GNSS/INS组合导航系统抗欺骗式干扰技术现状与展望

随着卫星导航技术的发展,GNSS服务易受欺骗干扰已成为现实威胁。本文首先介绍了GNSS/INS组合导航抗欺骗式干扰技术背景,包括欺骗式干扰技术的概念、方式和案例等;其次深入分析和总结了国内外GNSS/INS组合导航系统抗欺骗式干扰技术研究现状与展望;最后进行了总结和思考。     

GNSS转发式欺骗干扰方法的改进

针对GNSS多天线转发式欺骗干扰在实际应用中,当干扰机与目标机距离大于一定范围时,将引起目标机钟差突跳,从而易被目标机检测和识别的缺陷,提出了基于干扰机阵列的转发式欺骗干扰新方法。干扰机阵列按照正六边形网型布设,可实现目标区域的无缝覆盖,并且灵活易拓展。不论目标机位于区域的任何位置,均有一个最优干扰机能够对其实施有效干扰。为了确定相邻干扰机的最优间距,本文在干扰机阵列不同间距下对具有钟差突跳自适应检测能力的目标机的干扰有效性进行了仿真研究。结论表明,综合考虑各种约束因素,相邻干扰机最优间距为17 km,满足该条件的干扰机阵列在实施欺骗干扰过程中,不会造成目标机钟差突跳,有效解决了该干扰方式易被目标机识别的问题。     

一种基于功率可行域的卫星导航欺骗干扰评估方法

针对欺骗干扰评估场景复杂、反欺骗策略繁多等所导致的量化评估难度大的问题,建立了欺骗对抗场景到欺骗对抗效果的评估模型和映射过程,并从欺骗对抗场景中的功率空间和欺骗对抗效果中的欺骗有效概率出发,设计了基于欺骗有效功率可行域的评估方法与指标。仿真结果表明,该评估方法可以实现不同反欺骗策略之间性能的量化对比,能够为接收机反欺骗算法选择和优化提供量化评估方法。     

GNSS欺骗干扰效能指标检测方法

近年“导航战”日益得到各国的重视,欺骗式干扰技术已经从早期的理论研究与仿真阶段,迈向具体试验阶段。有效地评估装备作战效能和论证其应用于现实需求条件下的实际效能,将成为增强现代化卫星导航信息对抗作战能力及改善装备核心性能的重要因素。全文以前人研究的欺骗干扰关键技术为基础,从导航信号、定位结果、软硬件性能等方面入手,从基本指标到欺骗效能指标,构建效能指标;并结合欺骗干扰原理、计算方法,总结各项指标的具体检测方法及计算模型,全面完善效能评估研究,为后期评估试验平台搭建及实施打基础。     

卫星导航欺骗干扰信号检测技术综述

卫星导航欺骗干扰信号检测是卫星导航接收机实施欺骗干扰抑制、防止产生错误定位和测速、定时信息的必要步骤.在介绍了导航战背景下卫星导航欺骗干扰技术的基础上,分析比较了当前主要卫星导航欺骗干扰信号检测技术的实现难度、效果和场景适应性,指出了现阶段卫星导航接收机端最具研究价值的欺骗干扰信号检测技术.最后对欺骗干扰检测技术研究的趋势和发展方向进行了总结展望.      

无人机GPS欺骗干扰攻击对策

自主和半自主的无人机群(unmanned aerial vehicles,UAVs)开始引发大量的研究兴趣和来自各种民用应用领域的需求,然而,为成功执行各种任务,无人机群需要GPS的信号.民用GPS信号是未加密和未认证的,这为GPS欺骗攻击的实施提供了便利,在这些攻击中,对手通过模仿真实的GPS信号,并将其广播给目标无人机,以改变其航线,迫使其降落或坠毁.在这项研究中,提出了一种GPS欺骗检测机制,能够检测单发射器和多发射器的GPS欺骗攻击,以防止改变其航线或坠毁. GPS欺骗是基于比较每两个蜂群成员之间从其GPS坐标计算出的距离和同一蜂群成员之间从脉冲无线电超宽带测距获得的距离,如果距离的差异大于选定的阈值,则宣布检测到GPS欺骗攻击.通过案例证明：检测机制优于现存的检测技术,它无需修改原有的天线和安装额外的硬件,便可检测GPS欺骗攻击,并且也不需要复杂的计算和通信开销,减少了误报,使检测机制更加可靠.     

