一种GNSS阵列接收机信号解扩前的欺骗干扰检测方法技术

本发明专利技术属于卫星导航技术领域，具体涉及一种卫星导航信号的欺骗干扰的检测方法。主要包括以下步骤：(S1)信号功率估计，得到阵元接收信号的功率估计结果；(S2)估计不存在欺骗干扰时功率估计结果实部与虚部的概率分布；(S3)给定虚警概率，计算检测门限；(S4)将信号功率估计结果与检测门限进行比较，实现欺骗干扰的检测。本发明专利技术检测性能良好且实现简单，不需要捕获和跟踪接收到的卫星信号，运算量小且实施方便，可直接用于GNSS阵列接收机基带采样信号的欺骗干扰检测。

A deception jamming detection method for GNSS array receiver before signal despreading

The invention belongs to the technical field of satellite navigation, in particular to a detection method of deception jamming of satellite navigation signal. It mainly includes the following steps: (S1) signal power estimation, get the power estimation result of the received signal; (S2) estimate the probability distribution of the real part and the imaginary part of the power estimation result when there is no deception interference; (S3) give the false alarm probability, calculate the detection threshold; (S4) compare the signal power estimation result with the detection threshold, and realize it. Detection of deception jamming. The invention has good detection performance and simple implementation, does not need to capture and track the received satellite signal, has small computation and convenient implementation, and can be directly used for deception jamming detection of baseband sampling signal of GNSS array receiver.

