基于多天线的GPS抗欺骗式干扰信号方法研究

欺骗式干扰将导致GPS接收机产生错误的定位信息。近些年来,对GPS欺骗式干扰信号抑制方法的研究取得了一些进展,但大部分研究都集中在发现欺骗式干扰信号上。提出了基于多天线的GPS抗欺骗式干扰信号方法,该方法不仅能发现欺骗式干扰信号,而且能对它进行抑制,同时增强真实信号功率。     

一种针对转发式欺骗干扰信号的负延时补偿方法

针对卫星导航转发式欺骗干扰中转发信号存在负延时需求而工程上又无法实现的问题,提出了一种负延时补偿方法。该方法根据预设欺骗位置,通过转发式欺骗干扰延时算法,获得各卫星信号通道所需转发延时量;然后基于接收机钟差最小化原则选取最优的延时修正量添加到所有通道的转发信号中。理论分析和仿真结果表明,该方法不影响接收机的定位结果,消除了负延时无法实现的问题对转发式欺骗干扰的限制。     

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。     

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。     

对GPS接收机实施欺骗式干扰的定位误差研究

本文介绍了一种对GPS接收机实施欺骗式干扰的定位误差研究方法，并在伪距测量定位模型的基础上，建立了转发式欺骗干扰的数学模型。通过分析和计算定位误差的标准差，得出欺骗式干扰时的GDOP值。模拟试验结果初步验证了评估方法的合理性。     

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。      

双基SAR欺骗式干扰性能研究

双基SAR的收发分置使干扰系统对接收机难以准确定位,因此具有强抗干扰能力。该文分析了接收机不能精确定位情况下的欺骗式干扰性能,在双基SAR欺骗式干扰模型的基础上,研究了对双基SAR欺骗式干扰的散焦问题,通过理论分析,给出了可容忍散焦条件,由此可确定雷达接收机的允许设定范围并生成欺骗式干扰信号。仿真实验证实了理论分析的正确性。     

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。      

对GPS接收机实施欺骗式干扰的定位误差研究

本文介绍了一种对GPS接收机实施欺骗式干扰的定位误差研究方法,并在伪距测量定位模型的基础上,建立了转发式欺骗干扰的数学模型。通过分析和计算定位误差的标准差,得出欺骗式干扰时的GDOP值。模拟试验结果初步验证了评估方法的合理性。     

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。      

牵引式欺骗对矢量跟踪环路的影响

牵引式欺骗能够在不引起跟踪环路失锁的条件下诱使接收机跟踪欺骗信号,是一种隐蔽性很高的欺骗干扰方式。对于标量接收机,由于其跟踪环路相互独立,因此针对单个信号进行牵引式欺骗时,不会受其他信号的影响。而矢量接收机的跟踪环路通过接收机状态耦合,存在相互影响,即牵引式欺骗对矢量和标量跟踪环路的影响存在差异。本文基于无噪声且欺骗信号与真实信号载波频率和载波相位相等的假设条件,分析牵引式欺骗对矢量跟踪环路的影响,推导出欺骗成功条件,并利用信号源模拟器和软件接收机对分析结果进行验证。研究结果表明,对矢量跟踪环路成功实施牵引式欺骗的条件较标量跟踪环路更为严苛,反映出矢量跟踪环路固有的抗欺骗干扰能力。     

基于相关峰数量统计的诱骗信号快速识别

针对采用直接序列扩频（DSSS）体制的无人机卫星测控前向链路,提出了一种基于相关峰数量统计的诱骗信号识别方法。该方法将同模式的诱骗信号等效为多径信号,利用匹配滤波器对接收信号进行处理,通过迭代算法调整相关峰判决门限,并统计一段时间内的相关峰数量来识别诱骗信号。在扩频码周期为128,正交相移键控(QPSK)调制,1/2码率的信道编码,Es/N0为3 dB,1 024个码周期的统计周期,诱骗信号和合法信号延时大于1个码片长度的情况下,该方法可快速有效地识别诱骗信号。     

基于捕获结果的GNSS欺骗式干扰检测

GNSS欺骗式干扰是卫星导航系统的一大威胁。对于转发式欺骗干扰,由于目标接收机并不知道所受干扰的具体参数,现有的单一欺骗检测方法不能检测所有欺骗干扰,本文提出一种在捕获阶段检测欺骗干扰的组合算法。首先利用联合信干噪比和多峰检测方法进行检测。如果捕获峰值超过给定阈值,则有欺骗干扰信号存在;若未超过给定阈值但有两个峰值,则利用提出的码相位差一致性方法进行检测,该方法避免了多径信号对检测性能的影响;当只有一个未超过给定阈值的峰值时,可能存在真实信号和欺骗干扰信号重叠,此时通过改进的相关函数宽度阈值方法进一步检测。当有两个相关峰时,随着欺骗干扰信号总功率变小,检测概率越来越高,表明了码相位差一致性方法的有效性;当有一个相关峰时,对于不同小时延下的转发式欺骗干扰信号,检测概率较高,表明了改进的相关函数宽度阈值方法的有效性。      

一种改进的民用GPS异步欺骗技术

针对民用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)欺骗中存在的欺骗信号伪码相位同步问题,通过欺骗建模分析得到了主要误差来源于探测系统定位精度.基于传统单路滑动牵引入锁技术,理论分析了功率损失主要来源于载波偏差.针对工程应用中欺骗信号构造时初始码相位超前滞后的不确定带来的欺骗起效时间二值性...     

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。     

转发欺骗干扰对卫星导航接收机载波环的影响研究

本文研究了转发欺骗干扰对卫星导航接收机载波跟踪环的影响。推导出在存在转发欺骗条件下卫星导航接收机载波跟踪环输出的相位误差公式，分析了不同强度的转发欺骗干扰对卫星导航接收机跟踪环路的作用，得出了使卫星导航接收机跟踪环路失锁转发欺骗干扰所需的最小功率强度。通过试验验证了本文分析结论的正确性。     

Spoofing mitigation in Global Positioning System based on C/A code self-coherence with array signal processing

Spoofing is a deliberate attack that can coerce Global Positioning System (GPS) receivers into providing false position/navigation solutions. Spoofing is more dangerous than jamming since the target receiver is not aware of this menace. In this paper, a novel signal processing scheme is proposed for rejecting the repeat spoofing, which is based on the strong self-coherence property of the C/A code. Firstly, the number and Direction-of-arrivals (DOAs) of spoofing attacks are estimated by the MUSIC-Like DOA estimation method based on the Framework of Beamforming (MLFB). Then, the constrained version of cross spectral self-coherence restoral (cross-SCORE) algorithm is applied to mitigate the spoofing. The proposed scheme can simultaneously mitigate spoofing and adaptively provide high beamforming gain for authentic signal without the prior information of DOAs of the authentic signal. Moreover, the scheme can be used as an independent spoofing mitigation module that can be embedded in the GPS receiver. Simulation experiments demonstrate the effectiveness of the proposed scheme.