星基ADS-B接收机监视容量分析

星基广播式自动相关监视（ADS-B）系统是实现广域范围内航空器监视的重要技术手段。星基ADS-B系统内部存在严重的共信道干扰,共信道干扰限制了系统的监视性能。为了定量给出星基ADS-B接收机监视容量的计算方法,首先,给出了星基ADS-B系统的模型;随后,通过理论分析得到了星基ADS-B接收机报文冲突概率及报文正确接收概率,以此为基础理论,分析得出星基ADS-B接收机位置报文更新间隔及监视容量的计算方法;最后,构建了星基ADS-B仿真系统,仿真验证了理论计算公式的正确性。研究表明：星基ADS-B接收机的监视容量由飞机-卫星空天链路的误码率及ADS-B应用子系统所要求的位置报文更新间隔联合决定。     

ADS-B监视报文参数统计及其所需性能

基于广播式自动相关监视（ADS-B）报文的位置导航不确定性指标（NUC_P）的监视质量备受关注。针对位置导航不确定性参数好、监视质量却不高的问题，深入研究广播式自动相关监视报文数据项及其与基于性能的通信与监视的相关性。在充分考虑通信导航监视相关性及全球卫星导航系统（GNSS）广域增强等因素基础上，推导、构建了监视所需性能估计模型，并给予合理简化。在测试空域利用2个具有运行资质的生产商ADS-B接收站，连续采集近2亿条ADS-B报文，统计分析报文各信息项的状态参数，并应用到所需性能估计模型评估计算这两个ADS-B站的所需监视性能。此外还将参考文献报文参数代入模型评估所需性能。结果显示，当考虑报文各信息项统计状态及具备广域增强服务支撑时，ADS-B所需监视性能参数估计值未达到99.9%要求。若缺乏广域增强服务及相关性因素等，系统所需性能与国际民航组织（ICAO）监视要求的差距则更大。     

基于BiGRU-SVDD的ADS-B异常数据检测模型

广播式自动相关监视（ADS-B）作为新一代空管监视技术，由于采用明文方式广播发送数据，因而存在易遭受网络攻击的安全问题。为了准确检测ADS-B数据攻击行为，在充分考虑时间相关性的基础上，提出了针对ADS-B数据的异常数据检测模型。首先利用双向门控循环单元（BiGRU）神经网络预测ADS-B数据，得到了ADS-B数据预测值。再将预测值和实际值作差，将差值放入支持向量数据描述（SVDD）训练，得到了能检测ADS-B异常数据的超球体分类器。并且，选择了合适的滑动窗口，在保证异常检测准确率的同时，缩短BiGRU神经网络的训练时长。实验结果表明，BiGRU-SVDD模型能检测出随机位置偏移攻击、高度偏差攻击、重放攻击、拒绝服务（DOS）等攻击下的ADS-B异常数据。并且，与其他机器学习和深度学习方法相比，BiGRU-SVDD异常检测模型的准确率更佳，适应性更优。     

共信道干扰环境下星基ADS-B系统监视性能

星基广播式自动相关监视系统（星基ADS-B）是实现广域范围内航空器监视的主要技术手段。为揭示星基ADS-B系统共信道干扰对系统监视性能的影响，提出了星基ADS-B系统监视容量的计算方法。首先给出了星基ADS-B系统模型，随后理论分析给出消息正确接收概率、位置消息更新间隔及位置报告更新间隔的计算公式，以此为基础给出了星基ADS-B系统监视容量的计算公式，最后基于SNS软件构建了星基ADS-B仿真系统，仿真验证了理论结果的正确性。研究表明：星基ADS-B系统的监视容量由ADS-B应用子系统所要求的航空器位置报告更新间隔、航空器-卫星链路的误码率、星-地面站链路的误码率及卫星数目联合确定。     

ADS-B监视下飞行间隔评估方法研究

广播式自动相关监视（ADS-B）技术推广使用的首要问题是间隔标准的确定,为此ADS-B下飞行间隔的评估就成为亟待解决的问题。采用与基准系统进行比较的方法,对ADS-B监视下的飞行间隔的安全评估方法进行了研究。建立了ADS-B监视下的危险接近概率模型,确定了ADS-B下飞行间隔的研究方法,对雷达监视和ADS-B监视下的危险接近概率进行比较分析,在不低于雷达监视的安全目标水平下确定出ADS-B监视下对应的最小间隔。研究结果表明：在不低于雷达监视的安全目标水平下,ADS-B监视下的飞行间隔标准更小,因此方法适用于国内ADS-B监视下的飞行间隔的评估。     

基于数据融合的ADS-B/ACARS空域监视系统设计

研究了广播式自动相关监视(ADS-B)与飞机通信寻址报告系统(ACARS)两种数据链路的优缺点;提出了以ADS-B监视为主,将两种数据链路数据融合的思想.研究数据融合算法,构建数据融合模型,并编程实现了ADS-B/ACARS组合空域监视软件.现场运行证明,系统增大了多源监视范围、丰富了监视信息、提高了监视精度.     

