卫星导航接收机捕获阶段抗欺骗干扰技术研究.pdf

应用
航天电子对抗
2016年第2期
卫星导航接收机捕获阶段抗欺骗干扰技术研究
董斌,莫家文,涂卫军,朱微波
(洪都航空工业集团公司,江西南昌330024)
摘要:卫星导航欺骗干扰信号依靠功卒优势可以使接收机误捕获欺骗信号,从而进入跟
踪、解算环节,使接收机解算出错误结果。在捕获阶段采取抗欺骗千扰措施,可以有效降低接
收机在后续环节抗千扰处理的压力。研究了欺骗千拢对接收杌捕获阶段的影响,总结了基于
上下限阈值和外部信息辅助的捎获阶段欺骗干扰检测与抑制方法,可为导航接收机抗欺骗干
扰设计提供技术参考。
关鍵词:卫星导航;欺骗干扰;信号捕获;上下网值;外部辅助
中图分类号:TN973文献标识码:A
Research on the GNSS anti-spoofing for signal acquisition
Dong Bin, Mo Jiawen, Tu Weijun, Zhu Weibo
( Hongdu Aviation Industry Group Corporation, Nanchang 330024, Jiangxi, China)
Abstract: Spoofing signals with higher absolute power can be acquired by GNSS receivers. Acquired by the
target receivers, spoofing signals then be tracked and derive inaccurate PVT information. Detecting and
eliminating spoofing signals can reduce the anti-spoofing pressure in following processing. Coherent processing
are considered to explain the acquisition while the receivers facing spoofing signals. The method of anti-
spoofing tcchniques based on the low-high threshold setting and external aid are proposed, which can be design
reference to anti-spoofing in civilian GNSS receiver
Key words: GNSS; spoofing; signal acquisition; low high threshold; external aid
r()=(P/2)C(t
m fauh t+0.u)+
(Pp/2)12C(1-zo)cos(2r/pot+6r)+n()
卫星导航欺骗干扰设备通过发播欺骗干扰信号
诱导接收机捕获、跟踪欺骗信号,使接收机解算岀错误
式中,P为信号功率,C(t-x)表示信号扩频例码及初
的位置、时间信息。 GNSS ICD文件公开民用导航始相位,f为信号载波频率,0为载波初始相位,n(t)
信号体制,使干扰方产生并实施欺骗干扰成为可能2。
为有限带宽下的噪声模型。
2012年,美国德州大学奥斯汀分校 Dr Humphreys的
欺骗干扰存在时,接收机进行并行码相位捕获,可
研究团队成功进行了对大型游轮、无人直升机卫星导
航系统的劫持试验,使欺骗干扰成为现实威胁。日能检测到卫星信号与欺骗十扰相关峰。欺骗干扰信号
前对抗欺骗干扰研究主要集中在跟踪环路和解算环依靠功率优势,使接收机进行非相干积分选大判决时,
节1,信号捕获阶段的抗干批研究较少。本文提出了误捕获欺骗干扰,如图1所示。
一系列捕获阶段抗欺骗干扰方法,可为导航接收机抗
欺骗信号
欺骗干扰提供技术参考。
0.6
真实信号
欺骗干扰对接收机信号捕获影
0.2
欺骗信号存在时,接收机中频信号为:
收稿日期:2015-12-15:2016-02-28修回
多普勒频移-300
码相位
作者简介:董减(1979-),男,高级工程师,主要从事制导、导航与
控制研充。
图1真实、欺骗千扰信号非相干输出相关峰
万方数据
2016、32(2)
航天电子对抗
频移结果与预测多普勒频移进行一致性判决(通常为
2捕获阶段抗欺骗干抗方法
考虑误差情况下的求差计算),若判决结果大于阈值,
2.1基于上下限阈值的捕获算法
则认为此结果为欺骗干扰,发出干扰预警;反之则认为
卫星导航接收机进行信号捕获时,信号(真实或欺是卫星信号,可转人眼踪环路
骗干扰信号)的非相干检测包络的概率密度函数服
菲相关积分
信号捕获算法
是
欺骗干扰预警
从中心参量为预检測信噪比C/V的菜斯分布:
跟踪环路
l0(x(2C/N)2/o
(2)
否
式中,C/N=び/o。表示预检測信噪比(无量纲)
信号捕获控制
I(x)e/(2xr)22为零阶修正项的贝赛尔函数。
欺骗干扰存在的环境下,接收机可以同时捕获到
图3基于上下限阂值的捕获算法
真实、欺骗信号的非相干积分值。干扰方为了保证接
INS速度信息
收机可以捕获到欺骗干扰信号,倾向于产生干信比
星历信息
JSR较大的欺骗干扰信号,这为干扰信号检测提供了
可能。欺骗干扰较大的JSR导致(C/N)o高于
一外部信息
否
(C/N)m,从而使得真实信号、欺骗干扰预枪测积分
是否可用
包络概率密度函数分离,如图2所示。
是
真实信号预检测积分包络概率密度
多普勒频率预润
欺骗信预测积分包荃密度
欺骗干扰预答
0.4
是
载波NCO偏置
预测多普勒频移
抽获多普勒叛移
判决结果
致性判决
大于阈值
否
本地信号
0
多普勒频移
跟踪环路
化噪声非相干积分值
并行码相位捕获捕获结果
算法
图2真实、欺骗千扰信号预检测积分包络概辛密度函数
在对卫星信号功率长期观测、统计的基础上,设定
图4基于外部速度信息辅助的捕获算法
正常卫星信号非相干积分值國值上限a。信号捕获2.3基于外部位置信息辅助的捕获算法
结果若大于上限國值,则认为捕获结果为欺骗干
失去GNSS辅助时,误差累计效应导致INS定位
扰,摒弃此捕获结果并发出干扰预警,如图3所示。
精度随着时间而逐渐恶化,直至无法使用。在GNSS
2.2基于外部速度信息辅助的捕获算法
失锁的一段时间内,民用航空和远洋船只的高等级
民用航空、远洋船只除具有卫星导航接收机外,通INS仍可以输出一定精度范围的位置信息。失锁后,
常装备有较高精度的惯性导航设备,可以提供较高精接收机仍保持失锁前的帧同步信息和位同步信息。接
度的载体速度信息。INS可输出载体速度矢量:Vx收机根据捕获到的伪码相位计算GNSS伪距,如式
(い,いN,:)及位置矢量Ps=(xws,ys(4)、(5)所
xws)。解算星历数据可得卫星速度矢量Vw1=(uam,
=w+T8A+cゅ