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.      

TEXBAT场景的GPS接收机授时欺骗影响分析

针对目前有关GPS欺骗干扰技术的研究较少涉及GPS时间欺骗干扰,且因实验条件限制,难以构建与重放实际欺骗场景,因此不同场景GPS时间欺骗对目标接收机影响仍不明确的问题,基于TEXBAT(Texas Spoofing Test Battery)提供的3组不同场景GPS时间欺骗数据集,建立了GPS时间欺骗模型,分析了欺骗过程中存在的两种相位对齐模式对欺骗行为的影响;利用自编软件对采集的欺骗场景的原始高保真数字实时数据进行数据处理,分别得到目标接收机受欺骗与未受欺骗时的接收机钟差及钟差变化率、多普勒频率与载噪比、载波相位与接收机天线位置随时间的变化情况;深入分析了不同场景GPS时间欺骗对目标接收机的影响。实验结果表明,不同场景GPS时间欺骗将从不同角度有效影响GPS定时结果,所得结论将为GPS时间欺骗与抗欺骗技术提供重要参考。     

一种SINS/GPS深组合导航系统技术问题分析

为了满足高动态用户及强干扰条件下的应用需求,提出了一种基于卫星信号矢量跟踪的SINS/GPS深组合导航方法,设计了基于FPGA硬件平台的实施方案。利用组合卡尔曼滤波器反馈回路取代了传统接收机中独立、并行的跟踪环路,能够同时完成所有可视卫星信号的跟踪和导航信息处理;通过矢量跟踪算法对所有可视卫星信号进行集中处理,能够增强跟踪通道对信号载噪比变化的适应能力,从而提高接收机在强干扰或信号中断条件下的跟踪性能;根据SINS导航参数和星历信息推测GPS伪码相位和多普勒频移等参数,用以辅助卫星信号的捕获和跟踪,能够大大缩短接收机的搜索捕获时间,并增强接收机在高动态条件下的跟踪性能。基于矢量跟踪的深组合方法不仅在GPS信号短暂中断期间,能够保证系统的导航精度和可靠性,而且在强干扰环境中能够维持较好的伪码相位和载波频率跟踪性能。     

一种采用硬件加速器的卫星导航接收机通用验证平台

随着卫星导航接收机性能的倍增,接收机内数字集成电路规模日益庞大,仿真验证能力已经成为制约规模庞大、功能复杂的数字接收机集成电路设计制造的瓶颈。仿真验证作为芯片前端设计验证的重要环节正不断进步,传统的卫星导航接收机使用的NC-Sim、ModeSim等软件仿真的速度劣势尽现,难以胜任大数据量仿真验证;现场可编程门阵列加载Chip-Scope在线仿真验证虽然速度很快,但是可见波形少,存储数据长度有限,无法设置触发条件,每次修改后需要花费大量的时间重新综合、布局布线,无法适应现代数字卫星导航接收机集成电路开发的需求。为适应北斗导航接收机数字基带芯片的开发需求,设计了一种采用Palladium硬件仿真加速器的卫星导航接收机通用验证平台,实时接收基带数据,完全模拟卫星导航接收机工作的实际状态。对大规模集成电路设计而言,与传统方法相比,具有综合时间最短、仿真时间最少、所有信号波形可见、数据存储长度大、触发条件可灵活配置的卓越性能。     

GNSS调零抗干扰天线的反欺骗性能分析

为分析全球卫星导航系统(GNSS)中存在欺骗干扰的场景下调零抗干扰天线的反欺骗性能,推导出在快拍数有限的情况下,功率倒置(PI)算法利用调零天线处理后输出真实信号和欺骗信号功率的理论公式. 详细分析了欺骗信号到达天线阵口面的功率对真实信号和欺骗信号输出功率的影响,通过欺骗抑制比这一指标来衡量PI自适应调零天线的反欺骗性能. 分析得出:即使欺骗信号功率在噪声水平之下,使用PI算法的自适应调零抗干扰接收机依然能对欺骗干扰进行抑制,在欺骗信噪比高时,抑制效果更加明显. 最后通过仿真和硬件平台实测验证了结论的正确性.      

