两级结构的卫星导航压制式和欺骗式干扰联合抑制算法

压制式干扰和欺骗式干扰是全球卫星导航系统 (Global Positioning System, GPS) 中的两种典型干扰,当二者共同存在于导航信号传输环境时,干扰抑制会变得更加困难。本文提出了一种新的两级阵列信号处理方案,由于传统的功率倒置（power inversion, PI）算法可以有效抑制压制式干扰,考虑到协方差矩阵的逆矩阵的物理意义,阵列接收的信号首先经过协方差矩阵求逆处理,然后将处理后的信号向欺骗式干扰的正交子空间投影达到抑制欺骗式干扰的目的。此方法基于GPS C/A码的周期特性和相关特性,利用CLEAN方法估计出欺骗式干扰的波达方向 (direction of arrival, DOA) 进而估计其子空间。实验结果表明新方案可以同时抑制两种干扰,且方法简单运算量小,可作为一个独立的干扰抑制模块嵌入到接收机中,并验证了方法的有效性。      

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。     

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。     

功率监测与SQM融合的GNSS欺骗干扰检测

欺骗干扰严重危害全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的安全运行,导致位置、速度和时间信息出现错误。信号质量监测（Signal Quality Monitoring,SQM）方法实施过程简单,检测性能好,受到国内外学者广泛关注。Ratio检测量是SQM的一种经典检测量,其通过检测相关峰异常升高或平缓实现欺骗检测,被普遍应用。所提的功率监测与SQM融合（Power Combined with SQM,PCS）的欺骗检测算法在Ratio检测量的基础上改进,通过对早码、即时码和晚码的相关输出作和差运算,实现跟踪环相关输出信号功率与质量的同时监测,且可消除载波相位误差影响。利用美国得州大学的得州欺骗测试电池（Texas Spoofing Test Battery,TEXBAT）中级欺骗干扰数据集第四条功率匹配干扰数据进行实验分析,实验结果表明,与Ratio检测量和绝对功率监测相比,PCS检测量融合两者优势,检测性能更优;且PCS检测量的输出结果能够更好地体现欺骗干扰引起的信号功率变化,进而反映了干扰实施过程,并实现了更早发现欺骗干扰。     

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。

     

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。      

卫星导航授时信号的抗干扰和欺骗检测技术综述

随着全球卫星导航系统在经济、军事、国防、民生等领域的广泛发展,提高卫星导航系统的可靠性、安全性和鲁棒性成为当今研究的热点。本文介绍了卫星干扰信号的类型以及相对应的抗干扰和欺骗检测技术,在此基础上分析比较了各个技术的优缺点、实现难度和抗干扰效果,最后对未来研究的重点和方向进行了展望。     

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。      

北斗卫星授时信号欺骗干扰检测技术研究

电力系统中电能的生产、输送、分配以及使用是同时进行的,这就需要有统一的时间基准来满足电力系统安全稳定判别、经济调度运行以及事故反演分析等需要,因此依靠北斗精准授时的时间同步系统的精准可靠尤为关键.对此,阐述了卫星授时信号的干扰分类,针对欺骗干扰的特征提出了检测手段,为实现欺骗干扰信号的感知与智能化防御提供理论依据.     

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。     

多卫导组合系统的快速选星算法研究

 分析了多卫导组合系统几何精度因子(GDOP)与可见星仰角和方位角的关系,并由此提出了一种适用于多卫导组合系统的快速选星算法,首先提出了选星前后GDOP相对比值随选星数增加的负指数衰减模型,使用户可根据对定位精度的具体需求实时确定所需次优星数,其次基于可见星的仰角将所有可见星进行分类:低仰角区、中仰角区和高仰角区,最后通过可见星方位角的排序、作差,给出了中仰角区被排除卫星的分布规律,实现间接选星.仿真结果表明,该算法相对于传统的选星算法计算量大大减小,并在损失约12%的GDOP值的情况下,可有效减少近50%的导航运算量.     

