卫星导航欺骗干扰检测与抑制技术综述

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)欺骗式干扰具有隐蔽性强、危害性大的特点,对GNSS造成了严重的安全威胁。介绍了生成式和转发式欺骗干扰的原理和关键技术,总结了现有的欺骗式干扰检测方法和抑制方法,并从成本、性能、复杂度、研究重点等方面对现有技术进行了详细分析。以性能和成本为指标,对比分析了现有干扰攻击、检测和抑制方法。最后,对未来欺骗式干扰防御研究值得关注的问题进行了展望,以期为后续研究提供思路。     

一种基于阵列天线的卫星导航欺骗干扰检测与抑制方法

提出了一种基于阵列天线的卫星导航欺骗干扰检测与抑制方法。利用真实卫星导航信号从上半球空间多个方向入射到阵列天线而欺骗干扰信号则是从同一方向入射到阵列天线的差异性进行干扰检测判决。首先,对阵列天线每个阵元单元通道接收信号进行多颗卫星并行解扩从处理;其次,利用解扩后的阵列数据对每颗卫星进行方位估计;再次,根据估计卫星来向数据的一致性进行干扰检测判决;最后,在判决存在欺骗干扰时利用欺骗干扰的方向信息重构协方差矩阵,采用自适应调零算法对欺骗干扰进行抑制。通过计算机仿真试验对所提方法的正确性和有效性进行了验证。     

利用信号重构的全球导航卫星系统欺骗干扰抑制方法

欺骗式干扰通过发射与真实卫星信号相似的信号误导接收机产生错误的定位结果,具有极大的危害。该文针对转发式欺骗干扰,提出一种基于信号重构的单天线欺骗干扰抑制方法。该方法首先通过参数估计方法估计出欺骗信号载波频率和码相位,然后构建欺骗信号子空间正交投影矩阵以抑制干扰。仿真实验结果表明该方法对欺骗干扰具有良好的抑制效果,能够保障接收机在干扰环境中实现有效定位,并具有较低的运算复杂度。

     

基于四通道SAR欺骗式干扰抑制算法

研究了SAR干扰抑制算法特别是基于多通道干扰抑制算法,提出了一种基于四通道欺骗式干扰抑制算法。首先对欺骗式干扰信号模型及其产生机理进行介绍,并对其信号形式进行分析,接着从四通道信号处理角度出发对欺骗式干扰信号的形式和场景回波信号进行分析并比较其异同点。对于场景回波信号而言,各个通道的方位多普勒谱仅有固定相位差,而对于欺骗式干扰各个通道方位多普勒谱是随欺骗场景发生变化。基于上述差异,文中提出利用场景回波的多普勒谱具有固定相位差来构造通道的导向矢量,进而达到对欺骗式干扰进行抑制。最后通过仿真实验证实文中方法的有效性和可行性。     

降噪多天线卫星导航欺骗干扰抑制方法

由于欺骗干扰比真实卫星导航信号功率稍大,意味着其功率远小于压制干扰,致使多天线卫星导航接收机的阵列接收环境发生改变,无法抑制欺骗干扰。该文提出了一种能有效改善阵列接收环境,恢复多天线卫星导航欺骗干扰抑制能力的方法。该方法通过降噪预处理提高阵列接收信号的信噪比和干噪比,再使用输出功率最小准则最优化权矢量,从而实现欺骗干扰抑制。理论分析和实验结果表明,该方法能够有效抑制欺骗干扰,而且阵列输出信干噪比较高,干扰抑制后接收机捕获性能不受干扰影响。      

阵列天线抑制欺骗式导航干扰信号方法研究

针对欺骗式干扰影响飞行器卫星导航信号后引起的定位测姿错误问题,提出了一种适用于飞行器导航的基于阵列天线的欺骗式干扰检测和消除方法.使用接收阵列天线的载波相位双差测量值作为干扰检测依据,通过载波相位单差测量方程求出干扰信号的方向矢量,给出了提高干扰方向测量精度的方法,并使用其正交向量在干扰方向形成零陷,同时通过调整波束指向,在待测信号方向形成阵列增益,以达到抗干扰和增强导航信号的目的.使用这种方法可以对导航信号中的欺骗式干扰信号进行有效的识别和消除,适用于复杂环境下的飞行器导航.     

