GNSS欺骗干扰检测和抑制技术研究

• 作 者: 耿正霖
• 出 处: 国防科技大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: GNSS 欺骗干扰 检测 抑制 相关性 相位补偿 压制干扰

卫星导航系统在国防和经济建设中发挥着重要作用,但随着卫星导航系统相关技术的发展,导航信号的安全问题日益突出,欺骗与抗欺骗成为导航领域的研究热点。论文针对全球导航卫星系统欺骗干扰检测、识别和抑制问题进行研究。论文的主要工作和创新成果包括:1)针对阵列接收机进行欺骗干扰检测通常需要对欺骗干扰信号进行捕获跟踪,估计信号参数,计算量相对较大的问题,提出一种基于欺骗干扰空域相关性的欺骗干扰检测方法。该方法利用不同天线阵元之间信号互相关结果在有无欺骗干扰下统计特性的差异进行欺骗干扰的检测。该方法可避免信号的捕获跟踪,减小运算量。对于直接转发式欺骗干扰,该方法具有较好的检测性能,只要欺骗干扰信号功率高于真实信号3dB,就能在0.1%的虚警概率下,达到99%以上的检测概率,对于分离转发式欺骗干扰和生成式欺骗干扰,检测性能和转发或生成的欺骗信号个数有关。在转发或生成4颗卫星信号的条件下,当欺骗信号的功率高于真实信号6dB和12dB时,可以在0.1%的虚警概率下,达到90%以上的检测概率。2)针对单天线接收设备难以获取欺骗信号空间特性进行欺骗干扰识别,且传统合成天线阵欺骗干扰识别方法所需载体运动距离远,检测时间长的问题,提出一种基于天线方向性的欺骗干扰识别方法。该方法利用同一天线发射的欺骗干扰,到达接收天线的入射角相同,对应的天线增益相同的特点,基于天线的方向性,通过天线转动,使接收信号增益发生变化,则不同伪码的欺骗干扰信号的载噪比将发生变化,且具有相同的变化规律,从而利用信号载噪比估计结果变化的相关性进行欺骗干扰的识别。该方法可缩小接收设备的运动范围,相应缩短欺骗干扰的检测时间。仿真实例表明,对于同一天线发射的欺骗干扰信号,该方法可以有效识别,1%的虚警概率条件下检测概率可达到约99%。3)针对传统空域欺骗干扰抑制技术需要进行信号相关矩阵计算和求逆,计算量相对较大的问题,基于信号相位补偿和对消原理,提出一种基于信号对消的欺骗干扰抑制方法,在信号解扩前实现欺骗干扰的抑制。该方法利用阵列间信号互相关估计欺骗信号到达两天线相位差,通过相位补偿后,进行信号的反向相加,实现欺骗干扰的抑制。仿真实例表明,所提出的干扰对消算法具备良好的欺骗干扰抑制性能,采用四阵元干扰对消,抑制深度较传统子空间投影方法深约2dB,但对真实信号的增益与传统子空间投影方法相比有所下降,约降低1.6dB。4)针对目前欺骗干扰抑制方法不能适应压制干扰条件下的欺骗干扰抑制需求的问题,提出一种欺骗干扰和压制干扰的联合抑制方法。该方法采用两级滤波结构,第一级滤波分别以每个通道为参考进行权值计算和信号加权,得到多路输出,在抑制压制干扰的同时保留了信号和欺骗的空间来向信息。第二级滤波则通过对欺骗干扰信号和真实信号的参数估计,进行阵列信号的解扩,识别真实信号和欺骗干扰信号,计算权值并进行加权实现欺骗干扰的抑制,同时在真实信号来向上形成波束,提高真实信号功率。针对四元天线阵的仿真实例表明:无论有无压制干扰,该方法在欺骗功率较低时也能实现欺骗干扰的抑制,具有较大的欺骗功率适用范围,同时实现真实信号功率的增强。无压制干扰时,在真实信号方向上阵列增益可达到4dB～5dB,而存在压制干扰时,可同时抑制压制干扰和欺骗干扰,并使真实信号功率提高约2dB。