卫星导航欺骗信号检测技术研究

在分析欺骗信号检测技术原理的基础上,研究了从接收机信号处理层面进行欺骗信号检测的可行性,并具体针对功率信号检测技术、多普勒一致性检测技术、电文信息检测技术及信号质量监测技术等反欺骗技术,进行了原理分析和检测统计量研究,对不同反欺骗技术开展了测试和结果分析,总结比较了不同反欺骗技术的应用场景和效果。这些技术可直接在接收机信号处理过程中实现,用于GNSS接收机的反欺骗设计。     

卫星导航接收端反电子欺骗技术比较研究

针对卫星导航系统反电子欺骗需求日益增长这一现状,对卫星导航接收端反电子欺骗的几种关键技术进行了详细介绍,包括基于循环相关捕获的欺骗检测技术、双天线载波相位差检测技术和残留信号检测技术。在此基础上对几种欺骗信号检测方法进行了仿真对比,仿真结果表明,通过上述方法均可有效检测提取欺骗信号,进而达到消除欺骗信号的目的。     

基于GNSS多通道跟踪接收机的阵列反欺骗方法

近年来,基于阵列天线的空域处理方法被认为是最有效的欺骗检测和抑制手段之一。提出了一种基于卫星导航接收机多通道跟踪能力的阵列反欺骗方法。多通道跟踪接收机对每一个捕获到的导航信号在所有阵元通道后均进行跟踪处理并提取信号幅度和载波相位观测量,首先计算载波相位双差平方和进行欺骗检测,然后利用载波相位单差和信号幅度比估计信号导引矢量,从而进行基于子空间投影的欺骗信号抑制或基于波束形成的真实卫星信噪比提升。理论分析和仿真试验证明,该方法可有效检测并消除同一来向的欺骗信号且不影响真实卫星信号质量。由于前端非理想因素带来的幅度和相位偏移都已包含在接收机跟踪通道提取的观测量内,实际应用时对阵列天线校准和射频通道均衡的要求明显降低。     

利用调零天线测向与夹角比对的导航欺骗信号检测

在传统卫星导航抗干扰应用中配置了调零天线的接收机通过多通道接收信号的加权求和，在压制干扰来波方向上形成天线波束方向图零点，以此来抗大功率压制干扰，但无法抗欺骗干扰。针对这一问题，提出了一种新的导航欺骗信号检测方法。首先基于干涉仪测向原理，通过对调零天线中各单元天线接收信号的相位差测量来获得该信号相对于天线阵的来波方向；然后利用来波方向相互之间的夹角在不同坐标系中的不变性，构造实际信号来波方向互夹角矩阵，通过计算与参考来波方向互夹角矩阵之差的范数来反映其偏离程度，以达到检测导航欺骗信号的目的。仿真计算结果显示了该方法的可行性与有效性，从而为配置了调零天线的导航接收机抗干扰能力增强提供了新的技术途径。     

利用矢量跟踪环路的欺骗干扰检测与抑制方法

欺骗干扰的信号模型与真实卫星信号相似,具有很强的隐蔽性。近年来欺骗干扰不断威胁GPS系统因此受到了国内外学者的广泛关注。生成式欺骗干扰的延迟和功率具有可控性和变化性,因此隐蔽性和危害性更强。针对该问题,本文在欺骗干扰来向与真实卫星信号来向未知的前提下,结合阵列天线技术与矢量跟踪环路,提出一种基于矢量跟踪环路的欺骗干扰检测和抑制方法。该方法首先根据矢量跟踪环路的预测参数重构基于远滞后码的参考信号;其次根据接收信号与参考信号的相干累加结果构造欺骗干扰检测模型;然后根据阵列接收信号与参考信号的相干累加结果估计协方差矩阵;最后根据协方差矩阵中最大特征值对应的特征向量估计欺骗信号的特征向量,并根据该特征向量构造正交投影矩阵抑制欺骗干扰。理论分析和仿真实验得出了本文提出的算法具有较好的抗欺骗干扰性能。      

一种针对用户GNSS时钟的转发式欺骗方法

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)转发式欺骗干扰具有系统搭建容易、干扰实施方便、成本低等优点,目前已成为一种重要的GNSS欺骗方式。针对多峰值抗转发欺骗干扰检测算法,提出一种针对目标接收机GNSS时钟的转发式欺骗干扰方法。相比于传统转发式欺骗的各通道卫星信号时延一致的特点,该方法根据待欺骗接收机和转发式欺骗源的位置计算各卫星通道转发时延,使待欺骗目标接收到的GNSS欺骗信号的时延为伪码周期整数倍,并随时间自适应动态调整转发时延,使得欺骗检测失效,进一步欺骗静态目标接收机的GNSS时钟。模拟实验和仿真实验验证了该转发式欺骗方法的有效性。     

