一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，包括以下步骤：步骤S1，在卫星接收机重新捕获及跟踪信号时，基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测，利用卫星接收机基带信号处理过程中伪码解扩的相关峰值结果，进行欺骗信号检测；步骤S2，如未检测出欺骗信号，则利用航迹推算方法获得的载体运动状态，及由星历参数获得的卫星运动状态信息，进一步对重新捕获及跟踪信号进行码相位辨识处理，即对卫星接收机解扩的伪码相位参数进行真假辨识；步骤S3，在检测出接收机解扩解调信号含有欺骗信号以后，对欺骗信号进行报警与隔离处理，从而增强卫星接收机的抗欺骗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星导航及接收机信号处理的
，特别涉及一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法。
技术介绍
卫星导航作为导航领域中的重要技术途径，可实时向全球用户提供全天候、连续、高精度的三维位置信息。随着各类卫星导航干扰、欺骗技术的逐步发展，干扰及欺骗信号对卫星导航系统的精度、连续性和完好性都提出了严峻的挑战，尤其是欺骗干扰将严重威胁卫星导航系统定位性能的有效应用。目前的卫星欺骗信号检测方法大多为采用多天线方法在射频信号处理阶段进行识别，硬件设计要求高，实现难度较大，而在卫星接收机基带信号处理过程中利用码相位特征进行欺骗信号检测的方法较少。欺骗信号实施欺骗的技术手段主要是模拟调制载波频率与真实信号相似的卫星信号，而由于其定位欺骗需求，其码相位参数与真实卫星信号的码相位值有较大差异，才能诱使卫星接收机进行错误定位，而一般的卫星接收机对所解扩及跟踪码相位值不进行辨别，测量获得后直接用于相应的定位解算处理，这就给了卫星欺骗干扰方得以实现其欺骗目的的机会。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中卫星定位欺骗技术的发展及欺骗信号对卫星接收机可靠应用的威胁的技术缺陷，提供一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，在卫星接收机经历卫星信号干扰器的欺骗干扰作用后，卫星接收机出现r>信号失锁，包括以下步骤：步骤S1，在卫星接收机重新捕获及跟踪信号时，基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测，利用卫星接收机基带信号处理过程中伪码解扩的相关峰值结果，进行欺骗信号检测；步骤S2，如未检测出欺骗信号，则利用航迹推算方法获得的载体运动状态，及由星历参数获得的卫星运动状态信息，进一步对重新捕获及跟踪信号进行码相位辨识处理，即对卫星接收机解扩的伪码相位参数进行真假辨识；步骤S3，在检测出接收机解扩解调信号含有欺骗信号以后，对欺骗信号进行报警与隔离，从而增强卫星接收机的抗欺骗干扰能力。本专利技术步骤S1中卫星接收机利用接收的真实信号进行基带信号捕获、跟踪处理及定位解算，并记录跟踪卫星星号；在经历卫星信号干扰器的欺骗干扰作用后，卫星接收机出现信号失锁，在卫星接收机重新捕获及跟踪信号时开始基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测处理。本专利技术步骤S1包括：步骤S1-1，卫星接收机采取多通道并行捕获及跟踪处理模式，在信号重新捕获后，首先判别各通道重捕后跟踪第i个通道的卫星号与重捕前所有通道正常跟踪的第i个通道的卫星号PRNi是否有相同星，i＝1，…，n，i表示通道号，n表示通道总数，如不同则直接进行码相位辨识处理；如有相同则首先进行相关峰值检测，再根据相关峰值结果判定欺骗信号存在与否，如未检测出欺骗信号，再进一步利用码相位辨识方法进行欺骗信号检测。步骤S1-2，利用相关峰值结果判定欺骗信号方法为：将输入中频信号与相位相差90°的两路本地复制载波相乘后得到信号I和信号Q两路信号，其中I路信号为同相相关信号，Q路信号为正交相关信号；进行相干积分结果计算；对各个码相位值上的相干积分结果进行峰值计算，当出现任意一个载波多普勒频率下的峰值数目大于等于2时，即判定解扩的卫星信号中存在卫星欺骗信号，该欺骗信号为伪装成真实接收星号的卫星欺骗信号，且伪装的多普勒频率参数相同；当出现同一颗卫星在不同的载波多普勒频率下的峰值总数大于等于2时，判定解扩的卫星信号中存在伪装成真实接收星号的卫星欺骗信号，且伪装的多普勒频率参数不同；如搜索载波多普勒频率下的峰值数目仅为1，则进行下一步；如未搜索到相关峰值则视为捕获失败，判定该搜索卫星为不可见星。