一种基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法。该方法包括以下步骤：接收机天线散式分布，分布间距为2～4σ，其中σ为接收机定位误差；通过接收机定位解算获得位置信息，构建接收机位置向量模型；通过位置向量矩阵求解位置协方差矩阵，分析各个维度间相关性；求取位置协方差矩阵的特征值，利用主成分分析法检测位置信息是否冗余，通过欺骗检测器检测接收机是否存在欺骗干扰。本发明专利技术提高了接收机欺骗干扰检测的能力，采用接收机间位置相关性检测欺骗干扰，不同位置间理论上线性无关，通过检测接收机位置间的相关性，能够准确检测出接收机是否被欺骗。

A deception jamming detection method based on location correlation between multiple receivers

The invention discloses a deception jamming detection method based on location correlation between multiple receivers. The method includes the following steps: the dispersive distribution of the receiver antenna and the distribution spacing of 2~4 sigma, in which the sigma is the positioning error of the receiver, the location information is obtained by the receiver positioning, the position vector model of the receiver is constructed, the position covariance matrix is solved by the position vector matrix, and the correlation between the various dimensions is analyzed. The eigenvalue of the position covariance matrix is used to detect whether the position information is redundant by the principal component analysis method, and the deception detector is used to detect whether the receiver has deception interference. The invention improves the ability of receiver deception jamming detection, uses positional correlation between receivers to detect deception jamming, and is linearly independent in theory between different positions. By detecting the correlation between the receiver's position, the receiver can detect the receiver's deception.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法
本专利技术涉及卫星导航技术、卫星信号欺骗干扰
，特别是一种基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法。
技术介绍
近几十年来，卫星导航技术深刻的改变了人们的生活，广泛应用于车辆导航、飞行器导航、武器制导和精确授时等领域。卫星导航系统可以为全球的用户提供全天候实时的定位、导航和授时(PNT)信息，所以提高卫星系统的可靠性十分重要。卫星导航系统的基本原理是接收机接收太空中的导航卫星发射的信号，来计算接收机和卫星之间的距离，当可视卫星大于或者等于4颗时就可以计算接收机自身的位置、速度和时间信息，但是信号传输到地球时能量已经十分微弱，很容易被干扰；同时由于民用信号的信号结构和码组成是公开的，所以很容易受到欺骗干扰，一旦接收机被欺骗干扰，将导致严重的后果，比如无人机可以被欺骗然后捕获；轮船可以被欺骗然后改变航向等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于多接收机位置间相关性的欺骗检测方法，能够帮助接收机检测出是否受到欺骗干扰攻击。