一种基于钟差建模的卫星导航授时接收机抗欺骗方法技术

本发明专利技术公开一种基于钟差建模的卫星导航授时接收机抗欺骗方法，包括以下步骤：S1.接收机根据本地时间解算得到第k历元时的钟差结果dt

An anti deception method of satellite navigation time service receiver based on clock difference modeling

【技术实现步骤摘要】
一种基于钟差建模的卫星导航授时接收机抗欺骗方法
本专利技术涉及卫星导航
，具体涉及一种应用于卫星导航授时接收机反欺骗攻击的方法。
技术介绍
卫星导航系统提供的位置时间服务，具备全天候、高精度等优点，已广泛应用于通信、电力、交通、航空航天等各领域。然而由于卫星导航信号的结构是公开的，因此卫星导航信号很容易被模仿；另外由于真实卫星导航信号达地面时的已变得很微弱，因此一个较低功率的虚假导航信号就可对卫星导航接收机实施欺骗干扰。如果接收机被欺骗信号控制，将造成严重的后果，特别是通信、电力、交通等公共基础领域。当前的抗欺骗方法都是针对某些特定的欺骗场景，比如：基于“功率检测”的方法假设欺骗信号功率较高，导致信号功率出现畸变；基于“相关峰畸变检测”的方法只能检测拉偏跟踪环路类的欺骗干扰；基于“信号传播路径相关性”的方法只能检测所有欺骗信号都来自通过一个辐射源的欺骗干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述已有技术的不足，提出一种基于钟差建模的卫星导航授时接收机抗欺骗方法。本专利技术的技术方案包括以下步骤：S1：接收机根据本地时间解算得到第k历元时的钟差结果dtk，并将钟差结果dtk送至异常检测模块；S2：异常检测模块通过将解算钟差dtk与预测钟差进行比较，检测解算钟差是否可信；S3：本地校时模块根据可信钟差对本地时间进行校正；S4：钟差模型模块根据可信钟差进行模型参数修正，以及下一历元时刻预测钟差的计算。其中钟差模型建模为：其中Yk为从模型修正开始至时刻tk的累积钟差，a0、a1、a2为钟差模型中二次项部分的系数，Ai、Bi分别为钟差模型中周期项部分的幅度，wi为频率；ε为随机误差；可选地，所述步骤S2还包括：S21：将解算钟差dtk与预测钟差做差，并取绝对值；S22：与检测门限进行比较，具体如下式所示：其中σt为钟差预测噪声校准差；α为一个常数系数，推荐取值范围为[1,3]，若要提高检测的敏感度，α值可以取小一些，但是这将导致虚警概率变大。如果解算钟差dtk与预测钟差之间差值的绝对值小于门限ασt，则判定解算钟差dtk是可信的；若解算钟差dtk与预测钟差之间差值的绝对值不小于门限ασt，则判定解算钟差dtk是不可信的，当前接收信号存在异常，给出异常告警提示，选择预测钟差作为可信钟差并将其至本地校时模块用于时间修正。可选地，所述步骤S4还包括：S41：计算当前时刻k本地时间累积修正量yk，计算公式如下：S42：判断是否到钟差模型更新时刻，若已到更新时刻，则跳转至步骤S43，否则跳转至步骤S45；时钟模型更新周期根据接收机本地时钟精度选择，比如选择2小时更新一次；S43：计算钟差模型中二次项系数；可选地，在步骤S43中二次项系数计算的步骤包括：根据各时刻本地时间累积钟差修正量，钟差模型二次项部分的测量方程构建为：y＝Gba；其中累积钟差向量y＝[y1,y2,…,yk]T，二次项系数向量a＝[a0,a1,a2]T，二次项测量矩阵采用最小二乘算法，可计算得到二次项系数估计值S44：计算钟差模型中周期项系数；可选地，在步骤S44中周期项系数计算的步骤包括：计算二次项部分拟合后的残差值对残差值vk做功率谱分析，得到周期项的个数m和相应的频率值wi；钟差模型周期项部分的测量方程构建为：v＝Gpb；其中v＝[v1,v2,…,vk]T，周期项系数向量b＝[A1,B1,A2,B2,…,Ak,Bk]T，周期项测量矩阵采用最小二乘算法，可计算得到周期项系数估计值S45：根据最新钟差模型系数计算下一历元时刻的预测累积钟差为：S46：计算下一历元时刻的预测钟差现有技术相比，本专利技术的基于钟差建模的卫星导航授时接收机抗欺骗方法通过对接收机钟差进行建模，然后通过比较接收机解算钟差与模型预测钟差，来判定接收机解算结果是否正常，若解算钟差不可信，则给出告警信号。卫星导航欺骗干扰最终的目的是拉偏接收机解算的位置或时间，本专利技术的方法围绕解算钟差是否可信进行欺骗信号的检测，无论是欺骗干扰功率较强的欺骗场景，抑或是功率不强的跟踪环路拉偏类欺骗场景；无论是来自同一个辐射源的欺骗场景，抑或是来自多个辐射源的欺骗场景；只有欺骗干扰最终拉偏了接收机的时间，本专利技术都能对欺骗干扰发出告警。附图说明图1是本专利技术方法的原理框图。图2是实施例基于钟差模型的处理流程图。图3是实施例中钟差异常检测模块的处理流程图。图4是实施例中钟差模型模块的处理流程图。图5是实施例中钟差模型中二次项部分系数估计的流程图。图6是实施例中钟差模型中周期项部分系数估计的流程图。具体实施方式以下结合附图1至6对本专利技术的具体实施例进行详细描述，但不构成对本专利技术的限制。相对于普通卫星导航接收机，基于钟差模型的抗欺骗接收机在信息处理单元增加了钟差异常检测和钟差模型两个功能模块。本实施例公开一种应用于卫星导航授时接收机的抗欺骗方法，如图2所示，该方法包括：S1：接收机根据本地时间解算得到第k历元时的钟差结果dtk，并将钟差结果dtk送至异常检测模块；S2：异常检测模块通过将解算钟差dtk与预测钟差进行比较，检测解算钟差是否可信；S3：本地校时模块根据可信钟差对本地时间进行校正；S4：钟差模型模块根据可信钟差进行模型参数修正，以及下一历元时刻预测钟差的计算。其中钟差模型建模为：其中Yk为从模型修正开始至时刻tk的累积钟差，a0、a1、a2为钟差模型中二次项部分的系数，Ai、Bi分别为钟差模型中周期项部分的幅度，wi为频率；ε为随机误差；具体地，如图3所示，所述步骤S2钟差异常检测还包括以下步骤：S21：将解算钟差dtk与预测钟差做差，并取绝对值；S22：与检测门限进行比较，具体如下式所示：其中σt为钟差预测噪声校准差；α为一个常数系数，推荐取值范围为[1,3]。如果解算钟差dtk与预测钟差之间差值的绝对值小于门限ασt，则判定解算钟差dtk是可信的；若解算钟差dtk与预测钟差之间差值的绝对值不小于门限ασt，则判定解算钟差dtk是不可信的，当前接收信号存在异常，给出异常告警提示，选择预测钟差作为可信钟差并将其至本地校时模块用于时间修正。具体地，如图4所示，所述步骤S4钟差模型处理还包括以下步骤：S41：计算当前时刻k本地时间累积修正量yk，计算公式如下：S42：判断是否到钟差模型更新时刻，若已到更新时刻，则跳转至步骤S43，否则跳转至步骤S45；S43：计算钟差模型中二次项系数；具体地，如图5所示，在步骤S43中二次项系数计算的步骤包括：根据各时刻本地时间累积钟差修正量，钟差模型二次项部分的测量方程构建为：y＝G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钟差建模的卫星导航授时接收机抗欺骗方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：接收机根据本地时间解算得到第k历元时的钟差结果dt