步骤S2对重捕后的信号进行码相位辨识处理，包括：各通道分别对重捕后信号进行跟踪处理；跟踪环路按照一定的输出周期(周期可设为100ms，500ms或1000ms)获得卫星接收机定位所需的伪距观测值(参见：谢钢.GPS原理与接收机设计.北京：电子工业出版社，2009)，伪卫星接收机利用遭遇卫星信号干扰器干扰前获得的最后一个周期的定位、定速结果进行航位推算，航迹推算方法为利用载体在信号干扰前所获得的已知位置及速度状态，根据上一时刻的运行位置和速度推算出载体在当前时刻的位置，然后再从当前时刻的位置出发推算下一时刻的位置信息，通过利用航位推算得到的位置结果进行码相位的辨识处理，判别出所跟踪的信号中是否含有欺骗信号。步骤S3判别该欺骗信号类型，同时对该颗卫星进行报警及隔离处理，包括：首先进行欺骗信号类型判别，同时屏蔽该欺骗卫星信号伪距观测量的使用，利用其它任意一个真实信号的伪距观测量进行重新定位，如果出现跟踪通道中处理的卫星信号大于50％的数量为欺骗信号的情况，则对接收机进行冷启动，即对整个星座的全部卫星逐一进行搜索捕获及欺骗信号检测，如果仍无法进行正常定位则采用航位推算位置结果进行暂时定位；如果未检测出欺骗信号，则按接收机原定位解算方式完成正常的定位功能。步骤S1中所述的相关峰值检测及判别欺骗信号的方法为：首先将输入中频信号分别与相位相差90°的两路复制载波信号相乘后得到信号I和信号Q两路信号，其中I路信号为同相相关信号，Q路信号为正交相关信号；然后，再将信号I和信号Q与复制伪码信号(参见：谢钢.GPS原理与接收机设计.北京：电子工业出版社，2009)进行时间为1ms的相关运算，即得到输入信号与复制伪码的相关结果，接着将相关结果经过时间为Tcoh的相干积分后得到I、Q两路的相干积分结果I(n)和Q(n)，计算方法如公式(1)所示；I(n)＝APD(n)R(τ)sinc(feTcoh)cosφe+nI(1)，Q(n)＝APD(n)R(τ)sinc(feTcoh)sinφe+nQ其中，Ap为信号幅值，D(n)是值为±1的导航数据比特电平值，R(τ)为扩频码的自相关函数，τ为接收码相位与搜索码相位之间的差值，fe和φe分别为接收载波信号与复制载波信号的频率差值与相位差值，nI和nQ分别为I、Q两路上均值为0且互不相关的噪声分量；对各个码相位值上的相干积分结果进行峰值V计算，计算结果如大于峰值阈值，则判定为检测到峰值，本专利技术中阈值设置为2.0～2.6，计算方法如公式(2)所示； V = I ( n ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，在卫星接收机经历卫星信号干扰器的欺骗干扰作用后，卫星接收机出现信号失锁，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，在卫星接收机重新捕获及跟踪信号时，基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测，利用卫星接收机基带信号处理过程中伪码解扩的相关峰值结果，进行欺骗信号检测；步骤S2，如未检测出欺骗信号，则利用航迹推算方法获得的载体运动状态，及由星历参数获得的卫星运动状态信息，进一步对重新捕获及跟踪信号进行码相位辨识处理，即对卫星接收机解扩的伪码相位参数进行真假辨识；步骤S3，在检测出接收机解扩解调信号含有欺骗信号以后，对欺骗信号进行报警与隔离处理，从而增强卫星接收机的抗欺骗干扰能力。

【技术特征摘要】
1.一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，在卫星接收机经历卫星信号
干扰器的欺骗干扰作用后，卫星接收机出现信号失锁，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在卫星接收机重新捕获及跟踪信号时，基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信
号检测，利用卫星接收机基带信号处理过程中伪码解扩的相关峰值结果，进行欺骗信
号检测；
步骤S2，如未检测出欺骗信号，则利用航迹推算方法获得的载体运动状态，及由星历
参数获得的卫星运动状态信息，进一步对重新捕获及跟踪信号进行码相位辨识处理，
即对卫星接收机解扩的伪码相位参数进行真假辨识；
步骤S3，在检测出接收机解扩解调信号含有欺骗信号以后，对欺骗信号进行报警与隔
离处理，从而增强卫星接收机的抗欺骗干扰能力。
2.根据权利要求1所述的一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，其特