一种小型化宽频带卫星导航终端天线的设计

研究了一种小型化宽频带交叉偶极子结构卫星导航终端天线。天线结构由交叉偶极子臂、耦合贴片和侧面开斜槽的反射腔组成,反射腔的侧面斜槽可调节电流分布,实现了天线宽阻抗带宽、宽轴比带宽和尺寸的小型化。测量结果表明,■dB阻抗带宽实测为0.96～2.12 GHz,轴比≤3 dB的圆极化带宽为1.06～1.84 GHz,在北斗卫星导航系统B1、B2、B3频段中心频率点的实测增益分别为6.07 dBi、5.25 dBi、6.2 dBi。该天线频带宽、结构简单,不需要复杂的圆极化馈电网络,适合批量生产。     

成熟因子映射的双系统选星方法

传统的选星方法通常以遍历为手段,在可见星较多的情形下往往计算量很大。常规的遗传算法通常固定交叉和变异概率,产生不必要的时间消耗。针对这些问题,提出了引入成熟因子映射交叉概率和变异概率的双系统遗传选星算法,目的在于快速地找到最优解或可接受的次优解。该方法以几何精度因子(Geometric Dilution of Precision, GDOP)为适应度,构造单染色体种群,定义成熟度来指导交叉变异操作,再经过每代精英保留策略和隔代种群数量控制,最终搜索得到符合门限的可接受解。实验结果表明,在进化200代的条件下,成熟因子映射遗传算法比常规遗传算法的搜索时间平均节省约24.75%,引入种群数量控制机制后搜索时间进一步节省了约55.32%。该方法可以快速获得稳定数学期望的可用选星集合。     

基于FPGA的GNSS接收机抗干扰的设计

由于到达地面的GNSS信号很微弱,导致GNSS接收机极易受到干扰。特别是在作战时,敌方发射的强干扰对GNSS接收机影响很大,如果不施以抗干扰措施,接收机将无法正常工作。本文提出了频域——空域联合抗干扰的技术方案,仿真结果表明频域——空域联合抗干扰的算法比频域抗干扰算法和空域抗干扰算法性能更优越,在FPGA中用Verilog语言实现了该联合域抗干扰的算法。     

一种新的卫星导航系统快速选星方法

 从几何精度因子(GDOP)与星座几何布局的关系出发,提出了用于多星座卫星导航系统的快速选星方法——几何布局选星法.该方法以满足定位要求为前提,按卫星在星座中均布为原则来进行选星.仿真结果表明,相对传统GDOP选星法,计算量减少99%以上,而GDOP满足要求,同时,选星数较少且简洁快速,有效满足了选星求解的实时性和精度要求.     

卫星导航星座在轨测试系统总体技术研究

卫星导航系统主要由空间段导航卫星、地面段运行控制系统和接收机组成。在轨测试是在导航卫星发射入轨后对其各项功能及指标进行全面检验,判断是否满足卫星导航系统运行的要求。导航卫星在轨测试设备具有与地面运行控制系统相同的信号体制和基本功能,专业用于导航卫星的在轨测试。介绍了导航卫星在轨测试设备的组成,简单分析了利用该设备进行导航卫星在轨测试的方法,提出了一套行之有效的针对导航卫星在轨测试的方案。     

惯性导航系统/测距机系统辅助的机载全球导航卫星系统欺骗式干扰自主检测算法

全球导航卫星系统(GNSS)欺骗导致目标接收机生成错误的定位结果。利用惯性导航系统(INS)辅助,基于卡尔曼滤波新息序列构造卡方检验统计量是检测机载GNSS欺骗的有效手段。然而,该算法无法给出欺骗的持续时间,从而导致INS/GNSS系统无法依据该算法判断其解算的定位信息是否正确。该文结合测距机系统(DME),提出一种基于重构新息序列的有限记忆卡方检测算法。该算法使用已有的INS,GNSS和DME数据构造一种不参与卡尔曼滤波的新息序列,然后将该新息序列构造成有限记忆卡方检验统计量,从而实现对欺骗式干扰的检测。仿真表明,当机载GNSS欺骗造成250 m及以上的位置偏差时,所设计的算法能够获得较为准确的欺骗持续时间。最后,该文依据所提算法的检测结果,给出了INS/GNSS/DME系统正确的定位信息。     

基于互相关投影导航接收机欺骗干扰抑制方法

由于欺骗干扰模拟发送与导航卫星信号相同的C/A码,这使得卫星导航接收机极易被其误导和诱骗,从而给出错误的定位信息。考虑到导航信号和同结构欺骗干扰自身都具有强自相关性,且欺骗干扰功率稍大于真实信号,该文提出一种采用阵列天线抑制同结构欺骗干扰的盲干扰抑制方法。该方法从多天线接收数据与其自身延迟的参考数据做互相关入手,利用该互相关矩阵求解干扰的正交投影矩阵,最后将投影后信号互相关矩阵的最大特征值对应的特征矢量作为最优权。该方法处理时无需已知真实信号和干扰方向的来波方向,也无需对卫星C/A码序列进行遍历搜索从而解扩。理论分析和实验结果表明,该阵列波束能够有效抑制干扰,阵列输出SNR较高,干扰抑制后接收机捕获性能不受干扰影响。