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.     

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。     

BDS接收机星间载波相位偏差

BDS(BeiDou satellite navigation System,北斗卫星导航系统)的MEO/IGSO (Medium Earth Orbit/Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,中圆地球轨道/倾斜地球同步轨道)卫星在D1导航电文上调制了NH(Neumann-Hoffman,奈曼-霍夫曼)二次编码,而在GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)卫星上未使用.利用北斗MEO/IGSO和GEO卫星进行差分定位时,采用不同NH码符号映射规则的接收机之间会出现半周载波相位偏差的问题,严重影响RTK (Real-Time Kinematic,实时动态差分)应用.通过分析半周载波相位偏差的形成机理,从单差、双差、三差应用角度分别研究了半周载波相位偏差的影响.分析结果表明,接收机NH码符号映射规则与卫星不一致时,接收机直接用乘法器对NH码解调将存在反相,也即引入了半周载波相位偏差;在满足特定条件下,单差和双差应用时会存在半周载波相位偏差的问题;三差应用时不存在半周载波相位偏差的问题.最后,提出了需在北斗接口控制文件中明确卫星NH码调制或映射规则的修订建议.     

矢量结构对载波相位的预测

高精度定位通常采用载波相位测距，而当全球导航卫星系统（GNSS）接收机信号受到遮挡、存在干扰等环境影响时，载波相位易出现跟踪不连续的问题，从而影响定位精度。针对这一问题提出了一种采用矢量结构对载波相位的预测方法，预测值辅助载波相位的跟踪，为了使预测值对载波相位跟踪效果更好，使用接收信号的质量确定预测值对载波相位的影响比例。最后，试验验证了通过矢量结构对载波相位进行预测，有效地改善了载波相位的跟踪能力，从而对载波相位连续跟踪，并有效地提高定位精度。     

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。     

基于Doppler估计的弹载接收机抗欺骗干扰研究

GNSS接收机在军用方面尤其是高精度制导武器中的应用日益增强.针对卫星信号易受敌方欺骗信号干扰的问题,设计一种基于Doppler频率估计的弹载接收机抗欺骗干扰的方法.首先分析了欺骗干扰和真实信号的Doppler变化特点;然后在捕获阶段利用残留信号检测存在欺骗干扰的卫星编号;最后根据弹载的高动态特性,在跟踪阶段采取扩展 Kalman 滤波器(EKF)进行载波Doppler频率估计,并根据Doppler变化的相似性提取出欺骗信号.通过仿真实验验证,该方法可以有效排除欺骗信号的干扰.     

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。     

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。     

基于FPGA的自适应阵列协方差矩阵特征分解的实现

卫星导航抗干扰的过程中，对空间信号波达方向估计、干扰个数检测、最优权矢量的求解直接影响着导航接收机的抗干扰性能，而协方差矩阵的特征分解是这些算法实现的核心部分。根据自适应阵列天线获得的协方差矩阵的特性，基于双边并行Jacobi算法，实现了基于FPGA的协方差矩阵特征值和特征向量的求解，并通过在信号波达方向估计的应用进行了验证。另外，在实现的过程中对直接调用CORDIC IP核的方式进行了精度误差分析，并用一种双精度浮点的方式进行修正，提高了矩阵特征分解FPGA的实现精度，为导航抗干扰接收机性能的提升提供了有效的工程基础。     

卫星导航欺骗式干扰抑制技术研究与分析

为避免欺骗式干扰对卫星导航构成重大威胁,研究了卫星导航欺骗式干扰抑制技术。首先,根据欺骗式干扰产生原理和实施方式将其分为四类,之后论述了国内外欺骗式干扰和欺骗式干扰抑制技术的研究现状,调研了国内外主要研究机构针对欺骗式干扰抑制采取的技术措施,进一步按照适用接收机的类型对技术进行了分类,并对各类技术对于四类干扰的抑制效果进行了逐一对比分析。在此基础上,展望了未来欺骗式干扰抑制技术的发展趋势,对从事该项技术的研究者具有一定的参考借鉴价值。     

分布式单星转发的定位测速模型及其应用

在城市峡谷中通过接收导航卫星信号以实现连续的定位与测速一直是卫星导航应用中的一个难题。针对此问题,借鉴卫星导航对抗中转发式欺骗干扰的定位控制基本原理,提出了通过分布式单星转发来解决城市峡谷中实现连续卫星导航的新方法,并构建了分布式单星转发的定位测速模型。在此基础上详细讨论了转发器天线对被遮挡卫星的指向跟踪、转发器相关参数的获取、转发器收发之间的有效隔离、直达信号与转发信号的同时利用等应用性问题。所提出方法的可行性得到了仿真试验的有效验证,从而为城市峡谷中的卫星导航应用提供了新的参考。     

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。     

Receiver-channel based adaptive blind equalization approach for GPS dynamic multipath mitigation

Aiming at mitigating multipath effect in dynamic global positioning system (GPS) satellite navigation applications, an approach based on channel blind equalization and real-time recursive least square (RLS) algorithm is proposed, which is an application of the wireless communication channel equalization theory to GPS receiver tracking loops. The blind equalization mechanism builds upon the detection of the correlation distortion due to multipath channels; therefore an increase in the number of correlator channels is required compared with conventional GPS receivers. An adaptive estimator based on the real-time RLS algorithm is designed for dynamic estimation of multipath channel response. Then, the code and carrier phase receiver tracking errors are compensated by removing the estimated multipath components from the correlators’ outputs. To demonstrate the capabilities of the proposed approach, this technique is integrated into a GPS software receiver connected to a navigation satellite signal simulator, thus simulations under controlled dynamic multipath scenarios can be carried out. Simulation results show that in a dynamic and fairly severe multipath environment, the proposed approach achieves simultaneously instantaneous accurate multipath channel estimation and significant multipath tracking errors reduction in both code delay and carrier phase.     

一种弱重力环境下的高速旋转载体滚动角快速对准方法

为解决高速旋转载体无控飞行段弱重力环境下惯导空中动基座对准问题，研究了基于旋转载体惯性信息特征的滚动角快速对准方法。首先分析了旋转载体的惯性信息特征。针对这一特征，提出了一种基于载波相位跟踪的滚动角对准方法，仅利用Y轴陀螺或Z轴陀螺信息即可实现滚动角的快速对准。为进一步提高该方法的适应性，充分利用Y轴陀螺或Z轴陀螺的信息，提出了一种基于双信源信息融合的惯导滚动角对准方法，以实现最优的滚动角跟踪结果。仿真与试验结果表明，该方法可在不依赖卫星、无初始姿态角且载体失重的条件下，5s内完成滚动角快速对准，且对准精度优于3°。该方法可自适应地剔除异常滚动角跟踪结果，有效提高了高速旋转载体用惯性导航系统对复杂力学环境的适应性与可靠性。     

基于气压高度辅助的机载自主完好性监测算法

卫星接收机自主完好性监测是指根据用户接收机的多余观测值监测用户定位结果的完好性,其目的是在导航过程中检测出发生故障的卫星,并保障导航定位精度。针对卫星接收机自主完好性监测算法可用性不足的问题,结合机载实际导航系统配置,提出了一种基于气压高度表辅助的机载自主完好性监测算法。综合利用卫星导航系统及气压高度表观测信息,建立联合系统的观测模型,推导了基于多解分离的完好性监测及保护级别计算方法。仿真结果表明,相比于传统的接收机自主完好性监测算法,该算法在可见星为5颗时仍能识别故障卫星。该算法具有更好的故障检测能力及可用性,能有效提高卫星导航系统的完好性监测性能,从而保证卫星导航系统的精度和可靠性。