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法，包括以下步骤：步骤1，接收机天线散式分布，分布间距为2～4σ，其中σ为接收机定位误差；步骤2，通过接收机定位解算获得位置信息，构建接收机位置向量模型；步骤3，通过位置向量矩阵求解位置协方差矩阵，分析各个维度间相关性；步骤4，求取位置协方差矩阵的特征值，利用主成分分析法检测位置信息是否冗余，通过欺骗检测器检测接收机是否存在欺骗干扰。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)本专利技术技术可操作性强，任何一款接收机都可以使用本技术实现欺骗干扰检测，提高了接收机欺骗干扰检测的能力；(2)采用接收机间位置相关性检测欺骗干扰，不同位置间理论上线性无关，通过检测接收机位置间的相关性，可以准确的检测出接收机是否受到欺骗干扰攻击。附图说明图1是基于位置向量欺骗干扰检测流程框图。图2是ublox接收机在正常环境下间隔20米的位置信息示意图。图3是ublox接收机受到欺骗干扰攻击时解算得到错误的位置信息示意图。具体实施方式结合图1，本专利技术基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法，包括以下步骤：步骤1，接收机天线散式分布，分布间距为2～4σ，其中σ为接收机定位误差；步骤2，通过接收机定位解算获得位置信息，构建接收机位置向量模型；步骤3，通过位置向量矩阵求解位置协方差矩阵，分析各个维度间相关性；步骤4，求取位置协方差矩阵的特征值，利用主成分分析法检测位置信息是否冗余，通过欺骗检测器检测接收机是否存在欺骗干扰。进一步地，步骤2所述的通过接收机定位解算获得位置信息，构建接收机位置向量模型，具体如下：GPS接收机利用卫星播发的无线电信号，实时解算出当前接收机的纬度经度λ和高度h，然后转换到ECEF坐标系下的(X,Y,Z)，公式如下：其中，N是基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e为椭球偏心率，N、e与基准椭球体的长半径a和短半径b关系如下：根据获得的ECEF坐标系下的接收机位置信息[Xk,Yk,Zk]，构建N个接收机位置向量模型为：[X1,Y1,Z1...Xn,Yn,Zn]m×3n(6)其中，m为参与运算信息源个数即位置解算历元数，n为参与位置解算的接收机个数；采用双接收机进行欺骗检测的位置向量模型为：[X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2](7)不存在欺骗信号时，两个接收机之间的位置向量互不相关，只和接收的信号质量、空间卫星分布相关；存在欺骗攻击时，两个接收机收到的信号来自同一信号源，解算得到位置信息相同，位置向量矩阵线性相关，通过位置向量矩阵的协方差阵预判接收机是否受到欺骗攻击。进一步地，步骤3所述的通过位置向量矩阵求解位置协方差矩阵，分析各个维度间相关性，具体如下：双接收机场景下，位置向量为：[X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2](8)不存在欺骗干扰时，两个接收机之间的位置向量互不相关，只和接收的信号质量、空间卫星分布相关，位置协方差矩阵Ca如下：其中，Ca00和Ca11为单个接收位置向量协方差阵，为矩阵中各个维度间的相关性；此时两个接收机位置向量线性无关；存在欺骗干扰时，由于两个接收机接收的是同一个欺骗信号，位置信息具有很强的相关性，位置协方差矩阵如下：其中，Cb00和Cb11为两个接收位置向量协方差阵，为矩阵中各个维度间的相关性；多个接收机场景下，N个接收机位置向量为：[X1,Y1,Z1...Xn,Yn,Zn]m×3n(13)不存在欺骗干扰时，接收机位置向量矩阵线性无关，其位置协方差矩阵Cm为:其中，Cmkk为各个接收机的三维位置向量协方差阵，为矩阵中各个维度间的相关性；存在欺骗干扰时，接收机接收信息的来自同一欺骗信号，具有相同的错误位置信息，位置向量矩阵具有相关性，位置协方差矩阵存在冗余信息，位置协方差矩阵如下：其中，P为位置向量矩阵，m为位置解算历元数，cov(xi,xj)为矩阵中各个维度间的相关性，i＝1,2,3,…n，j＝1,2,3,…n。进一步地，步骤4所述的求取位置协方差矩阵的特征值，利用主成分分析法检测位置信息是否冗余，通过欺骗检测器检测接收机是否存在欺骗干扰，具体如下：步骤3求出的位置协方差矩阵度量了各个维度之间的相关性：位置协方差矩阵主对角线上的元素为各个维度上的方差，展示了各个维度的权重；其他元素为两两维度之间的协方差，展示了维度之间的相关性；位置协方差矩阵：其中，P为位置向量矩阵，m为位置解算历元数，cov(xi,xj)为矩阵中各个维度间的相关性，i＝1,2,3,…n，j＝1,2,3,…n；设定接收机的方差相等；不存在欺骗干扰时，两个接收机位置误差相关性σa等于零，位置协方差矩阵为：I为单位矩阵，特征值λ为：|λI-P|＝0(19)位置协方差矩阵特征值为：(σa，σa，σa，σa，σa，σa)(21)存在欺骗干扰时，由于两个接收机接收的是同一个欺骗信号，位置具有相关性，位置