基于P(Y)码互相关的GPS信号欺骗检测技术研究

随着迈入高度信息化的时代,人类对能够提供全球性、全天候、连续性和实时性的高精度三维位置信息的GPS系统的依赖性越来越强。然而,由于GPS信号固有的脆弱性,用户端很容易遭受的欺骗攻击,跟踪捕获到欺骗信号,使得欺骗目标产生错误定位同时还不会引起欺骗目标的察觉。因此,本文提出一种基于P(Y)码互相关的欺骗检测技术,并对其原理进行详细的分析,还列举了基于该技术的应用方案,希望该项技术能对GPS欺骗检测领域发挥重要的作用。     

基于调零技术的GPS抗欺骗干扰研究

目前GPS已经用于许多重要场合,而欺骗攻击可导致其无法正常运行。欺骗干扰对民用GNSS系统造成严重威胁,因此必须提出对欺骗信号进行检测和抑制的方法。首先介绍了一种使用空间滤波(调零)剔除无用信号的方法,并分析了该方法在欺骗条件下的性能;然后研究了对欺骗信号以及噪声信号的抑制,提出了一种采用梯度下降优化阵列权重矢量的方法,仿真表明该优化显著增大了欺骗信号的衰减,随着C/N0的增大,衰减接近-60 d B,而未优化时衰减值只有-30 d B,从而在DOA上限制了信号进入阵列。最后分析了调零技术对卫星真实信号可用性的影响,结果表明,如果卫星在信噪比降低12 d B的情况下还可用的话,则所有卫星都不会受影响。     

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。     

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。      

现代OS导航信号中HRC相关间隔的优化设计

目前接收机基于环路的多径抑制主要采用窄相关和HRC技术,而在实际应用中HRC技术对不同调制方式的现代导航信号采取的相关间隔也不同。针对上述问题,通过对几种现代导航信号的鉴相范围和多径抑制性能进行分析,给出在现代导航信号中HRC鉴别器算法相关间隔的优化设计方法。仿真可见:不同现代导航信号下HRC相关间隔的优化选取也不同;带宽较宽时,鉴相范围随相关间隔增大而增大,多径抑制性能随相关间隔减小而提高;带宽较窄和相关间隔较小时,在一定鉴相范围内减小相关间隔并不会再提高现代导航信号的多径抑制性能。提出的相关间隔的优化方法具有创新性,研究成果具有重要理论价值并已应用到GNSS接收机中。     

Generation of Electrically Induced Stimuli for MEMS Self-Test

A major task for the implementation of Built-In-Self-Test (BIST) strategies for MEMS is the generation of the test stimuli. These devices can work in different energy domains and are thus designed to sense signals which are generally not electrical. In this work, we describe, for different types of MEMS, how the required non-electrical test stimuli can be induced on-chip by means of electrical signals. This provides the basis for adding BIST strategies for MEMS parts embedded in the coming generation of integrated systems. The on-chip test signal generation is illustrated for the case of MEMS transducers which exploit such physical principles as time-varying electrostatic capacitance, piezo-resistivity effect and Seebeck effect. These principles are used in devices such as accelerometers, infrared imagers, pressure sensors or tactile sensors. For implementation, we have used two major MEMS technologies including CMOS-compatible bulk micromachining and surface micromachining. We illustrate the ability to generate on-chip test stimuli and to implement a self-test strategy for the case of a complete application. This corresponds to an infrared imager that can be used in multiple applications such as overheating detection, night vision, and earth tracking for satellite positioning. The imager consists of an array of thermal pixels that sense an infrared radiation. Each pixel is implemented as a suspended membrane that contains several thermopiles along the different support arms. The on-chip test signal generation proposed requires only slight modifications and allows a production test of the imager with a standard test equipment, without the need of special infrared sources and the associated optical equipment. The test function can also be activated off-line in the field for validation and maintenance purposes.     

