括起始拉偏点、目标拉偏点、伪码拉偏速度、信号功率增益和欺骗进入时间；所述欺骗信号用于实施异步牵引式欺骗；
接收机仿真模块，用于遍历预先设置的目标接收机仿真参数配置集，根据当前目标接收机仿真参数配置目标接收机，将所述混合信号输入至所述目标接收机，根据目标接收机对混合信号的处理结果进行欺骗成功判定，得到对应的判定结果；所述目标接收机仿真参数包括码环阶数、环路带宽和阻尼系数；
阈值获取模块，用于统计各判定结果得到各目标接收机仿真参数配置下的欺骗成功率，根据预设的欺骗成功率对应的欺骗牵引速度得到欺骗牵引速度参考阈值；
安全性检测模块，用于根据重点基础设施对应的接收机参数、所述目标接收机仿真参数配置集以及所述欺骗牵引速度参考阈值指导重点基础设施进行安全性检测。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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