欺骗环境下GNSS信号估计与定位修正技术

欺骗信号以其极强的隐蔽性使卫星导航接收机难以察觉并迅速定位到错误位置,严重影响了卫星导航的安全性。现有抗欺骗技术需要其他导航系统辅助来修正受欺骗影响的定位解算,针对该问题,本文提出了一种GNSS欺骗信号参数估计与辨识方法,能够在欺骗干扰环境下估计并辨识出真实信号所对应的伪距,进而解算出接收机真实位置。该方法通过研究欺骗干扰下接收机相关值模型,在信号跟踪阶段建立真实与欺骗双信号状态模型与基于九路相关器输出的观测模型,利用扩展卡尔曼滤波（EKF）估计真实信号与欺骗信号的伪码延时与信号相关幅值,进而获得真实与欺骗伪距,在定位解算阶段利用改进观测量残差检测方法辨识出真实与欺骗伪距,最终使用真实伪距定位获得真实位置。仿真结果表明对相对码延时介于0.3~0.9 chip之间且欺骗/真实信号幅度比介于1~5之间的隐蔽欺骗攻击,所提方法的码延时估计误差约0.1 chip,可有效估计真实信号与欺骗信号参数,辨识出真实伪距,并使被欺骗的定位结果重新回到真实位置结果,改善GNSS接收机抗欺骗能力,提高卫星导航安全性。     

基于地基伪卫星的GPS对抗方法研究

借用伪卫星的概念，提出了一种基于地基伪卫星的GPS对抗方法，该方法充分利用非对抗区域的GPS资源，通过把分布式转发和伪星座技术相结合的方式，对对抗区域内敌方GPS接收机实施欺骗干扰，同时还能确保该区内己方GPS接收机的正常定位。文中着重讨论了该方法的实现原理、组成结构、定位解算方法和对抗实施步骤，并以一计算实例验证了实施的可行性。     

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.     

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。     

基于卫星定位的列车完整性检查列尾设备性能测试方法

针对新型列控系统向着“车载中心化”的方式发展对列车完整性检查系统功能实现安全冗余的需求,在既有列尾设备检测风压提醒司机判定列车完整性功能的基础上,提出增加基于卫星的测速定位配合车载设备实施列车完整性检查,以保障列车完整性检查功能的可靠性和可用性。由于列尾设备安装条件限制,观测环境场景为典型的“半边天”场景,因此对列尾设备进行性能测试。基于浩吉重载铁路35.35 km的实测数据,采用电磁仿真软件进行列尾天线方向性设计,使用卫星导航模拟器构建仿真测试场景和设计测试序列,对列尾设备的定位性能进行了评估。评估结果表明,列尾设备在设计的天线方向图场景下观测参数和定位性能参数均符合典型的“半边天”场景特征;区间动态运行仿真结果,定位精度R95评估结果在BDS模式下为13.48 m,GPS模式下为9.12 m,BDS/GPS模式下为3.82 m,基于BDS/GPS的双模定位模式在车站停车、区间运行等场景下定位精度R95均优于4 m,表明采用双模定位方式能够满足列车完整性检查列尾设备定位精度小于5 m的要求。     

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。     

GNSS卫星钟差估计与结果分析

探讨了GNSS卫星钟差估计的基本原理、处理方法及数据处理中的一些关键技术,利用全球56个IGS跟踪站的观测数据进行钟差估计,比较分析了钟差产品的精度与定位性能。以GPS系统解算结果为例,其钟差产品与IGS最终精密卫星钟差符合较好,精度优于0.04ns(约0.012m),多系统钟差解算结果互差优于亚纳秒级。基于钟差产品进行精密单点定位解算试验,试验结果表明,在定位收敛之后,静态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0582m、0.0466m、0.1188m;动态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0671m、0.0640m、0.3200m。定位结果与IGS最终精密钟差解算结果符合较好,表明两者之间差异较小,进一步验证了解算得到的卫星钟差产品的定位性能。     

基于卫星导航的铁路列车控制系统自主定位技术研究进展

基于卫星导航的车载自主化列车控制是智能铁路技术体系的关键组成部分。对中国列车控制系统体系架构进行了梳理,分析了列控专用列车自主定位基本结构及与列控系统的接口模式。结合列车运行控制对安全性的特定需求,探讨了列车自主定位性能需求体系,介绍了国内外基于卫星导航的新型列车控制系统的发展情况,阐述了列车自主定位技术内涵及主要研究进展,从多源感知融合无缝定位、列车卫星定位主动增强、定位专用轨道地图数据库、自主定位性能测试评估等多个方面进行了全面系统的梳理和分析,介绍了伪卫星增强列车定位、轨旁卫星定位增强网络、地理分布式零现场虚拟测试设施等典型成果,并对前沿技术运用演进、关键场景融合优化、复杂环境安全防护、跨层协同全息感知、专用标准规范体系等未来发展方向进行了展望。     

