卫星导航欺骗式干扰技术发展趋势综述

在信息化条件下的导航战中,卫星导航欺骗式干扰技术比其他类型的故意干扰更具有隐蔽性与威胁性.首先,介绍了卫星导航欺骗式干扰技术的分类,即转发式欺骗干扰和生成式欺骗干扰,分别对应于增加信号传播时延或给出虚假卫星信号.然后,从针对纯卫星导航终端和针对卫星导航系统辅助的组合导航终端两个方面详细阐述了卫星导航欺骗式干扰技术的研究...     

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。     

北斗卫星导航欺骗与抗欺骗技术现状探讨

作为全球四大卫星导航系统之一,北斗也容易遭受恶意欺骗干扰.在北斗赋能各行各业的时代,守护北斗就是守护我们的家园.对欺骗技术和抗欺骗技术原理分别进行了介绍,讨论了不同的欺骗手段对接收机的影响,从接收机捕获通道和跟踪通道的欺骗特征详细介绍了几种抗欺骗技术,并重点阐述了当前欺骗和抗欺骗技术的现状,最后展望了未来的欺骗技术和欺骗防御技术,希望对卫星导航接收机的抗欺骗干扰技术工程化应用提供思路.     

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KL散度的紧组合导航欺骗式干扰检测方法

蓄意的欺骗式干扰可诱导机载全球导航卫星接收机定位结果偏离真实位置,给民航飞行安全带来极大的风险。针对欺骗式干扰隐蔽性强、难以被检测的问题,基于机载导航系统体制,本文提出了一种基于KL散度的欺骗式干扰检测方法。基于机载紧组合导航系统滤波器新息数据,利用卫星受欺骗与否时新息可能存在的两种概率密度分布,构建基于KL散度的欺骗检测统计量,进行欺骗式干扰检测。仿真结果表明,与传统新息序列卡方检测方法相比,基于KL散度的欺骗式干扰检测方法提高了算法对缓变式欺骗干扰和微小突变式欺骗干扰的检测能力,降低了欺骗检测的漏警率。     

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...     

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.     

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。     

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...     

Detection of interference/jamming and spoofing in a DGPS-aidedinertial system

Previous research at the Air Force Institute of Technology (AFIT) has resulted in the design of a differential Global Positioning System (DGPS) aided INS-based (inertial navigation system) precision landing system (PLS) capable of meeting the FAA precision requirements for instrument landings. The susceptibility of DGPS transmissions to both intentional and nonintentional interference/jamming and spoofing must be addressed before DGPS may be safely used as a major component of such a critical navigational device. This research applies multiple model adaptive estimation (MMAE) techniques to the problem of detecting and identifying interference/jamming and spoofing in the DGPS signal. Such an MMAE is composed of a bank of parallel filters, each hypothesizing a different failure status, along with an evaluation of the current probability of each hypothesis being correct, to form a probability-weighted average state estimate as an output. For interference/jamming degradation represented as increased measurement noise variance, simulation results show that, because of the good failure detection and isolation (FDI) performance using MMAE, the blended navigation performance is essentially that of a single extended Kalman filter (EKF) artificially informed of the actual interference noise variance. However, a standard MMAE is completely unable to detect spoofing failures (modeled as a bias or ramp offset signal directly added to the measurement). This work describes a moving-bank pseudoresidual MMAE (PRMMAE) to detect and identify such spoofing. Using the PRMMAE algorithm, spoofing is very effectively detected and isolated; the resulting navigation performance is equivalent to that of an EKF operating in an environment without spoofing     

基于低轨通信星座的导航增强技术发展概述

在我国北斗三号卫星导航系统全面完成组网建设的背景下,世界卫星导航步入新时代.各卫星导航大国均瞄准更高服务精度、更加多样功能、更加可靠服务,正在着手开展新一代系统建设和技术迭代.随着各国对于大型低轨通信星座的积极开发与广泛部署,应用低轨卫星技术实现导航增强与PNT系统备份能力,因其易与GNSS协同,具有提高全球自主导航精...