一种利用载波相位差值的伪卫星定位方法

针对卫星定位技术无法应用于室内环境的情况,提出了一种新颖的利用载波相位差值的伪卫星定位方法,该方法能够实现亚米级的定位精度,而且无需基准站的支持,无需伪卫星之间的时钟同步,也不需要求解整周模糊度。构建了伪卫星定位的系统模型,并阐述了利用载波相位差值进行定位的基本原理。首先将双天线接收机输出的两组载波相位测量值进行单次差分操作,消除共有误差带来的影响,然后通过非线性最小二乘方法迭代解算出双天线连线中点的空间位置。仿真结果和基于双通道软件接收机的实测数据均证明了该方法的可行性,能够作为现有室内定位技术的有效补充。     

基于信号模拟器的接收机抗干扰测试方法研究

为了衡量导航终端接收机的抗干扰性能,满足产品测试需求,针对干扰信号的复杂特点,研究了导航终端接收机的抗干扰性能测试方法。针对几种典型的干扰信号进行分析和仿真,得到最佳干扰效果。同时利用软件的信号模拟发生器,改变干扰类型、干扰强度以及干扰频段,对卫星导航软件接收机的抗干扰能力进行了测试,仿真实验验证了测试方法的可行性。     

弱GPS/GLONASS信号捕获算法研究

本文给出了GPS/GLONASS双模接收机的总体设计方案,重点对弱信号环境下的接收机信号捕获进行了讨论,采用并行码相位搜索方法和改进的循环相关算法分别对GLONASS信号和GPS信号进行捕获;并利用真实数据对双模接收机性能进行了仿真研究,重点对接收机捕获弱信号的能力,以及在不同信噪比和不同累加数据长度下的捕获概率进行了讨论,结果表明该双模接收机在不需要较长数据长度的情况下能够捕获低信噪比环境下的卫星导航信号,提高了接收机的灵敏度。     

基于站间单差相位绕转数据估计测站天线旋转速率的方法研究

相位绕转在GNSS定位中是一种误差源,但包含接收机天线旋转的有用信息。提出了一种基于站间单差相位绕转观测数据估计测站天线旋转速率的方法。首先由无几何距离观测值的变化判断天线旋转的开始与结束时间,然后利用单颗卫星站间差分的无几何距离观测值求出测站的天线旋转角度,以及单颗卫星的测站天线旋转速率,最后将所有卫星计算的测站天线旋转速率按照高度角加权平均得到最终的天线旋转速率。通过精心设计实验方案,经实测数据验证,该方法可以精确地估计测站天线的旋转速率,在本实验中,天线旋转平均速率估计精度约为0.5°/s。     

卫星导航接收机中多波束抗干扰技术

抗干扰是卫星导航接收机中一项重要的技术。提出了一种卫星导航接收机中的新型多波束抗干扰方法,该方法能够较好地兼顾零陷深度与卫星信号增益的矛盾,达到抑制干扰的同时增强卫星信号强度的目的。通过大量仿真实验分析了波束数目、波束分配方式以及波束指向偏差对抗干扰性能的影响。仿真结果和性能分析验证了该方法的有效性和可行性。     

GLONASS偏差校正补偿算法模型的构建与应用

针对GNSS多模接收机的应用,分析了GLONASS卫星信号接入GNSS系统中会产生群时延变化等相关问题。通过对GLONASS系统可能产生的半周模糊度、0.25周模糊度、硬件偏差等相关问题的分析研究,探讨了RTK应用中的GLONASS伪距与载波相位偏差的6种有效解决方法。此方法包括了有效实时伪距与载波相位偏差校正补偿等。这些算法能够改进GPS+GLONASS+多模复用系统流动站接收机,使其在第三方基准站或网络系统的所有RTK应用中获得经过偏差改正的高精度的多星系统流动站接收机的性能。同时还提出了在站(或网络)接收机与流动站设备分属不同厂商产品的情况下,多模接收机系统伪距或载波相位测量过程中的差分偏差修正方法,进而提高GNSS系统的导航定位性能、作业效率和提高定位精度。     

利用GNSS-R信号进行交通车流检测

为了有效检测交通状况,提出了一种使用GNSS-R （导航卫星反射）信号进行车流检测的方法。该方法利用两种天线分别接收导航卫星直射信号和反射信号,使用通用接收机进行信号采集后,在软件接收机中进行信号处理解算,获得直射通道和反射通道的相关功率,以及卫星的高度角。然后使用反演介电常数的方法对车辆进行探测,获得交通车流状况。通过试验验证,该方法能够有效地对探测区域内的车辆进行检测,证明了使用GNSS-R进行交通车流检测的可行性。     

GPS天线相位中心改正方法研究

由于天线本身的特性及机械加工等原因,GPS卫星和接收机天线相位中心与其几何中心不重合,从而产生相位中心偏差。某些类型的天线该偏差甚至可达数cm,直接影响高精度GPS测量的精确可靠性[1]。讨论了GAMIT软件在高精度GPS数据处理中进行天线相位中心改正的原理、方法和策略,结合美国IGS观测站及南加州区域站观测数据,对改正方法及策略进行了实验对比与分析。结果表明:对接收机天线相位中心和卫星天线相位中心采用模型改正,而卫星天线相位中心偏移不改正,所得到的基线解算结果较好[2];地面接收机天线方位角的变化对U方向的基线解算结果有较大影响,在高精度GPS测量中,必须进行天线方位角的变化改正。     

