（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。     

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。     

北斗导航信号欺骗干扰建模与测试

针对北斗信号欺骗干扰模型及终端影响研究不足的现状,首先讨论了北斗导航信号欺骗干扰模型,重点研究了同步码相位和异步码相位两种新型诱导式欺骗模型,分析得出后者技术可行性更高;然后,在Matlab环境下仿真了北斗欺骗干扰信号,通过信号捕获相关峰验证了功率相同情况下欺骗干扰的干扰效果;最后,用搭建的实验平台测试了欺骗干扰对北斗接收机的影响。结果表明:在接收机稳定跟踪真实信号的前提下,对某型北斗接收机成功实施欺骗干扰的临界干扰功率条件为25 dB左右,该结论为北斗接收机欺骗干扰检测和防御提供了一定的技术支撑。     

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。     

针对GNSS授时接收机的转发式欺骗干扰技术研究

授时接收机通过接收并处理卫星导航信号以获取高精度时间,为通信、电力及金融等系统提供精准的标准时间信号。提出了一种针对授时接收机的转发式欺骗干扰技术,通过对目标接收机的精密定位以及转发信号的精确时延控制,实现了对授时接收机的定时偏差控制,从而使其上层系统无法正常工作。通过建立仿真模型,验证了该欺骗干扰技术的有效性。     

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。     

多方位测量的相位双差GNSS欺骗干扰检测算法

对于二元天线阵,相位双差检测算法的载波相位双差角度模糊、虚警概率较高,这限制了算法的应用。针对这一问题,提出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。建立仿真模型,并通过仿真计算分析验证了该方法的有效性。     

无人机位置欺骗诱导策略

针对"黑飞"无人机的有效管控及处置问题,提出基于卫星导航定位位置欺骗的无人机诱导策略。结合目标无人机的精确位置信息,利用生成式导航欺骗干扰技术向目标发射虚假的卫星导航定位信号,使目标无人机飞行控制系统得到错误的位置信息,改变飞行姿态,进而偏离预设运动轨迹。通过无人机诱导试验验证了所提策略的正确性和有效性。     

卫星导航天线阵的载波联合跟踪算法

测量卫星导航信号在天线阵各阵元上的载波相位之差可用于卫星波达方向解算,但传统的各阵元独立跟踪算法在干扰条件下无法实现高精度跟踪且容易失锁。针对此问题,通过将天线阵各阵元的载波相位分解为公共的平均载波相位和低动态的残余载波相位,提出了一种联合载波跟踪算法。该算法利用平均载波相位为每个阵元共有的特点,通过对全部阵元的联合处理来提高其跟踪精度,同时通过缩小环路噪声带宽来提高残余载波相位跟踪精度。理论分析与仿真结果表明,该算法提高了波达方向解算所需的阵元间载波相位差的测量精度及跟踪灵敏度,四阵元天线阵在典型应用条件下,跟踪灵敏度提高4d B,相同载噪比下载波相位差测量精度提高3倍。     

卫星导航技术专题讲座(三) 第6讲 组合导航技术

组合导航是导航技术发展的重要方向。随着科学技术的发展,出现了多种导航手段,而各种导航手段都有自己的优缺点,在很多应用中依赖单一手段无法达到某些应用需求。为了获得更好的导航性能,可以将各种导航手段有机组合起来,互相取长补短,使整个导航系统的性能优化。常用的组合方式有惯性导航与卫星导航的组合以及多卫星导航系统的组合。未来也将会有新的导航手段和组合方式出现,推动组合导航技术不断发展。     

“北斗”卫星导航系统的概述与应用

"北斗"卫星导航系统是我国自主研发、独立运行的卫星导航系统,对于国防和经济建设有着非常重要的作用,自2012年12月27日正式提供导航服务以来,在国防和经济建设中发挥着重要的作用。本文就"北斗"的组成、功能、特点、应用及发展前景进行简述,旨在让读者了解"北斗"卫星导航系统基本知识。     

航空导航技术的发展方向

针对航空导航的特点,对现有航空导航装备的特点进行了分析,并结合未来作战的需求,给出了航空导航技术的发展方向,主要是组合式导航体制,将卫星导航与惯导的组合进一步与地形辅助导航、地球物理导航、地磁导航等方式结合起来.     

