一种基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，包括如下步骤：（1）在监测区域范围内合理布设检测节点；（2）若检测节点检测到功率超过预定阈值的干扰信号，则判定存在干扰；（3）中心节点接收并处理各个检测节点发送过来的监测数据，并解析出检测节点的位置、接收到的干扰信号功率及环境类型信息，然后结合电波传播模型进行GNSS干扰源定位；（4）中心节点进行干扰源定位后，以距离干扰源最近的检测节点为基准，利用电波传播模型，计算干扰源的等效辐射功率。本发明专利技术所公开基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，采用了可适用于各种环境的电波传播模型计算信号传播路径损耗，提高了干扰源定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法
本专利技术属于电磁干扰研究领域，特别涉及该领域中的一种GNSS信号干扰源的定位方法。
技术介绍
卫星导航已经融入到包括交通、测绘、通信、雷达、航空、科研等各个应用领域。GNSS(全球卫星导航系统)可在全球范围内为无数的陆海空天用户提供实时精确的位置、速度和时间信息。但由于电磁环境日益复杂，有意或无意的干扰越来越多，而且卫星信号自身存在脆弱性，这导致了卫星导航信号容易受到干扰。GNSS信号一旦受到干扰，不但会影响普通用户的正常生活，而且会对与国家安全、国民经济等方面密切相关的关键基础设施造成严重影响。为此需要快速对GNSS干扰源进行检测定位。目前常用的GNSS干扰源检测定位方法主要是基于信号到达时间差(TDOA)、信号到达频率差(FDOA)和信号到达角(AOA)。上述方法存在各自的优缺点。其中，基于TDOA的干扰源定位方法定位精度较高，但不足之处是多个监测节点需要实现严格的时间同步，且无法对单频干扰或者窄带干扰进行检测定位，系统设备相对复杂、成本较高；FDOA定位精度较差，且无法对相对静止的干扰源进行定位，通常无法单独使用；AOA是应用较多的一种测向定位方法，又可分为比幅法和比相法，前者较为简单但存在定位精度较差、易受噪声影响等缺点，后者通常采用相关干涉原理进行测向，但存在设备复杂、成本较高等缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种精度较高、成本较低、容易实现、不需要高精度时间同步的基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法。本专利技术采用如下技术方案：一种基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，其改进之处在于，包括如下步骤：(1)在监测区域范围内合理布设检测节点，根据理论分析和实际经验以及监测能力需求可知，节点之间的间隔为1-3km，在复杂地形环境下适当缩短节点之间的距离，在简单环境下适当增加节点之间的距离；(2)若检测节点检测到功率超过预定阈值的干扰信号，则判定存在干扰，然后该检测节点将带有时间标的干扰信号功率、节点位置和环境类型信息发送至中心节点，干扰信号阈值的大小与监测带宽和周边的环境噪声有关；(3)中心节点接收并处理各个检测节点发送过来的监测数据，并解析出检测节点的位置、接收到的干扰信号功率及环境类型信息，然后结合电波传播模型进行GNSS干扰源定位，若检测到干扰信号的节点数目＜3个，则进行粗略定位；若检测到干扰信号的节点数目≥3个，则进行干扰源精确定位；(4)中心节点进行干扰源定位后，以距离干扰源最近的检测节点为基准，利用电波传播模型，计算干扰源的等效辐射功率。进一步的，步骤(1)中所述的复杂地形环境包括但不限于建筑物众多的市区。进一步的，步骤(1)中所述的简单环境包括但不限于乡村开阔地带。进一步的，步骤(2)中，2MHz带宽内的白噪声功率约为—110dBm。进一步的，步骤(3)中，中心节点可与任一检测节点共址。进一步的，所述的步骤(3)具体包括：(31)根据GNSS信号频段和传播距离等因素，采用COST231-WI模型(是“COST-231Walfish-Ikegami模型”的简写，中文含义是：科学与技术研究协会231工作委员会，Walfish和Ikegami是两个人名，通常不写中文含义，行业内都熟悉这两个名字)计算信号传播路径损耗，COST231-WI模型分视距传播LOS和非视距传播NLOS两种情况，对于视距传播环境，其路径损耗为：LLOS＝42.64+20lgf+26lgd(1)式中，f的单位为MHz，d的单位为km；(32)如图2所示，非视距环境的参数包括：干扰源发射天线高出地面的高度hb，单位为m；干扰检测节点天线高度hm，单位为m；建筑物屋顶高度hB，单位为m；发射天线高出建筑物屋顶的高度Δhb＝hb-hB，单位为m；接收天线低于建筑物屋顶的高度Δhm＝hB-hm，单位为m；建筑物间隔b，单位为m，默认值为20～50m；街道宽度w，单位为m，默认值为b/2；街区轴线和发射机天线与接收机天线连线的夹角Φ，默认值为90°；当不知道建筑物的准确高度时，可以用式(2)进行估计hB＝3×nf+hr(2)式中，nf为楼层数量，hr为房顶高度，在非视距传播的情况下：式(3)中，Lfs为自由空间路径损耗：Lfs＝32.44+20lgf+20lgr(4)式(4)中，f单位为MHz，r单位为km；式(3)中，Lrts为从屋顶到街面的衍射和散射损耗；Lmsd为多遮蔽物衍射损耗；Lrts＝-16.9-10lgw+10lgf+20lgΔhm+Lori(5)式(5)中，f单位为MHz，w单位为m，Lori为定向损耗：Lmsd＝Lbsh+ka+kdlgd+kflgf-9lgb(7)式(7)中：(33)根据各个检测节点的监测信息，采用区域搜索的方式，进行干扰源定位，然后根据步骤(32)的内容计算传播路径损耗，记为LNOS，则干扰源的等效全向辐射功率为：PEIRP＝PRE+LNOS，其中PRE为检测节点接收到的干扰信号功率。