基于IMM-KF算法改进的欺骗式干扰检测算法

针对基于接收机基线长度的欺骗干扰检测方法在短基线和低定位精度下检测性能差的问题,提出了一种交互多模型卡尔曼滤波（Interactive Multi-model Kalman Filtering,IMM-KF）算法改进的欺骗式干扰检测算法。该方法通过IMM-KF算法对两个接收机天线的位置信息进行最优估计,提高基线解算精度,从而提升基于基线长度的欺骗干扰检测方法的检测性能。首先,详细分析了基于基线长度的欺骗干扰检测方法的数学原理;其次,建立欺骗检测算法模型,并对其性能进行仿真分析;然后,根据算法应用场景引入IMM-KF算法优化基线长度估计量;最后,针对不同的基线长度和定位精度进行仿真实验,对算法进行性能评估。仿真结果表明,该算法可以在接收机伪距测量精度为0.1 m、基线长度为0.5 m的情况下达到86%的检测成功率,而传统算法在此情况下检测成功率仅为10%。     

利用周期重复CLEAN的GNSS欺骗式干扰抑制算法

欺骗式干扰能够引导接收机出现定位错误甚至是控制接收机,对全球卫星导航系统在民用以及军事领域的安全应用构成极大的威胁。本文针对转发式欺骗干扰的问题,提出了一种基于周期重复CLEAN的卫星导航欺骗式干扰抑制算法。首先,利用欺骗式干扰空间和功率特征以及C/A码的周期重复特性,采用CLEAN方法估计多个欺骗式干扰源来向以及欺骗式干扰源个数。其次,结合线性约束最小方差（LCMV）算法和一阶微分约束算法,计算天线自适应权值。高保真数据实验表明本文方法能抑制多个欺骗干扰,且无需接收机反馈信息,可以作为一个独立的抗欺骗式干扰模块嵌入普通接收机。      

基于多天线的GNSS压制式干扰与欺骗式干扰联合抑制方法

压制式干扰和欺骗式干扰是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)面临的最常见且最有威胁的蓄意干扰。该文提出了一种基于多天线的GNSS压制式干扰与欺骗式干扰联合抑制方法。首先利用子空间技术抑制压制式干扰,然后利用解扩重扩算法获得的加权矢量进行欺骗式干扰识别和抑制,最后对无干扰信号再次使用解扩重扩技术形成指向真实卫星的高增益多波束。仿真结果证明所提方法可以同时抑制压制式干扰和欺骗式干扰。该方法不需要卫星来向信息,对阵列流形误差稳健。     

导航卫星阵列天线的快速现场系统校准算法

阵列天线接收处理全球卫星导航信号时,由于天线和射频前端的非理想性,会在不同方向卫星信号中引入不同的载波相位偏差,从而破坏卫星导航接收机距离观测量准确性。针对此问题,提出了一种易实现的卫星导航阵列天线的快速现场系统校准算法。校准过程分为通道校准和天线校准：通过开机和周期进行的通道校准实现阵列天线接收射频前端的通道响应测量;通过与接收处理不同卫星基带数据的数字接收机配合,实现阵列天线的现场阵列流形矢量校准。仿真验证了所提校准算法的正确性和有效性。     

一种通用的GPS多类干扰抑制方法

欺骗式干扰、压制式干扰、卫星多径信号干扰是GPS最常见的,也是最有威胁的干扰。本文针对这三种干扰共存的情况,将子空间技术和低副瓣常规波束形成技术相结合,提出了一种通用的抗干扰算法。该算法能够同时抑制欺骗式干扰、压制式干扰和卫星多径信号干扰,并对GPS信号提供信号处理增益。本文还分析了欺骗式干扰和GPS卫星信号的相关特性,针对不同的相关性,提出分别采用协方差矩阵特征值分解和高分辨相干子空间估计方法来计算干扰子空间。仿真结果表明本文方法可以同时抑制多类干扰,保证接收机能够准确捕获到卫星信号。      

A null despreader for interference suppression in GPS

The Global Positioning System (GPS) utilizes low‐power spread‐spectrum signals and thus is vulnerable to various types of high‐power interference sources. It requires at least four satellites for estimating three‐dimensional user positions and the receiver clock bias. In this paper, we propose a blind adaptive GPS receiver that is based on a new despreader and the one‐stage constant modulus (CM) array. The despreader consists of a conventional GPS despreader and a so‐called null despreader, which together modify the received signal so that the CM array can extract the GPS signal of interest. The beamformer not only rejects jammers and extracts the GPS signal of interest without explicit direction‐of‐arrival (DOA) information of any of the signals but also it has a low computational complexity compared with conventional techniques, such as minimum‐variance distortionless‐response (MVDR) beamforming. As a conventional despreader can recover only one GPS signal, multiple despreaders are usually required for separating multiple GPS signals. We also explore an extension of the proposed null despreader to detect multiple GPS signals. Computer simulation examples are presented to illustrate the performance of the receiver for different types of jammer signals. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

GPS接收机空时抗欺骗干扰方法

本文研究了GPS接收机抗欺骗干扰问题。结合广义旁瓣对消器(GSC)和空时处理方法,提出用多级GSC(MG- SC)空时滤波结构进行欺骗干扰抑制,取得良好的效果。文中给出了抗干扰接收机的具体实现结构,仿真试验验证了该方法的有效性。     

A novel adaptive anti-interference algorithm based on negative diagonal loading for spoofing and jamming in Global Navigation Satellite System

Spoofing and jamming are two kinds of significant interferences in Global Navigation Satellite System (GNSS). When they coexist in GNSS propagation environment, interference suppression becomes more difficult. Conventional power inversion (PI) algorithm can reject jamming effectively, but has different influences on repeat spoofing when the different numbers of elements are used in an antenna array. Nevertheless, repeat spoofing still has the capability of deception after being processed by the PI algorithm. In the paper, different influences have been analyzed and a blind adaptive anti-interference algorithm is proposed based on negative diagonal loading technique. The proposed method can adaptively reject spoofing and jamming simultaneously without estimating the direction-of-arrivals (DOAs) of them, and ensure that authentic satellite signal can be acquired by the GNSS receiver without other treatment of repeat spoofing. Simulation results show the effectiveness of the new method.     