基于VBGMM-DCNN的列车卫星定位欺骗干扰检测方法

面向基于全球导航卫星系统的铁路列车定位实施欺骗干扰的主动检测，在卫星定位解算层次，运用深度学习建模学习方法的优势，提出一种基于变分贝叶斯高斯混合模型-深度卷积神经网络（variational Bayesian Gaussian mixture model-deep convolutional neural network, VBGMM-DCNN）的列车卫星定位欺骗干扰检测方法。该方法首先提取能够充分体现欺骗干扰对定位解算过程作用影响的卫星观测特征参数，构建干扰检测特征矢量；然后，采用VBGMM模型拟合经过预处理的特征向量的概率分布，得到二维概率密度图；最后，将概率密度图用于DCNN模型实施欺骗干扰的检测决策。结合现场实验所得运行场景数据，利用实验室搭建的欺骗干扰测试环境实施了干扰注入测试与检验，结果表明,欺骗干扰检测性能随着DCNN网络深度的增加而提升，相对于常规有监督决策方法F1值最高提升44.68%。基于VBGMM-DCNN的欺骗干扰检测能够适应测试验证中运用的列车运行特征及定位观测条件，所达到的检测性能优于对比算法。     

ADS-B的进展与未来系统构型

国际航空界正在联手推进广播式自动相关监视（ADS-B）技术的应用。美国、欧洲以及中国都在进行相关的试验和验证。目前ADS-B系统有通用访问电台数据链（UAT）和1090兆赫S模式扩展电文数据链（1090ES）两种格式,目前人们正在试验在地面基站以双数据链系统构型扩展ADS-B系统的使用。     

一种基于ADS-B、WAM和雷达的组合监视方法及其架构

978MHz的广播式自动相关监视系统(ADS-B)技术在通用航空空管领域有广泛应用。中国民航飞行学院在我国首次应用ADS-B系统。从2005年至今,中国民航学院的所有5个机场建立了地面基站,150架飞机加装了机载ADS-B系统,系统运转良好,极大地提高了训练飞行的安全性和空域的利用率。为保证系统数据的精度和完整性,本文介绍了一种方法,即实现多种导航覆盖的ADS-B、广域多点相关系统(WAMLAT)和雷达监视的组合方法,以提高空中交通监视的可靠性,满足空中交通监视所需的导航精度、导航完整性和监视完整性要求。这种综合构型监视方法,将有助于推动多监视源的应用。     

ADS-B监视数据质量分析研究

为了进一步推广ADS-B技术,提高ADS-B数据的质量,通过对ADS-B数据的分析,研发了一种ADS-B数据质量评估系统,该系统可以对CAT021报文进行解析,并对解析后的数据的完好性、漏点率和跳点率进行分析,以及航班轨迹的显示。论文中采用了广州＂大和章＂ADS-B台站数据对其进行了验证,其评估结果可靠有效,对ADS-B数据分析研究有一定的参考意义。     

基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗检测算法研究

传统惯性辅助GNSS欺骗信号检测方法对小于纯惯导误差漂移的逐步拉偏不敏感。针对这一问题,提出了一种基于INS/GNSS紧耦合组合的逐步诱导式欺骗信号检测方法。基于短时间内纯惯性导航结果和短时间惯导系统位置误差传播模型,利用惯导提供的位置和速度对伪距和伪距率时间序列进行预测估算,并结合伪距、伪距率实际测量结果,分别构造位置/伪距和速度/伪距率时间序列模型做参数拟合。基于真实信号得到的模型参数都是由惯导系统误差造成的,具有一致性;而基于逐步诱导式欺骗信号得到的模型参数还与欺骗策略的设定、载体飞行轨迹的观测以及干扰源的位置有关,具有不一致性。通过对比模型参数可判别欺骗信号的存在,对于真实信号,采用紧耦合组合导航修正INS输出;对于欺骗信号,继续惯性导航并采取相应措施。最后,根据逐步诱导式欺骗原理进行实验仿真,验证了算法的可行性和有效性。     

EBAA：An efficient broadcast authentication scheme for ADS-B communication based on IBS-MR

Automatic dependent surveillance-broadcast （ADS-B） systems can broadcast satellitebased aircraft position, identification, etc., periodically, and are now on track to replace radar to become the backbone of next-generation air traffic management （ATM） systems. However, ADS-B systems suffer severe cyber-security problems due to the broadcast-type data link and the lack of designed-in security measures. Especially, since ADS-B messages are unauthenticated, it is easy to insert fake aircraft into a system via spoofing or insertion of false messages. Unfortu- nately, the authentication for ADS-B messages has not yet been well studied. In this paper, based on identity-based signature with message recovery （IBS-MR）, an efficient broadcast authentication scheme for ADS-B messages is proposed. The security analysis demonstrates that the scheme can achieve authenticity and integrity of ADS-B broadcast messages, as well as adaptive evolution of broadcasters＇ private keys. The performance evaluation shows that the scheme is computationally efficient for typical avionics devices with limited resources. Furthermore, the scheme achieves low communication overhead since broadcast messages can be recovered from signatures, and thus it is suitable for low-bandwidth ADS-B data link.     