干扰源定位结果如图3所示，功率残差最小的点就是干扰源的位置。本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，采用了可适用于各种环境的电波传播模型计算信号传播路径损耗，提高了干扰源定位精度；不需要高精度时间同步，降低对高稳晶振守时或GNSS授时的依赖性，降低复杂度的同时可以降低成本；专门针对GNSS频段内的干扰检测，针对性强，检测灵敏度高，既可检测单频和窄带干扰，也可以检测宽带干扰；仅需要检测节点的位置信息、接收干扰信号功率和环境类型几个参数即可实现干扰源定位，数据速率小，降低对无线网络传输带宽的要求；可以根据干扰源定位结果和观测环境下的电波传播模型，计算干扰源的等效全向辐射功率。附图说明图1是网格化GNSS干扰源定位示意图；图2是COST231-WI模型在非视距环境下的参数图；图3是基于电波传播模型的干扰源定位结果示意图；图4是不同传播环境下信号接收功率和距离的关系图；图5是不同传播环境下信号接收功率和发射功率的关系图；图6是带宽为0.5MHz的干扰源定位结果示意图；图7是单频干扰源定位结果示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1，本实施例公开了一种基于电波传播模型的网格化GNSS干扰源定位方法，具体内容如
技术实现思路
部分所述，在此不再赘述，可以对导航频段内的干扰信号进行实时检测和定位。它通常采用3个或3个以上的检测节点，对监测区域进行覆盖。如图1所示，每个检测节点不但可以实时输出位置信息，还可实时检测是否存在干扰。由于信号传播容易受到地形地貌的影响，包括地形起伏、地面植被、建筑物等因素。各节点测得的信号功率容易存在偏差，偏差的大小很大程度上决定了干扰源定位精度。本实施例采用精确的电波传播模型进行信号功率修正，而且可以根据不同的地形地貌选择不同的修正模型参量，以得到准确的信号功率，从而可以计算出干扰源的准确位置。图4是在发射功率固定的条件下，不同传播环境下信号接收功率和距离的关系，其中发射功率为1w，信号频率为1575.42MHz。图5是在相同传播距离条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在监测区域范围内合理布设检测节点，节点之间的间隔为1‑3km，在复杂地形环境下适当缩短节点之间的距离，在简单环境下适当增加节点之间的距离；(2)若检测节点检测到功率超过预定阈值的干扰信号，则判定存在干扰，然后该检测节点将带有时间标的干扰信号功率、节点位置和环境类型信息发送至中心节点，干扰信号阈值的大小与监测带宽和周边的环境噪声有关；(3)中心节点接收并处理各个检测节点发送过来的监测数据，并解析出检测节点的位置、接收到的干扰信号功率及环境类型信息，然后结合电波传播模型进行GNSS干扰源定位，若检测到干扰信号的节点数目＜3个，则进行粗略定位；若检测到干扰信号的节点数目≥3个，则进行干扰源精确定位；(4)中心节点进行干扰源定位后，以距离干扰源最近的检测节点为基准，利用电波传播模型，计算干扰源的等效辐射功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在监测区域范围内合理布设检测节点，节点之间的间隔为1-3km，在复杂地形环境下适当缩短节点之间的距离，在简单环境下适当增加节点之间的距离；(2)若检测节点检测到功率超过预定阈值的干扰信号，则判定存在干扰，然后该检测节点将带有时间标的干扰信号功率、节点位置和环境类型信息发送至中心节点，干扰信号阈值的大小与监测带宽和周边的环境噪声有关；(3)中心节点接收并处理各个检测节点发送过来的监测数据，并解析出检测节点的位置、接收到的干扰信号功率及环境类型信息，然后结合电波传播模型进行GNSS干扰源定位，若检测到干扰信号的节点数目＜3个，则进行粗略定位；若检测到干扰信号的节点数目≥3个，则进行干扰源精确定位；(4)中心节点进行干扰源定位后，以距离干扰源最近的检测节点为基准，利用电波传播模型，计算干扰源的等效辐射功率。2.根据权利要求1所述基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，其特征在于：步骤(1)中所述的复杂地形环境包括但不限于建筑物众多的市区。3.根据权利要求1所述基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，其特征在于：步骤(1)中所述的简单环境包括但不限于乡村开阔地带。4.根据权利要求1所述基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，其特征在于：步骤(2)中，2MHz带宽内的白噪声功率约为—110dBm。5.根据权利要求1所述基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，其特征在于：步骤(3)中，中心节点可与任一检测节点共址。6.根据权利要求1所述基于电波传播模型的GNSS干扰源定位方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括：(31)根据GNSS信号频段和传...

【专利技术属性】
技术研发人员：张风国，陈奇东，甄卫民，车磊，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37