一种抑制小区间干扰的比例公平调度算法

针对LTE-Advanced系统中小区间干扰及用户公平性问题,提出了基于多小区联合预编码和静态功率控制的比例公平(MCPPC-PF)调度算法。通过干扰空间迫零和静态控制发射功率的方法抑制小区间干扰,并结合比例公平(PF)调度算法,提高用户的公平性。仿真结果表明,与传统算法相比,MCPPC-PF算法提升系统容量的同时还提高了用户的公平性;与基于多小区联合预编码和静态功率控制的最大化吞吐量调度算法相比,MCPPC-PF算法在系统容量损失了4.6%的情况下,边缘用户容量提高了约45%。     

基于实测数据的有源噪声干扰抑制算法研究

信息战条件下,雷达所面临的干扰手段越来越多、干扰功率越来越强,这将极大降低雷达的生存能力。本文结合某型舰载两坐标雷达外场实测数据的分析和处理,提出了采用二进制积累检测算法对有源噪声干扰进行抑制的方法。仿真结果表明,二进制积累检测算法能够有效地抑制敌方实施的有源噪声干扰,同时不会对目标带来太大的损失。     

多基地极化雷达主瓣干扰抑制算法

现代战场电子对抗日益复杂,电磁干扰形式多样,当干扰从接收机主瓣进入会形成主瓣干扰。主瓣干扰严重影响雷达正常工作,传统空域、极化域、时频域等抗干扰算法都很难有效对其抑制。为有效抑制主瓣干扰,文章利用目标极化散射特性在不同角度存在差异的特点,提出基于多基雷达的空-极化协同滤波主瓣干扰抑制方法。方法首先采用主瓣保形技术在空域抑制副瓣干扰并压低空间噪声,然后将多基地雷达接收的数据进行时域对齐,计算包含主瓣干扰和回波信号的数据协方差矩阵,通过分解协方差矩阵在空-极化信号空间识别干扰,估计回波信号导向矢量,最后将目标回波与主瓣干扰通过多基地极化滤波,滤除主瓣干扰保留目标回波信号。通过仿真算法抑制噪声干扰与转发干扰,验证了所提算法能够有效对抗主瓣干扰,有效提高输出信干噪比。      

A new sign algorithm for interference suppression in DS-CDMA systems

A blind adaptive step-size averaging blind sign algorithm (AS-asign) for suppression of multiple access interference (MAI) in direct-sequence/code-division multiple access (DS/CDMA) systems is proposed. It combines the sign-regressor algorithm and the concept of variable step-size, uses a second least mean square algorithm for the step size of blind averaging sign-regressor algorithm. Simulations indicate that this algorithm yields improvements over similar adaptive step-size algorithm in dynamic environments.     

认知MIMO系统基于部分投影的干扰抑制算法

为实现认知多输入多输出(MIMO)系统中主次用户的高效频谱共享,提出一种基于部分投影的干扰抑制算法,该算法将主用户的空间传输特性引入次用户的设计中。分析了干扰的结构化特征,指出泄漏到主用户空闲维度上的次用户信号并非有害干扰。通过将次用户发射信号投影到干扰信道低维子空间的零空间上即可消除干扰。理论分析和仿真表明,算法在有效消除对主用户干扰的同时,次用户传输速率和算法适用性相比传统算法都有显著提升。     

军用无线电通信的码间干扰抑制算法仿真研究

军用无线电通信对通信质量和码元的保真性要求较高,军用无线电通信信道受到多径向量的影响产生码间干扰,需要进行码间干扰抑制,降低通信误码率。传统的码间干扰抑制方法采用波特间隔信道均衡算法,当通信信道受到电磁扰动的强度较大时,信道均衡性和码间干扰抑制能力不好。提出一种基于时间反转镜技术的军用无线电通信的码间干扰抑制算法,首先构建了军用无线电通信的信道模型,进行军用无线电通信的信道多径特性测量,采用自适应级联滤波器进行干扰滤波,结合时间反转镜技术实现码间干扰抑制算法改进。仿真结果表明,采用该算法进行军用无线电通信的码间干扰抑制,能有效提高通信传输的保真率,信道均衡性能较好,提高了通信输出的信噪比,降低通信误码率,提高了通信质量。