载波相位平滑伪距单点定位精度分析

介绍了载波相位平滑伪距单点定位原理，分析了在用GPS接收机导航解误差因素。通过对静态和动态条件下实测数据的检测与分析，检验了观测噪声、飞行速度和高度等因素与GPS导航解精度的关系。     

一种用于监测型GNSS接收机的定位精度测试设备研究

近年来,随着高精度全球导航卫星系统(GNSS)接收机板卡的市场化,水利水电行业自主研发的全球导航卫星系统(GNSS)监测型接收机设备相继投入使用,针对这种具有自主产权的全球导航卫星系统(GNSS)监测型接收机性能检测不足的问题,我们研制了一种简易的测试设备,专门用于检测此类全球导航卫星系统(GNSS)监测型接收机的定位精度和灵敏度测试,并对通过该设备获得的数据与GNSS监测型接收机测得的数据一致性进行了研究。实测结果表明,该测试设备操作方便,数据处理方法简单可行,可用来对全球导航卫星系统(GNSS)监测型接收机在不同环境下的定位精度和灵敏度进行有效测试。     

基于频分相分联合的正交复用技术研究

随着导航系统的增多,导航频段越来越拥挤,不同导航系统和不同卫星之间的干扰愈发严重. 二进制偏移载波调制方式是通过设计分裂功率谱来减少频谱混叠,以削弱互相关干扰的影响,但其没有考虑子载波相位的关系,存在进一步优化的空间.本文通过综合考虑子载波的频率和相位关系,使不同卫星信号间得到近似正交的互相关性能,从而有效削弱卫星信号之间的干扰.      

抗干扰型卫星导航接收机中本地载波优化技术

载波数字振荡器(NCO)是导航接收机中对接收信号进行载波剥离处理的关键部分. 在接收机的基带数字信号处理模块中,NCO通过量化位宽和地址字长分别对本地载波信号的幅值和频率进行量化,即通过存储器数据的位宽和深度设计本地载波. 在给定输入信号/干扰动态范围下,根据本地载波的特点,优化设计了载波NCO中只读存储器(ROM)的幅值量化位宽和地址字长,使其适应实际工程需求,在保证信噪比(SNR)损耗和频率误差的条件下避免了本地载波存储的冗余. 实验结果表明:从需求出发设计导航接收机本地载波的最优位宽和深度,可保证数字下变频SNR损耗小于0.1 dB,本地载波实际输出频率相对误差小于0.1%,且最优位宽和深度小于优化前,减小了存储资源占用率,有效地提高了本地载波输出信号在动态信号和干扰下的适应性.      

GNSS测量型接收机检定规程中天线相位中心偏差检测门限设置的探讨

天线相位中心是指微波天线的电气中心,其设计中心与天线几何中心不一致。天线相位中心最大平均偏差可达数厘米,为此,需对GNSS测量型接收机天线相位中心偏差进行标定。目前国内GNSS测量型接收机的检定规程中,天线相位中心采用室外天线旋转法进行标定,并以GNSS测量型接收机标称精度中所谓的“固定标准差”作为阈值进行判定。笔者认为GNSS测量型接收机标称精度中的固定标准差与星历类型、数据处理软件、观测时间长度、天线相位中心偏差等因素相关,不能作为天线相位中心偏差的检测门限;天线相位中心偏差有独立的指标要求,也有独立的精确检测方法,因此建议按照天线相位中心偏差的指标要求作为检测门限。     

天线相位中心偏差对于GPS高程影响问题分析

GPS接收机天线相位中心与其几何中心不重合性构成了GPS接收机天线相位中心误差,如何减少相位中心偏移是天线设计和GPS数据处理中的重要问题。本文在分析GPS接收机天线相位中心在垂直方向上偏差的检测原理的基础上,讨论GPS天线相位中心垂直分量偏差对GPS高程精度的影响,应用实例得出一些有益的结论。     

旋转载体多天线对GPS卫星可见性分析

利用GPS测量高动态旋转载体飞行轨迹时，一般采用多个天线实现对GPS卫星的连续覆盖。如何选取合理的天线数，在增强天线覆盖特性和降低接收机设计的复杂性等方面达到最优，需要进行分析计算。在综合分析卫星仰角、GPS天线增益以及空间载体旋转对GPS卫星可见性影响的基础上，采用一种新的卫星可见性判断方法，仿真验证了不同天线数在载体旋转条件下对GPS卫星的连续覆盖特性，给出了适用于旋转载体弹道测量的合理的天线数目，具有一定的工程实用意义。