基于功率变化的移动终端欺骗干扰检测方法

对欺骗信号的功率检测是目前最常用的欺骗检测方法之一,但欺骗源可以通过调整发射的信号功率,仍然可实现对环形范围内所有终端的欺骗攻击．针对该问题,本文提出了一种基于信号功率变化的移动终端欺骗干扰检测方法,该方法利用了真实卫星和欺骗源与终端在距离上差异的本质属性,通过终端运动情况下真实信号与欺骗信号在相同距离上信号功率变化的不同,实现对近距离欺骗干扰源的有效检测．本文建立了移动终端导航信号功率变化模型,并在此基础上给出了针对欺骗信号的二元假设检验方法．通过理论分析和仿真实验,验证了本文提出的基于信号功率变化的移动终端欺骗干扰检测技术的有效性,当干扰源距离终端小于2 000 m,终端运动距离大于200 m即可实现在1％的虚警概率下实现对97％以上欺骗攻击的有效检测．      

基于牛顿迭代法的GNSS欺骗干扰参数估计

欺骗干扰是全球卫星导航系统(GNSS)发展面临的重要挑战,针对小时延场景下欺骗干扰参数估计方法计算量大的问题,提出了一种基于牛顿迭代法的参数估计方法. 该方法以码相位估计为核心,通过构建欺骗场景下信号参数的非线性估计模型,采用牛顿迭代法对信号码相位进行估计,在此基础上采用最小二乘法对信号幅度和载波相位进行估计. 实验结果表明:该方法的平均迭代次数在10次左右,相比于传统参数估计方法,算法有效性大幅提升. 在准确性方面,该方法能够有效提高小时延场景下的信号参数估计精度.      

卫星导航信号电文加密技术研究与评估

全球导航卫星系统民用信号的信号结构公开等特点,使得民用接收机受到了各种欺骗干扰的威胁。针对不同的欺骗干扰攻击,对比分析了不同电文加密技术的鲁棒性。分析表明,电文加密技术不能应对转发式干扰攻击。在对比了椭圆曲线数字签名(ECDSA)和时间效应流丢失认证(TESLA)的基础上,提出了ECDSA和TESLA组合的导航信息认证(NMA)方案。该方案解决了传统NMA的运算量和时间同步等问题。以扩频码身份认证(SCA)技术为例,仿真评估了电文加密身份认证技术的性能。仿真表明,参与身份认证能大大提高接收机的抗干扰性能。      

车载GNSS接收机多径抑制技术

在GNSS接收机的实际应用中,多径是影响定位精度的主要因素之一。在车载应用条件下,多径的影响由于快速的多径信道变化而变得更加明显,车载接收机的GNSS信号接收处理部分会受到包含周围运动车辆及其自身结构影响在内的复杂多径干扰。针对接收机的各个组成部分分析了天线设计、多径估计、多频测量、传感器融合等多种可用的多径抑制方法,并根据分析和比较结果指出:信号处理方法、基于导航的方法以及传感器融合方法是实现车载接收机多径消除的首选方法。     

一种有效的GNSS接收机载噪比估计方法

提出了一种I支路功率方差比方法(I branch power variance ratio,IBPVR),并详细推导了另外3种载噪比估计方法(NWPR、MM、SNV),比较了这4种方法在强信号和弱信号情况下的跟踪性能。实验结果显示,在载噪比超过50dBHz时,NWPR方法与SNV方法并未出现饱和现象,SNV方法在弱信号情况下会产生估计偏差,NWPR与IBPVR方法的估计性能比较好。     

TopconNET—G3 GNSS接收机试验结果及其分析

在简述Topcon NET—G3 GNSS接收机特点的基础上，对Topcon NET—G3GNSS接收机进行了检测，获得了试验结果，得出了这种仪器在精度上能满足GNSS连续运行站技术要求等一些重要结论。     