一种基于乘性误差四元数的多天线瞬时测姿算法

为进一步拓展全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)测姿应用领域,提升多天线瞬时测姿性能,解决GNSS载波相位观测定姿中的模糊度搜索耗时和周跳探测复杂等问题,提出了一种基于乘性误差四元数的多天线姿态解算方法。使用滤波技术将姿态约束信息通过状态模型和当前观测模型融合,对模糊度进行降权处理,免去周跳探测步骤,从而实现瞬时姿态解算。仿真实验结果表明,新算法既保证了解算效果,又增加了数据处理的灵活性,且耗时更符合实时性需求。     

基于PSO-ELM的卫星导航欺骗式干扰检测CSCD

近年来,卫星导航系统在军事监测、精细农业、交通监控、资源勘探、灾害评估等领域得到了广泛应用,但由于卫星导航信号结构公开且到达地面时强度微弱,卫星导航系统极易受到各种各样的干扰,其中欺骗式干扰因具有较强的隐蔽性,对卫星导航系统构成巨大的安全威胁。传统的欺骗式干扰检测方法大多采用单一参数进行检测,具有一定局限性。考虑到欺骗干扰源在欺骗过程中会引起一系列参数变化,构造了一个多参数输入的卫星导航欺骗式干扰检测模型,即将多个特征参数作为极限学习机(ELM)的输入,并通过训练和学习将真实信号与欺骗信号区分开,从而实现欺骗式干扰检测。同时,利用粒子群优化(PSO)算法优化ELM中的输入权值矩阵和隐层偏置,改善由于网络参数随机生成导致分类精度低的问题。仿真实验证明了该方法在卫星导航欺骗干扰检测方面的可行性和有效性。     

Cooperative fault detection and recovery in the GNSS positioning of mobile agent swarms based on relative distance measurements

Relative measurements are exploited to cooperatively detect and recover faults in the positioning of Mobile Agent(MA) Swarms(MASs). First, a network vertex fault detection method based on edge testing is proposed. For each edge, a property that has a functional relationship with the properties of its two vertices is measured and tested. Based on the edge testing results of the network, the maximum likelihood principle is used to identify the vertex fault sources. Second, an edge distance testing...     

GPS/BDS组合定位精度分析

随着定位技术的不断发展及多系统导航定位技术的逐步推广，多系统组合导航定位已经成为了GNSS导航定位领域中的主要发展趋势。主要阐述了GPS/BDS组合相对定位的观测方程和数学模型，并根据实测数据对比分析，从卫星可见性、精度因子、定位精度和均方根误差等方面对GPS、BDS及GPS/BDS组合定位系统的定位性能、定位精度进行了比较。研究结果表明，较单一的GPS和BDS系统定位，采用GPS/BDS组合定位可有效提高卫星可见数目和DOP值，且稳定性更好。GPS/BDS组合定位的定位精度也明显优于单一系统，这对GNSS高精度导航定位具有重要的参考价值。     

基于GNSS接收机导航定位数据的 定位产品检测理论研究

随着GNSS全球导航卫星系统的发展,特别是随着北斗卫星导航系统的正式运行及完善,导航定位产品由支持单模GPS向支持双模或多模发展,但是导航定位数据格式并未统一,主要是根据NMEA-0183为主修改。针对相关标准及产品数据进行理论性研究并给出相应测试的依据。     

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速.卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位.同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能.综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用研究正在快速发展.基于BDS/GNSS多系统的精密单点定位(PPP)时间传递技术已成为重点研究方向,未来将会应用于国际时间比对.同时,随着卫星通信技术尤其是低轨通信卫星技术的快速发展,低轨通信卫星授时会成为一个有潜力的研究方向.     

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。     

5G微基站环境下GNSS接收机性能及观测质量分析

我国已全面进入5G时代，为研究5G微基站电磁环境对全球卫星导航系统（GNSS）接收机工作性能及观测数据质量的影响，基于自主建设差分基准站的零基线观测数据，采用静态相对定位方法，通过观测数据质量分析、载波与伪距的双差残差序列、对比相对静态定位结果，综合评估5G微基站对GNSS接收机工作性能及观测数据质量的影响。实验表明：当前环境下，GNSS差分基准站及接收机处于近距离建设的5G微基站时，载波相位观测噪声变化范围为5cm，伪距观测噪声变化范围为15cm，零基线测试结果变化范围为1mm。在实验距离内，5G微基站对于GNSS接收机工作性能及数据观测质量影响较小，可以忽略。