卫星导航技术专题讲座(三) 第5讲 卫星导航增强技术

卫星导航的应用将导航带入了新纪元,然而现有卫星导航技术仍然在精度、可用性、完好性以及连续性等方面无法满足很多场合下的应用需求。为了提升卫星导航系统的性能,人们采用了多种手段来增强基本卫星导航系统的性能。文中讨论了多种常见增强技术和系统,分析其工作原理及相应的性能特性。增强系统作为基本系统的有效补充,今后仍将会在导航技术的发展中扮演重要角色。     

SINS/北斗/GPS组合导航系统研究

对SINS、北斗双星定位系统以及GPS全球定位系统三者的组合进行了研究.应用联邦自适应卡尔曼滤波技术实现了SINS、北斗和GPS的组合导航,建立了组合导航系统的数学模型,并针对系统产生的量测延时和异步问题给出了较好的解决方案.最后对系统进行了仿真试验,仿真结果表明该组合导航系统具有较高的精度和容错性能,此方案具有较好的工程应用价值.     

卫星导航干扰源优化部署方法

现代要地防空作战中,卫星导航对抗作为一种新兴的电子对抗形式,在战争中发挥重要作用,而卫星导航干扰力量的部署方案决定其能否有效实现对任务区域的覆盖,取得理想的干扰效果。通过分析卫星导航压制式干扰的作战机理,选取任务区域覆盖率和平均危险指数作为衡量特定部署方案下卫星导航干扰力量的作战效能指标,建立多目标组合优化模型,并运用遗传算法进行求解,得到优化的部署方案。通过仿真分析,表明该模型能够快速有效地产生卫星导航干扰源的优化部署方案,为指挥员辅助决策提供参考。     

基于IGSO卫星的多普勒定位单向授时方法研究

针对导航战、城市或者室内环境中,可见卫星数目小于3颗,用户位置未知时,接收机无法完成授时等问题,并结合我国已有卫星导航系统(北斗和CAPS系统)现状,提出了一种基于IGSO卫星的多普勒定位单向授时方法。该方法通过测量卫星信号的多普勒频移,采用积分多普勒计数计算用户位置,完成单向授时功能。分析结果表明,使用3颗IGSO卫星搭载透明转发器载荷,可使我国领土范围内的定位授时可用性基本达到100%;静态观测用户,长期测量定位精度可达3m以内,授时精度误差小于100ns。由于该方法最少只需观测1颗IGSO卫星信号,这为导航战背景及微弱信号环境下的定位授时服务,提供了新的解决方法。     

卫星导航系统功率增强子星座优化设计与性能分析

卫星功率增强技术是提高区域导航信号抗干扰性能的一种有效措施,在卫星导航全星座中优选出卫星数量少、服务性能优的功率增强子星座,是新一代卫星导航系统建设迫切需要解决的问题。因此提出基于卫星数最少准则的功率增强子星座优化设计方法,详细介绍设计流程、数学模型及最优解搜索策略;定义了可用性水平、精度水平和覆盖范围等指标评估功率增强子星座性能;以GPS为例,分别针对覆盖点目标和区域目标两种应用背景进行功率增强子星座优化设计及性能评估。分析结果表明:全球范围内任意目标点进行功率增强需要12～17颗卫星;实现对我国沿海地区的连续覆盖需要18颗功率增强卫星;覆盖整个亚太地区则需要全星座24颗卫星都具备功率增强能力,这样才能满足其连续性和精度要求,此时最优功率增强子星座的服务范围可扩充至全球区域。     

地基伪卫星导航系统的伪距精度估计方法

地基伪卫星导航系统的伪距和伪距变率精度对评估系统的导航性能或其信息与其他系统导航信息的融合意义重大。目前的伪距和伪距变率精度估计方法基本上都是针对卫星导航系统的,并且没有充分考虑地基伪卫星导航系统自身的特点。通过构造伪距和伪距变率精度观测量,利用地基伪卫星导航系统可产生较差定位构型的特点,提出了一种在外测系统定位定速精度较差且存在杆臂长度的情况下仍然能够获取准确估计量的伪距和伪距精度估计方法。仿真结果表明所提方法可有效地估计出伪距和伪距变率的精度而且具有较强的适用性。     

大地水准面对双星定位精度影响研究

讨论了双星定位的4种定位计算方法,研究大地水准面对双星定位精度影响规律,并与采用参考椭球模型得到的定位坐标值进行比较,在北纬20～30°区域,海面高度变化为4 m时,北斗定位精度的变化约为8 m.证明大地水准面对双星定位精度有较大的影响,考虑潮汐等海面因素能有效提高双星定位精度.