协方差矩阵简化为：其中，σa为矩阵中各个维度间的相关性，σb为不同接收机相同位置矢量的相关性；对位置协方差矩阵进行降维处理：将保留下来的不同维度间的相关性减小，也就是让位置协方差矩阵中非对角元素都为零，即让位置协方差矩阵对角化；对角化后的得到的矩阵，其对角线是位置协方差矩阵的特征值，对角化后剩余维度之间的相关性不受噪声的影响；位置协方差矩阵对角化过程如下：存在欺骗干扰时，通过矩阵变换，将第1到m-3行依次乘以叠加到第i+3行上，位置协方差矩阵简化成如下形式：特征值为:|λI-P|＝0(24)由公式(20)知，λ＝σa时，行列式的值不为零，所以位置协方差矩阵的特征值不等于σa，行列式转换成下列形式：因为λ≠σa，所以λ＝σa+σborσa-σb(29)位置协方差矩阵的特征值为：(σa+σb,σa+σb,σa+σb,σa-σb,σa-σb,σa-σb)(30)设定特征值为λi，i＝1,2,3,4,5,6，用检测器θ来判断接收机是否受到欺骗干扰：不存在欺骗干扰时，检测器θ为：存在欺骗干扰攻击时，检测器θ为：以下结合附图1～3和具体实施例，对本专利技术做进一步详细说明。实施例1本专利技术基于多接收机位置之间相关性欺骗检测方法，具体实现如下：GPS接收机选用市场上较成熟的产品ublox接收机，选用相同型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，接收机天线散式分布，分布间距为2～4σ，其中σ为接收机定位误差；步骤2，通过接收机定位解算获得位置信息，构建接收机位置向量模型；步骤3，通过位置向量矩阵求解位置协方差矩阵，分析各个维度间相关性；步骤4，求取位置协方差矩阵的特征值，利用主成分分析法检测位置信息是否冗余，通过欺骗检测器检测接收机是否存在欺骗干扰。

【技术特征摘要】
1.一种基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，接收机天线散式分布，分布间距为2～4σ，其中σ为接收机定位误差；步骤2，通过接收机定位解算获得位置信息，构建接收机位置向量模型；步骤3，通过位置向量矩阵求解位置协方差矩阵，分析各个维度间相关性；步骤4，求取位置协方差矩阵的特征值，利用主成分分析法检测位置信息是否冗余，通过欺骗检测器检测接收机是否存在欺骗干扰。2.根据权利要求1所述的基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法，其特征在于，步骤2所述的通过接收机定位解算获得位置信息，构建接收机位置向量模型，具体如下：GPS接收机利用卫星播发的无线电信号，实时解算出当前接收机的纬度经度λ和高度h，然后转换到ECEF坐标系下的(X,Y,Z)，公式如下：其中，N是基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e为椭球偏心率，N、e与基准椭球体的长半径a和短半径b关系如下：根据获得的ECEF坐标系下的接收机位置信息[Xk,Yk,Zk]，构建N个接收机位置向量模型为：[X1,Y1,Z1...Xn,Yn,Zn]m×3n(6)其中，m为参与运算信息源个数即位置解算历元数，n为参与位置解算的接收机个数；采用双接收机进行欺骗检测的位置向量模型为：[X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2](7)不存在欺骗信号时，两个接收机之间的位置向量互不相关，只和接收的信号质量、空间卫星分布相关；存在欺骗攻击时，两个接收机收到的信号来自同一信号源，解算得到位置信息相同，位置向量矩阵线性相关，通过位置向量矩阵的协方差阵预判接收机是否受到欺骗攻击。3.根据权利要求1所述的基于多接收机间位置相关性的欺骗干扰检测方法，其特征在于，步骤3所述的通过位置向量矩阵求解位置协方差矩阵，分析各个维度间相关性，具体如下：双接收机场景下，位置向量为：[X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2](8)不存在欺骗干扰时，两个接收机之间的位置向量互不相关，只和接收的信号质量、空间卫星分布相关，位置协方差矩阵Ca如下：其中，Ca00和Ca11为单个接收位置向量协方差阵，为矩阵中各个维度间的相关性；此时两个接收机位置向量线性无关；存在欺骗干扰时，由于两个接收机接收的是同一个欺骗信号，位置信息具有很强的相关性，位置协方差矩阵如下：其中，Cb00和Cb11为两个接收位置向量协方差阵，为矩阵中各个维度间的相关性；多个接收机场景下，N个接收机位置向量为：[X1,Y1,Z1...Xn,Yn,Zn]m×3n(13)不存在欺骗干扰时，接收机位置向量矩阵线性无关，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈帅，樊龙江，蒋长辉，陈德潘，张博雅，韩林，朱晓晗，顾得友，谭聚豪，刘善武，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32