水面导航与监视雷达技术进展

国土与领海安全以及水面和海洋经济的发展,对水面导航与监视雷达提出了新的需求。梳理了水面导航与监视雷达的应用功能需求变化,综述了近十年来国内外的最新产品与技术发展状况,分析了该类雷达相关技术的一些发展方向,指出综合集成多种雷达体制、多频段、多极化与多功能将是新产品的常态,基于特征的目标检测与弱小目标检测前跟踪是学术研究的主要方向,经典的目标检测与跟踪算法仍然在工程应用上持续完善。     

新体制民用航海雷达的应用与发展

传统磁控管雷达已占据民用航海雷达领域较长的一段时间,新技术新体制在这一领域的应用给民用航海雷达发展带来了新的机遇。以近年出现的新型民用航海雷达为背景,简述了民用航海雷达的分类、原理组成和发展现状,介绍了航海雷达使用的新技术以及在溢油探测、海浪监测领域的新应用,指出固态发射、数字化、综合导航、低辐射将是民用航海雷达的发展方向,这些新技术的使用将提高航海雷达的可靠性和环境适应性。     

原子陀螺基本概念及发展趋势分析

原子陀螺是一种利用原子光谱感受外部转动的高性能传感器,在惯性导航、姿态控制、科学研究等军民领域已表现出巨大的发展潜力和应用价值,并引起了国内外研究机构的巨大兴趣。回顾了原子陀螺的发展历程,并跟踪了国际上的最新研究动态。将原子陀螺根据其工作原理分为冷原子陀螺和核磁共振陀螺2个领域,并从工作原理、性能参数、应用方向等方面分别进行了阐述。最后分析了原子陀螺面临的挑战和未来发展趋势。     

基于软件无线电的GNSS干扰和多径监测系统设计

针对干扰和多径导致全球导航卫星系统(GNSS)不能精确、安全和可靠地提供位置、速度和时间服务等问题,分析了研制GNSS干扰和多径监测系统的意义,介绍了当前干扰和多径常用的检测方法,设计了一套针对当前四大导航系统(美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo和中国BDS)各信号带内以及附近频率的干扰和多径监测系统.系统基于软件无线电(SDR)思想,采用模块化设计,具有良好的功能扩展性和配置灵活性.根据不同干扰的特点,结合实际应用改进了其检测算法:采用能量阈值法检测不同形式的压制式干扰,采用基于捕获多相关峰法判别欺骗式干扰,采取基于最大似然准则的多径估计延迟锁定环(MEDLL)技术估计多径信号的参数.实验结果表明系统能够有效检测各种干扰和多径信号的存在,使用户获取其特征参数,为干扰源的定位、查处、排除、规避以及多径信号的抑制提供决策依据.     

Stable Photonic Links for Frequency and Time Transfer in the Deep-Space Network and Antenna Arrays

For more than two decades, NASA deep space network (DSN) frequency and timing metrology has been a driving application for remote transfer of stable radio-frequency signals over fiber-optic cables. Precise, accurate, and stable signals are essential for deep-space communication and tracking, and syntonized and synchronized reference signals from atomic clocks calibrated to coordinated universal time must often be distributed over large distances. Fiber-optic technologies developed at the jet propulsion laboratory have resulted in several operational signal transport capabilities that enable precise spacecraft navigation and sensitive radio science experiments. These techniques are now finding further applicability in metrology applications to remotely compare ultra stable microwave and optical atomic clocks and for antenna array X- and Ka-band signal transport applications where temporal phase stability and alignment are critical. The pioneering DSN photonic link developments and capabilities are summarized, and a stabilized multiphotonic link architecture for ultrastable signal transport in antenna arrays is described.     

舰载式高精度水下定位系统

阐述了水下二次定位系统的原理和特点,研究了水下应答器定位系统中所涉及的高精度测距技术。详细介绍了水下应答器收发信号形式,提出了利用线性调频信号和码分多址扩频通信的数据包提高定位精度的理论,结合DSP处理平台,全面论述了系统设计思想,解决了低信噪比条件下多目标信号检测的关键问题。     

Recent Progress in Advanced Tactile Sensing Technologies for Soft Grippers

Tactile sensing technology is crucial for soft grippers. Soft grippers equipped with intelligent tactile sensing systems based on various sensors can interact safely with the unstructured environments and obtain precise properties of objects (e.g., size and shape). It is essential to develop state-of-the-art sensing technologies for soft grippers to handle different grasping tasks. In this review, the development of tactile sensing techniques for robotic hands is first introduced. Then, the principles and structures of different types of sensors normally adopted in soft grippers, including capacitive tactile sensors, piezoresistive tactile sensors, piezoelectric tactile sensors, fiber Bragg grating (FBG) sensors, vision-based tactile sensors, triboelectric tactile sensors, and other advanced sensors developed recently are briefly presented. Furthermore, sensing modalities and methodologies for soft grippers are also described in aspects of force measurement, perception of object properties, slip detection, and fusion of perception. The application scenarios of soft grippers are also summarized based on these advanced sensing technologies. Finally, the challenges of tactile sensing technologies for soft grippers that need to be tackled are discussed and perspectives in addressing these challenges are pointed out.