基于载噪比的GNSS欺骗式干扰检测方法研究

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全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)具备精度高、连续性好等优势,已广泛地应用于各行各业。然而,由于GNSS信号在经过长距离的传播过程中受到相当大的功率衰减,加上信号结构公开,GNSS接收机易受到各种干扰的影响。GNSS欺骗式干扰作为一种人为的恶意干扰,因隐蔽性强等特点具有严重危害性。GNSS欺骗式干扰的识别、检测和抑制方法已成为目前的研究热点。本文从信号处理层的视角,开展了 GNSS欺骗式干扰信号检测方法的研究,重点研究了基于载噪比及其联合模型的检测方法,通过实验验证了其检测性能。论文的主要工作与研究成果总结如下:1.归纳分析了欺骗信号参数和牵引式欺骗干扰模型,基于该模型通过配置GNSS-SDR软件接收机对欺骗场景数据集进行数据处理,分析了牵引式欺骗干扰对GNSS接收机跟踪阶段的码速率、多普勒频率以及载噪比输出量的影响规律,研究结果表明:1)在接收机从真实信号牵引到欺骗信号的过程中,对齐阶段会使得码速率波动幅度降低,平均下降幅度为40%,剥离的初级阶段会使得码速率波动幅度上升,平均上升幅度为180%,随着欺骗信号与真实信号的相互作用越来越弱,码速率会趋于稳定;2)牵引式欺骗干扰对多普勒频率的影响取决于欺骗干扰采取的牵引策略;3)载噪比的变化受欺骗信号的功率大小、欺骗源引入的噪声功率,以及欺骗信号与真实信号之间产生交互作用的时间等因素的影响,其中最主要影响因素为欺骗信号相对于真实信号的功率优势。2.设计了一种基于载噪比的欺骗检测算法。该算法引入了移动方差的概念,通过构建载噪比和载噪比移动方差的检测统计量,可有效检测存在功率优势的欺骗式干扰,具有检测效率高、应用范围广等优势。实验结果表明:在检测间隔设置为10s下,当欺骗式干扰信号功率优势为10dB时,1%的虚警率对应的100%的检测概率,检测时间为20s;当功率优势为1.3dB时,在牵引欺骗过程中的时间段内检测概率可达到100%,对于存在欺骗干扰的整个阶段,1%的虚警率对应46%的检测概率,10%的虚警率对应56%的检测概率,检测时间为30s。检测性能随欺骗信号相对于真实信号的功率增加而增加。3.引入信度函数构建了联合检测模型,提出了一种联合载噪比和信号质量监测(Signal Quality Monitoring,SQM)的欺骗检测方法。实验结果表明:与单独使用载噪比的检测方法相比,联合载噪比和SQM的欺骗检测方法对1.3dB功率优势欺骗干扰的检测概率提升了 10%,对功率匹配欺骗干扰的检测概率大幅提升了 70%,其应用场景更广,且随着SQM方法检测性能的增强,其联合检测概率还能进一步提高。
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