征在于，步骤S1中卫星接收机利用接收的真实信号进行基带信号捕获、跟踪处理及定
位解算，并记录跟踪卫星星号；在经历卫星信号干扰器的欺骗干扰作用后，卫星接收
机出现信号失锁，在卫星接收机重新捕获及跟踪信号时开始基于码相位辨识的卫星接
收机欺骗信号检测处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，其特
征在于，步骤S1包括：
步骤S1-1，卫星接收机采取多通道并行捕获及跟踪处理模式，在信号重新捕获及跟踪
后，首先判别各通道重新捕获信号后跟踪第i个通道的卫星号与重新捕获信号前
正常跟踪的第i个通道的卫星号PRNi是否相同，i＝1，…，n，i表示通道号，n表示通
道总数，如不同则直接进行码相位辨识处理；如有相同则首先进行相关峰值检测，再
根据相关峰值结果判定欺骗信号存在与否，如未检测出欺骗信号，再进一步利用码相
位辨识方法进行欺骗信号检测；
步骤S1-2，利用相关峰值结果判定欺骗信号方法为：将输入中频信号与相位相差90°
的两路本地复制载波相乘后得到信号I和信号Q两路信号，其中I路信号为同相相关
信号，Q路信号为正交相关信号；进行相干积分结果计算；对各个码相位值上的相干
积分结果进行峰值计算，当出现任意一个载波多普勒频率下的峰值数目大于等于2时，
即判定解扩的卫星信号中存在卫星欺骗信号，该欺骗信号为伪装成真实接收星号的卫

\t星欺骗信号，且伪装的多普勒频率参数相同；当出现同一颗卫星在不同的载波多普勒
频率下的峰值总数大于等于2时，判定解扩的卫星信号中存在伪装成真实接收星号的
卫星欺骗信号，且伪装的多普勒频率参数不同；如搜索载波多普勒频率下的峰值数目
仅为1，则进行下一步；如未搜索到相关峰值则视为捕获失败，判定该搜索卫星为不可
见星。
4.根据权利要求3所述的一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，其特
征在于，步骤S2对重新捕获及跟踪的信号进行码相位辨识处理，包括：各通道分别对
重新捕获信号后信号进行跟踪处理，跟踪环路按照一定的输出周期获得卫星接收机定
位所需的伪距观测值，卫星接收机利用遭遇卫星信号干扰器干扰前获得的最后一个周
期的定位、定速结果进行航位推算，通过利用航位推算得到的位置结果进行码相位的
辨识处理，判别出所跟踪的信号中是否含有欺骗信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，其特
征在于，步骤S3对该颗卫星进行报警及隔离处理，包括：屏蔽该欺骗卫星信号伪距观
测量的使用，利用其它任意一个真实信号的伪距观测量进行重新定位，如果出现跟踪
通道中处理的卫星信号大于50％的数量为欺骗信号的情况，则对接收机进行冷启动，
即对整个星座的全部卫星逐一进行搜索捕获及欺骗信号检测，如果仍无法进行正常定
位则采用航位推算位置结果进行暂时定位；如果未检测出欺骗信号，则按接收机原定
位解算方式完成正常的定位功能。
6.根据权利要求5所述的一种基于码相位辨识的卫星接收机欺骗信号检测方法，其特
征在于，步骤S1中所述的利用相关峰值检测欺骗信号的方法为：首先将输入中频信号
分别与相位相差90°的两路复制载波信号相乘后得到信号I和信号Q两路信号，其中
I路信号为同相相关信号，Q路信号为正交相关信号；然后，再将信号I和信号Q与复
制伪码信号进行时间为1ms的相关运算，即得到输入信号与复制伪码的相关结果，接
着将相关结果经过时间为Tcoh的相干积分后得到I、Q两路的相干积分结果I(n)和Q(n)，
计算方法如公式(1)所示；
I ( n ) = A P D ( n ) R ( δ τ ) sin c ( f e T c o h ) cosφ e + n I Q ( n ) = A P D ( n ) R ( δ τ ) sin c ( f e T c o h ) sinφ e + n Q - - - ( 1 ) , ]]>其中，Ap为信号幅值，D(n)是值为±1的导航数据比特电平值，R(δτ)为扩频码的

\t自相关函数，δτ为接收码相位与搜索码相位之间的差值，fe和φe分别为接收载波
信号与复制载波信号的频率差值与相位差值，nI和nQ分别为I、Q两路上均值为0
且互不相关的噪声分量；
对各个码相位值上的相干积分结果进行峰值V计算，计算结果如大于峰值阈值，则判
定为检测到峰值，计算方法如公式(2)所示；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢非，赵静，杨继全，彭晨，钱伟行，杨建飞，李娜，孙冀，张雷，吴茜，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32