（2015卫星导航）基于双天线载波相位差的卫星导航接收机抗欺骗技术研究

针对欺骗干扰信号难以有效实时模拟真实卫星信号空间分布特性的特点,本文提出了利用双天线载波相位差进行欺骗信号检测的方法。在已知接收机天线阵基线以及姿态条件下,同一路信号在两副天线上表现出的相位差与天线基线长度与信号入射相关。而信号入射角是空间信号的物理传播特性,欺骗干扰源无法通过数字方式改变。以通过卫星星历获取所跟踪卫星的精确位置为先验信息,即可确定真实信号在已知天线阵上的载波相位差,从而实现对欺骗信号的有效检测。本文分析了载波相位差计算的各种误差源,并在此基础上建立了针对欺骗信号的二元假设检验。最后,通过理论分析和仿真实验,验证了本文提出的欺骗信号检测技术的有效性,并得出了天线阵基线越长、入射方位角越小,载波相位差检测技术对欺骗信号的检测性能越优的结论。     

惯导辅助的三元天线阵欺骗干扰检测算法

对欺骗信号的到达角检测是目前最有效的欺骗检测方法之一,常用的到达角检测又分为载波相位单差和载波相位双差检测。载波相位单差检测技术不能应用于运动载体,载波相位双差技术对多阵元发射的欺骗信号或单路欺骗信号失效。针对该问题,提出一种惯导辅助的三元天线阵欺骗干扰检测技术,该算法主要应用于车辆运动载体,运动载体只需在某一时间段内运动一段距离即可利用该算法进行欺骗干扰检测。该算法对多阵元发射的欺骗信号或单路欺骗信号都同样有效。通过理论分析和仿真实验验证了所提方法的有效性,并得出天线阵基线长度越长,运动位移越大、欺骗源距离接收天线越近,信号入射方向与天线位移方向夹角越接近90°,该方法检测性能越优的结论。     

地球静止轨道粗定位的北斗系统接收机快速定位方法

传统全球导航卫星系统信号发射时间的整毫秒恢复算法,在接收机概略位置未知时存在计算量剧增而无法应用的问题。利用北斗系统混合星座中GEO卫星电文速率高的这一特点,提出一种基于GEO粗定位的北斗接收机快速定位的方法。在接收机概略位置完全未知的情况下,使用已获取完整信号发射时刻的纯GEO星座进行粗定位,根据解算获得的概略位置对非GEO卫星发射时刻毫秒整数时间进行恢复,利用所有可见卫星进行精确定位。使用国际全球连续监测评估系统测站观测伪距对算法进行验证,国内测站可100%实现伪距恢复,完成快速定位。仿真遍历中国区域用户,在仿真伪距增加均值为0,标准差为6m噪声,截止仰角为0°时,中国附近区域实现快速定位概率均大于98.68%,其中约80%的中国附近区域可以100%实现卫星信号传输时间恢复并完成快速定位。     

GNSS阵列接收机信号解扩前的欺骗干扰检测算法

为了降低天线阵接收机欺骗干扰检测方法的计算量,提出一种信号解扩前的欺骗干扰检测方法。该方法利用不同天线上信号和噪声相关性的差异,在信号解扩前估计其功率,从而进行欺骗干扰检测。仿真结果表明,该方法在降低运算量的同时,具有良好的检测性能。     

基于天线阵方位变化的相位双差GNSS欺骗干扰检测算法研究*

GNSS欺骗干扰通常由单个天线发射,各个欺骗干扰信号到达接收机的角度相同,采用阵列天线接收时欺骗信号达到不同阵元的相位差包含了其角度信息,故可利用信号载波相位差进行欺骗干扰检测。相位双差检测算法通过比较不同卫星信号到达天线阵两阵元的相位差实现欺骗干扰的判别,但对于二元天线阵,其载波相位双差存在角度模糊,导致虚警概率较高,限制了算法的应用。针对这一问题,本文提出了基于天线阵方位变化的欺骗干扰检测算法,通过二元天线阵在不同方位估计信号的载波相位双差,进行多次判决,有效消除了角度模糊,降低检测的虚警概率,实现二元天线的载波相位双差检测。建立了仿真模型,并通过仿真计算分析验证了该方法的有效性。     

基于接收机钟差约束的地基伪卫星导航改进方法

采用地基伪卫星对飞行器进行导航时,由于布站场地有限不可避免地会出现定位构型差的情况,当仅用伪距和伪距变率进行定位定速时,若采用典型的单历元卫星定位定速算法,那么对飞行器的定位定速精度就会比较差。通过分析发现,地基伪卫星导航系统用户接收机钟差和钟差变率的求取不准确很大程度上影响了定位定速精度。针对这种情况,提出了通过提高地基伪卫星接收机钟差和钟差变率的求解精度来提高定位定速精度的方法。首先根据接收机钟差和钟差变率的模型得到它们的观测方程,然后将其加入到单历元定位定速方程组中参与定位定速解算,仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。     

