基于容积卡尔曼滤波的GNSS抗欺骗式干扰研究

来源 :中国民航大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:jpy_2008
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全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)提供的定位导航、测速授时等业务,已成为军事战略发展和人民日常生活中不可或缺的一部分。然而欺骗式干扰的存在,对GNSS的安全性产生了巨大威胁。该种干扰攻击能够通过虚假的欺骗信号误导目标的定位授时,在GNSS精密应用中造成的后果难以估量。通过对GNSS欺骗式干扰的研究,本文提出基于容积卡尔曼滤波的自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)抗欺骗式干扰方案,其在提高定位精度的同时,能够有效地检测和识别欺骗干扰。首先,根据NovAtel OEM6接收机接收的星历参数,计算在轨卫星位置;联合实测的卫星伪距数据,用C语言建立解算模型,分别用最小二乘法以及卡尔曼滤波求解用户位置。结果表明,这两种方法算出的定位精度不高。为了提高精度,本文将容积卡尔曼滤波算法引入用户位置求解流程。结果证明,用C语言建立的容积卡尔曼滤波解算模型,能够提供比最小二乘法和卡尔曼滤波更高的定位精度。其次,在充分了解欺骗式干扰原理,以及该种干扰对导航定位产生的作用后,构建了相应的数学模型。发现两种欺骗干扰类型,转发式欺骗干扰和生产式欺骗干扰都是通过欺骗信号携带的附加伪距,破坏定位解算的一致性,进而误导干扰目标产生错误的定位结果。根据欺骗干扰信号携带的不同特征的附加伪距,建立相应欺骗干扰场景,发现三种算法自身都不存在抑制欺骗干扰的能力。最后,通过分析GNSS面对的欺骗式干扰问题,以容积卡尔曼滤波为基础,自行设计了一种改进型RAIM抗欺骗干扰方案。通过算法中一次时间更新之后得到的观测矢量估计值和该时刻的实测观测矢量,构建伪距观测矢量残差统计量。根据飞行阶段要求的虚警概率,计算出欺骗干扰检测的阈值。如果检测统计量超过检测门限,则证明存在欺骗干扰,反之则没有。识别欺骗干扰是通过查找观测矢量残差协方差的最大对角元素,认定其对应的卫星受到了欺骗干扰。通过仿真分析在不同欺骗干扰场景下,不同数量卫星受到干扰,验证该抗欺骗式干扰方案的可行性。从Monte Carlo实验结果可知,本文提出的以容积卡尔曼滤波为基础的改进型RAIM抗欺骗干扰方案可以有效地检测和识别欺骗式干扰。
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