【技术实现步骤摘要】
一种GNSS阵列接收机信号解扩前的欺骗干扰检测方法
本专利技术属于卫星导航
，具体涉及一种卫星导航信号的欺骗干扰的检测方法。
技术介绍
全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)欺骗干扰隐蔽性强，对GNSS的应用造成了严重的安全威胁。而欺骗干扰信号与真实信号具有相同的信号结构，且功率较小，通常需要在信号解扩后得到信号的相应特征，如信号功率，载波多普勒，载波相位等才能进行检测。而信号解扩就需要捕获和跟踪接收到的所有信号，包括真实信号和欺骗信号，这就需要改变接收机捕获跟踪策略，增加信号跟踪通道数，运算量和硬件复杂度较高。信号解扩后的欺骗干扰检测方法主要包括：信号功率检测、到达时间检测、到达角度检测、电文校验、定位结果检测等。对于阵列接收机，主要利用信号到达角一致性进行欺骗干扰检测，根据信号相位差实现欺骗干扰检测和判决，主要包括相位单差检测和相位双差检测。其一，通过比较信号到达两个天线的相位差与根据星历计算得到的估计值，进行欺骗干扰判别；其二，基于欺骗信号通常从同一天线发射的特点，不同卫星欺骗信号到达两个天线的相位差相同，故可通过不同卫星信号到达两固定天线的相位差的差值进行欺骗干扰的判别。但要得到信号相位及其差值，需要各个通道分别捕获和跟踪各颗卫星信号，运算量大，耗费资源多。因此，研究在保证干扰检测性能的条件下，检测系统复杂度低，检测计算量小的欺骗干扰检测方法对GNSS阵列接收机的优化设计及欺骗干扰检测性能提升都具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术为了有效解决GNSS阵列接收机欺骗干扰检测问题，提供了一种信号解扩前的欺骗干扰检测方法。基本思路是：对于阵元间距为半波长的GNSS阵列接收机，导航信号在天线阵元间时延差很小，具有较强的相关性，而不同通道内噪声不相关。因此，利用不同通道的信号与噪声相关性的差异，消除噪声的影响，进行导航信号的功率估计，进而通过功率大小实现欺骗干扰的检测。具体技术方案如下：一种GNSS阵列接收机信号解扩前的欺骗干扰检测方法，包括以下步骤：(S1)信号功率估计，以N元天线阵接收机为例，N为整数，接收阵列信号基带采样结果表示为r(nTs)，r(nTs)＝[r1(nTs),r2(nTs),...,rN(nTs)]T，ri(nTs)表示第i个阵元接收信号在nTs时刻的采样结果，n表示采样点，Ts为采样间隔；以第1个阵元对应通道为参考通道，将天线阵第i个阵元，i＝2,3,...,N，基带采样信号ri(nTs)与参考通道基带采样信号r1(nTs)的共轭值r1*(nTs)进行相乘，并累加，得到第i个阵元接收信号的功率估计结果K为累加点数，“*”表示共轭运算符，进一步将表示为实部和虚部的和：其中和分别为的实部和虚部，j表示虚数单位；(S2)估计不存在欺骗干扰时和的概率分布；根据卫星分布特性对相位差、可见卫星数和信号功率进行取值，生成仿真数据，按照步骤S1描述方法进行蒙特卡洛仿真，得到不同相位差、可见卫星数和信号功率条件下的和值，此处和与步骤S1中含义相同，统计得到不存在欺骗干扰条件下和的概率分布曲线和曲线横坐标为功率，纵坐标为估计结果等于该功率值的概率；(S3)给定虚警概率，根据所述步骤(S2)中概率分布曲线和计算检测门限Th；设置二元假设为，H0：且不存在欺骗干扰H1：或存在欺骗干扰虚警概率Pfa定义为不存在欺骗干扰条件下或大于门限Th的概率，在给定虚警概率Pfa的情况下，根据概率分布曲线和直接读出对应的检测门限Th。(S4)根据步骤(S1)得到的信号功率估计结果与检测门限Th进行比较，实现欺骗干扰的检测。采用本专利技术获得的有益效果是：直接利用不同天线信号和噪声相关性差异，在解扩前估计信号功率，避免高计算量的捕获和跟踪处理，再根据普遍的真实信号可见性，功率分布情况，及检测虚警概率，计算干扰判决门限，进而实现欺骗干扰的检测。本专利技术检测性能良好且实现简单，不需要捕获和跟踪接收到的卫星信号，运算量小且实施方便，可直接用于GNSS阵列接收机基带采样信号的欺骗干扰检测。附图说明图1为本专利技术所提供的GNSS阵列接收机欺骗干扰检测方法的流程图；图2为仿真实验中计算的功率估计实部的概率分布示意图；图3为仿真实验中计算的功率估计虚部的概率分布示意图；图4为本专利技术所提供的GNSS阵列接收机欺骗干扰检测方法欺骗干扰检测的ROC曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。图1是本专利技术所提供的GNSS阵列接收机欺骗干扰检测方法的流程图。第一步是阵列信号功率估计，通过对阵列基带采样信号r(nTs)不同阵元信号与参考阵元信号共轭相乘累加得到。第二步是估计不存在欺骗干扰时和的概率分布；因为存在欺骗干扰和不存在欺骗干扰的情况下，和具有不同的概率分布，以此可以进行欺骗干扰的检测。通常接收机在信号解扩前难以获得卫星分布情况和信号功率，且自身位置和方位未知，故通过一般情况下的卫星分布特性和信号的功率分布规律估计无欺骗干扰条件下的功率估计结果和的分布情况。可以认为，随机放置的天线阵，信号在两个天线之间的相位差服从-π～π的均匀分布U(-π,π)。以全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)为例，通常可见卫星数为4～11颗，卫星导航信号到达地面附近的功率基本一致，对应载噪比(CarriertoNoiseRatio，CNR)变化范围为40～50dBHz，认为信号功率在变化范围内均匀分布，可见卫星数也服从4～11的均匀分布。根据上述空间分布特性对相位差、可见卫星数和信号功率大小进行取值，生成仿真数据r(nTs)，按第一步描述方法进行蒙特卡洛仿真，统计得到不存在欺骗干扰条件下概率分布曲线和的概率分布曲线曲线横坐标为功率，纵坐标为估计结果等于该功率值的概率。第三步，根据给定虚警概率Pfa计算检测门限Th。设置二元假设为：H0：且不存在欺骗干扰H1：或存在欺骗干扰虚警概率Pfa定义为不存在欺骗干扰条件下或大于门限Th的概率。在给定虚警概率Pfa的情况下，根据概率分布曲线和直接读出对应的检测门限Th。第四步为欺骗干扰检测，根据信号功率估计结果与检测门限Th进行比较，判决是否存在欺骗干扰。图2至图3是仿真实验中计算的有无欺骗干扰条件下实部和虚部的概率分布曲线。实施例仿真中认为真实信号个数与欺骗信号个数相同，在4～11内均匀分布，真实信号和欺骗信号在两个天线之间的相位差服从均匀分布U(-π,π)，真实信号CNR服从40～50dBHz内的均匀分布，欺骗干扰信号功率比真实信号功率高3dB，图中为按第二步所述，进行106次数值计算的统计结果，并对信号最小功率进行了归一化。图2中实线为有欺骗干扰条件下实部的概率分布曲线，虚线为无欺骗干扰条件下实部的概率分布曲线，横坐标为有、无欺骗干扰条件下实部的取值范围，纵坐标为对应的概率。图3中实线为有欺骗干扰条件下实部的概率分布曲线，虚线为无欺骗干扰条件下实部的概率分布曲线。横坐标为有、无欺骗干扰条件下虚部的取值范围，纵坐标为对应的概率。图4为欺骗干扰检测的受试者工作特征(ReceiverOperatingCharacteristic，ROC)曲线，用于衡量算法的干扰检测性能。横坐标为检测的虚警概率，纵坐标为对应的检测概率。从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GNSS阵列接收机信号解扩前的欺骗干扰检测方法，其特征在于包括以下步骤：(S1)信号功率估计，以N元天线阵接收机为例，接收阵列信号基带采样结果表示为r(nTs)，r(nTs)＝[r1(nTs),r2(nTs),...,rN(nTs)]T，ri(nTs)表示第i个阵元接收信号在nTs时刻的采样结果，n表示采样点，Ts为采样间隔；以第1个阵元对应通道为参考通道，将天线阵第i个阵元，i＝2,3,...,N，基带采样信号ri(nTs)与参考通道基带采样信号r1(nTs)的共轭值r1

【技术特征摘要】
1.一种GNSS阵列接收机信号解扩前的欺骗干扰检测方法，其特征在于包括以下步骤：(S1)信号功率估计，以N元天线阵接收机为例，接收阵列信号基带采样结果表示为r(nTs)，r(nTs)＝[r1(nTs),r2(nTs),...,rN(nTs)]T，ri(nTs)表示第i个阵元接收信号在nTs时刻的采样结果，n表示采样点，Ts为采样间隔；以第1个阵元对应通道为参考通道，将天线阵第i个阵元，i＝2,3,...,N，基带采样信号ri(nTs)与参考通道基带采样信号r1(nTs)的共轭值r1*(nTs)进行相乘，并累加，得到第i个阵元接收信号的功率估计结果K为累加点数，进一步将表示为实部和虚部的和：其中和分别为的实部和虚部，j表示虚数单位；(S2)估计不存在欺骗干扰时和的概率分布；(S3)给定虚警概率，根据所述步骤(S2)中的概率分布，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峥嵘，耿正霖，聂俊伟，王飞雪，陈飞强，李柏渝，张可，陈雷，孙鹏跃，李彩华，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43