应用于大地测量的整体式GNSS接收机检定方法

为了将整体式GNSS接收机应用于大地测量作业,给出接收机检定项目及方法。在具体项目中,应依据项目的要求和仪器设备的配置情况,适当选取和调整检定项目、方法进行检验。通过实例实测检定,拟参加作业的仪器设备满足要求,可用于作业。     

基于接收机位置信息的GNSS干扰源定位技术

全球卫星导航系统（GNSS）目前得到了十分广泛的应用,但是GNSS信号到达地面的功率很低,同时民用信号的格式是公开的,因此极易受到各种无意和人为故意的干扰,会对GNSS定位和授时的精度造成影响．查找和消除干扰源十分重要,目前通用的干扰源查找手段是采用测向设备实现干扰源的交叉定位,但在不知道GNSS干扰源的大致位置时,采用测向设备查找干扰源将耗费很长的时间．如果能够通过提取一些通用接收机的输出量实现干扰源的粗定位,就可以为测向定位提供初始参考位置和大概的查找范围．本文利用几乎所有的通用接收机都能输出的位置信息实现干扰源的粗定位,随着GNSS接收机逼近干扰源,会造成接收机位置信息的丢失,随着GNSS接收机远离干扰源,接收机又会重新获取位置信息,本文利用一定区域内众多受干扰的接收机的位置信息丢失点和位置信息重捕获点来实现干扰源的粗定位．通过仿真验证,分析了该技术的定位误差,仿真结果表明,该方法能够实现GNSS干扰源的粗定位,为进一步准确查找干扰源提供位置参考．      

电离层闪烁对GNSS接收机性能影响比较分析

电离层闪烁是引起GNSS接收机性能降低甚至失锁的重要环境干扰因素。利用实测数据,比较分析了不同电离层闪烁活动强度下,不同GNSS系统（BD和GPS）接收机的定位性能。结果表明：电离层闪烁较弱时（S4〈0．3）,两种接收机均可以实现基本的定位功能;电离层闪烁较强（S4〉0.7）,且持续时间较长时,不同GNSS接收机将出现定位结果的抖动、跳变或失去定位能力;GNSS接收机应对电离层闪烁影响的能力与接收机设计相关。研究结果可作为抗闪烁接收机开发或闪烁影响分级的参考。     

基于低成本GNSS接收机的多天线RTK定位研究

通过选取基准站模块、移动站模块和无线通信模块,设计了低成本GNSS接收机。针对单个接收机偶尔存在信号失锁无法得到固定解的情况,提出了多天线拟合圆的RTK定位方法。实际测试表明,低成本GNSS接收机能满足一般工程测量任务的精度需求,多天线RTK定位技术能有效提高解算结果的固定率。     

基于SDR的GNSS接收机原理可视化教学平台

针对GNSS原理教学中,GNSS接收机原理部分缺乏直观的教学演示,提出了一种基于SDR的GNSS接收机原理可视化教学平台。通过这个平台,将封闭在硬件中的GNSS接收机实现方法直观地展现给学生,使学生加深了对GNSS接收机原理的认识。     

GNSS软件接收机的实现与测试分析

从GNSS软件接收机的基本原理出发,阐述了GNSS软件接收机的基本组成及优点,重点介绍了信号处理模块中的捕获策略、跟踪方案以及误差模型的实现方法。为了测试核心模块设计的正确性与有效性,进行了真实采集信号捕获与跟踪结果的验证以及定位精度测试。结果表明,接收机的信号捕获策略、跟踪方案以及导航解算算法正确,可实现单点静态定位,且在GDOP值小于4的情况下定位精度优于10 m,具有良好的灵活性和可扩展性。     

整体式GNSS接收机多路径效应分析

探讨了GNSS接收机天线多路径效应的计算和分析方法,分别运用由多路径计算原理编制的数据分析软件和TEQC软件处理整体式GNSS接收机获取的数据,并进行对比分析,其结果说明多路径效应的大小与高度角存在线性关系。在实际数据预处理中,可通过分析软件代替TEQC,简单方便地获得站点的多路径信息,对站点的数据评定提供有效的质量信息。