基于载噪比同步变化的北斗欺骗检测方法

欺骗干扰已经成为北斗卫星导航系统安全性的一个严重威胁。针对北斗系统面临的欺骗干扰问题,建立二元假设检验模型。由于施加单一天线发射的欺骗干扰后,当前观测频点下各高俯仰角可见星的载噪比值会产生相同的变化趋势,所以基于此变化规律提出了一种利用K-means聚类算法进行分析的北斗卫星信号欺骗干扰检测方法,并给出了施加欺骗载噪比变化域的定义。最后通过在外场搭建实验环境,对实采数据进行了实验验证。实验结果表明,本方法对于欺骗功率优势≥6 dBm的大功率优势欺骗信号的检测概率可以达到95%以上,为提高接收机抗干扰能力提供了有益参考。     

ADS-B用于高精度雷达标定的方法

为了更好地解决高精度雷达标定的问题,提出了基于广播式自动相关监视系统(ADS-B)固定误差及目标回波中心动态修正的雷达标定新方法。首先分析了ADS-B位置数据误差的来源、类型及在雷达坐标系下的特征,同时对民航目标回波中心的变化作了分析建模,在此基础上进一步通过对雷达数据与ADS-B数据之差作动态联合修正,最终估算出雷达系统误差,提高了雷达系统误差标定的精度和稳定性。并利用多批次的实测数据对该标定新方法与其他方法进行了对比验证,结果表明,该方法有效提高了标定的精度和稳定性,并已成功应用于雷达标定设备中。     

绝对同相支路输出的GNSS欺骗检测

针对功率随时间变化,载波同步欺骗场景下,传统检测算法的欺骗检测性能不理想的问题,提出了一种基于绝对同相支路输出求和(SAIBO)的欺骗检测算法,为改善欺骗检测性能,进一步提出了SAIBO滑动平均(SAIBO-MA)算法。SAIBO-MA算法的构建过程使用接收机跟踪环的同相支路的输出结果取绝对值后求和形成SAIBO检测量,再做滑动平均处理后得到SAIBO-MA检测量。实验使用德克萨斯大学奥斯汀分校的德州欺骗测试电池(TEXBAT)的场景7(DS7)为数据集,比较并分析所提算法与传统算法的检测概率、欺骗判决数目和稳健性等欺骗检测性能。实验结果表明,SAIBO-MA具有更高的检测概率和检测精度、更好的即时性和稳健性以及更宽的检测范围。提出的SAIBO-MA算法克服了传统算法的缺点,具有更优的欺骗检测性能。     

一种基于多基线载波相位差测量的欺骗干扰检测方法

由于卫星导航信号到达地面的信号功率较低,且民用部分信息公开,极易受到欺骗干扰信号的影响,从而导致接收机解算出错误的位置、速度或时间.针对传统的欺骗干扰检测与抑制方法不能对欺骗干扰进行测向的问题,提出了一种基于阵列多天线接收信号的载波相位差进行欺骗信号检测与抑制的方法.该方法能够在缺少先验知识的条件下,借鉴相关干涉仪测向原理,利用不同阵元接收的同一信号的载波相位差构建观测量,实现接收机捕获信号的波达方向估计,通过与星历解算的卫星方向进行对比可实现欺骗干扰的检测与识别.仿真结果表明,该方法能够实现针对不同卫星的多个欺骗信号的波达方向识别,识别精度较高,具有较好的欺骗干扰检测效果,并且该方法对各种导航系统均适用.     

A method for satellite time series anomaly detection based on fast-DTW and improved-KNN

In satellite anomaly detection, there are some problems such as unbalanced sample distribution, fewer fault samples, and unobvious anomaly characteristics. These problems cause the extisted anomaly detection methods are difficult to train accurate classification model, and the accuracy of anomaly detection is hard to improve. At the same time, the monitoring data of satellite has high dimension and is difficult to extract effective features. Based on the DTW over-sampling method, this paper realizes the over-sampling of fault samples in satellite time series, and constructs a distributed and balanced time series data set. The Fast-DTW method is applied to calculate the distance between different time series, which can improve the speed of similarity calculation. KNN (K-Nearest Neighbor) method is applied for classification and the best classification result is obtained by search the optimal hyper-parameters k. The results show that the proposed method has high anomaly detection accuracy and consumes short calculation time.     

利用旋转双天线载波相位双差的欺骗干扰检测技术

有效的欺骗干扰检测是防止卫星导航接收机被欺骗干扰攻击的前提。提出了一种基于旋转双天线载波相位双差的卫星导航接收机欺骗干扰检测技术，在对接收机双天线匀速旋转时输出载波相位测量值进行载波相位双差处理后，利用广义似然比检验实现了对单一发射天线输出欺骗干扰信号的检测。进一步分析了旋转半径和数据长度对检测性能的影响，并与旋转单天线和天线阵载波相位双差欺骗干扰检测方法的性能进行了对比。最后，通过蒙特卡罗方法进行了仿真验证，结果表明了该检测方法和检测性能分析的正确性。