GNSS欺骗信号检测及其辐射源定位技术研究

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GNSS欺骗干扰可以在接收机毫无察觉的情况下拉偏目标接收机的位置和时间结果,相比阻塞干扰只是使目标接收机不能正常工作,GNSS欺骗干扰具有更大的危害性。因此本文围绕GNSS欺骗信号检测和欺骗干扰辐射源定位进行了深入的研究,本文的主要工作和研究成果如下:(1)在所有的欺骗信号类型中,诱偏式欺骗干扰危害最大,针对诱偏式欺骗信号参数精密控制的难题,结合诱偏式欺骗控制实施过程的分析,给出了诱偏式欺骗信号生成模型。通过数值仿真生成欺骗信号,验证了诱偏式欺骗信号生成模型的正确性;针对本文提出的诱偏式欺骗信号生成模型,分别采用基于信号功率、相关峰、多普勒以及伪距残差等参数特征的欺骗信号检测算法进行检测,结果表明上述算法都无法检测出该欺骗干扰,这进一步验证了诱偏式欺骗干扰的隐蔽性很强,同时表明上述欺骗信号检测算法具有局限性。(2)针对来自同一辐射源的欺骗信号检测问题,提出了一种基于双GNSS接收机伪距单差的欺骗信号检测算法;该算法依据真实信号的伪距单差不同,而来自同一方向的欺骗信号伪距单差相同这一特征,来检测欺骗信号。仿真结果表明,当卫星个数为4时,在虚警概率为10-4,检测概率为98%的性能要求下,基于定位结果的欺骗信号检算法需要25米的基线长度,基于伪距单差的检测算法只需要10米的基线长度,有效压缩了基线长度要求,基线长度缩小为基于定位结果欺骗信号检测算法的40%。(3)针对来自不同辐射源的诱偏式欺骗信号检测问题,提出了一种基于双GNSS接收机伪距双差的欺骗信号检测算法;该算法通过比较伪距双差测量值与真实信号伪距双差估计值来检测欺骗信号;该方法不需要估计接收信号来向,因此算法计算量小,具有易于实现的优点;仿真结果表明,当接收机基线长度为10m,测量噪声标准差为0.1m时,对于欺骗信号个数为5,欺骗信号与真实信号入射方向的夹角大于15°,在虚警概率为10-4的条件下,算法的检测概率可达96.1%。(4)基于伪距双差的欺骗信号检测算法具有很高的检测概率,但在空域分布上仍存在18.4%的检测盲区,为进一步压缩检测盲区。针对装载在具备自旋功能载体上的卫星导航设备,本文提出了一种基于旋转天线历元间载波相位单差的欺骗信号检测算法;该算法通过比较历元间载波相位单差测量值与真实信号历元间载波相位单差估计值来检测欺骗信号;仿真结果表明,当天线旋转频率为1Hz,圆周运动半径为0.1m,测量噪声标准差为0.01波长时,在上述相同的欺骗场景下,该算法的检测盲区占总区域的比率为3.70%,可见与上述基于伪距双差的检测算法相比,该算法的检测盲区减小了约4.92倍。(5)针对重要基础设施应用中的欺骗信号辐射源定位问题,依据这些应用场景下接收机静止位置已知的特点,在信号满足自由空间传播模型的假设下,提出了一种达到时间差(TDOA)与接收信号强度(RSS)联合的欺骗信号辐射源定位算法。仿真结果表明,对于近场辐射源定位场景,当接收信号载噪比高于44dB-Hz时,算法定位精度小于15m,可达到克拉美罗限(CRLB)。(6)针对战场环境下接收机运动存在位置误差和时间同步误差的欺骗信号辐射源定位问题,在来自伪卫星观测量的辅助下,改进了基于到达时差(TDOA)和到达频差(FDOA)联合的欺骗信号辐射源定位算法。仿真结果表明,当接收信号载噪比高于40dB-Hz时,算法定位精度小于80m,定位精度可以达到克拉美罗限。最后,对论文的工作和研究成果进行了总结,并对下一步将要开展的工作进行了展望。
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