采用双天线载波相位差技术的卫星导航接收机抗欺骗方法

针对欺骗干扰信号难以有效实时模拟真实卫星信号空间分布特性的特点,提出利用双天线载波相位差进行欺骗信号检测的方法。分析载波相位差计算的各种误差源,并在此基础上建立针对欺骗信号的二元假设检验。通过理论分析和仿真实验,验证了所提欺骗信号检测技术的有效性,并得出了天线阵基线越长、入射方位角越小,载波相位差检测技术对欺骗信号的检测性能越优的结论。     

GNSS多波束抗干扰接收机的反欺骗性能分析

为分析存在欺骗干扰的场景下GNSS多波束抗干扰接收机的反欺骗性能,提出欺骗抑制比这一性能指标。推导了在快拍数有限的情况下,多波束抗干扰接收机采用最小方差无失真响应(minimum variance distortionless response,MVDR)算法处理后输出真实信号和欺骗信号功率的理论公式。详细分析了欺骗信号到达天线阵口面的功率对真实信号和欺骗信号输出功率的影响。分析得出:即使欺骗信号功率在噪声水平之下,使用MVDR算法的多波束抗干扰接收机依然能对欺骗干扰进行抑制,且在欺骗信噪比高时,抑制效果更加显著。通过仿真和硬件平台实测验证了结论的正确性。     

星地非理想通道下的导航信号测距偏差分析

针对广义信道下伪码测距偏差与各部分通道测距偏差叠加值的等效性问题,研究星地叠加通道和部分通道特性对伪码测距偏差的影响,并对实际通道中伪距"分层"现象的成因展开分析。通道非理想特性会对导航信号伪码跟踪性能产生影响,综合考虑星地两端通道的非理想特性,通过对导航信号伪码跟踪函数和不同类型通道建模,研究了星地叠加通道和部分通道特性对伪码测距偏差的影响。结合几类典型星地非理想通道,利用软件接收机展开仿真验证。通过分析几类典型通道对伪码测距偏差的影响,解释了零基线双差观测量中伪距"分层"现象的成因。文中模型与相关分析方法可用于解释相关信号质量问题,并指导接收机通道的最优化设计。     

全球导航卫星系统诱导式欺骗检测

随着全球导航卫星系统的广泛应用，其安全性问题也逐渐成为人们关注的焦点。为了对目前最具隐蔽性的诱导式欺骗技术进行检测，提出一种对两路导航信号同时进行处理的combo-signal模型，并提出基于这种信号处理模型来对诱导式欺骗信号进行检测的方法;分析了该方法的检测门限;采用北斗的B1I 和B1C信号在实现了combo-signal处理模型的软件接收机上对该检测方法进行了验证，实验结果证明该方法可以有效地对诱导式欺骗进行检测，统计得到的检测概率跟前面的分析结果一致。     

复杂干扰环境下的卫星授时接收机加固技术

对目前导航卫星授时接收机面临的干扰模型和应对措施进行了归纳总结。结合授时接收机工作原理和特点,给出了授时接收机加固的通用框架。在此基础上,对授时接收机加固技术的发展趋势进行了分析,提出了基于钟差辅助和网络辅助的两种干扰检测方法。前者充分利用了多系统多卫星钟差数据的冗余性和本地时钟的特性,后者则利用了授时接收机网络具备数据通信和广域覆盖的特点。通过干扰检测结果给出完好性评估并引导授时接收机的工作模式,可以提升复杂干扰环境下卫星授时的可靠性和完好性。     

GNSS欺骗干扰技术研究

欺骗干扰是目前卫星导航设备面临的重要威胁,在欺骗干扰条件下,目标接收机接收到的欺骗信号功率大于真实信号,产生错误的定位或授时结果。根据干扰产生方式的不同将欺骗干扰源分为基于信号模拟器的自主产生式、基于接收机的接收产生式、基于转发器的转发式3类,其中基于接收机的产生式是目前真正实现欺骗攻击的干扰源。由于欺骗干扰实现形式的复杂多样性,对欺骗干扰的实施阶段、信号特性的影响和定位授时结果的影响进行了分析。     

对GPS接收机的欺骗式干扰试验研究

GPS欺骗式干扰具有发射功率小,抗干扰难度大的特点,分为转发式干扰与产生式干扰。利用卫星信号模拟器产生包含错误导航信息的GPS民用C/A码欺骗信号,通过直接侵入和压制式干扰辅助两种方式进入接收机的捕获跟踪环路,对已定位的某款GPS接收机实施欺骗干扰。试验结果表明,直接侵入方式下,通过合理控制欺骗信号功率,接收机定位被扰乱,但定位结果并未被成功欺骗至预设位置;压制式干扰辅助方式下,接收机成功误定位于预设位置,验证了对GPS接收机进行欺骗式干扰的可行性。     

天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测技术

针对采用单一发射天线的导航信号欺骗干扰,研究了基于天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测技术,采用代数方法证明了三元非线阵是进行导航信号到达角无模糊解算的最少阵元数和阵型要求,并以相应阵型为基础,提出了基于天线阵载波相位双差的欺骗干扰检测量构造方法,给出了检测性能的分析方法,定义了用于限制检测性能下降的最小检测门限。采用蒙特卡洛方法对所提检测方法的检测性能进行了仿真,结果验证了理论分析的正确性。