【技术特征摘要】
1.一种基于钟差建模的卫星导航授时接收机抗欺骗方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：接收机根据本地时间解算得到第k历元时的钟差结果dtk，并将钟差结果dtk送至异常检测模块；
S2：异常检测模块通过将解算钟差dtk与预测钟差进行比较，检测解算钟差是否可信；
S3：本地校时模块根据可信钟差对本地时间进行校正；
S4：钟差模型模块根据可信钟差进行模型参数修正，以及下一历元时刻预测钟差的计算。其中钟差模型建模为：



其中Yk为从模型修正开始至时刻tk的累积钟差，a0、a1、a2为钟差模型中二次项部分的系数，Ai、Bi分别为钟差模型中周期项部分的幅度，wi为频率；ε为随机误差。


2.根据权利要求1所述的一种基于钟差建模的卫星导航授时接收机抗欺骗方法，其特征还在于，步骤S2还包括：
S21：将解算钟差dtk与预测钟差做差，并取绝对值；
S22：与检测门限进行比较，具体如下式所示：



其中σt为钟差预测噪声校准差；α为一个常数系数，推荐取值范围为[1,3]，若要提高检测的敏感度，α值可以取小一些，但是这将导致虚警概率变大。
如果解算钟差dtk与预测钟差之间差值的绝对值小于门限ασt，则判定解算钟差dtk是可信的；若解算钟差dtk与预测钟差之间差值的绝对值不小于门限ασt，则判定解算钟差dtk是不可信的，当前接收信号存在异常，给出异常告警提示，选择预测钟差作为可信钟差并将其至本地校时模块用于时间修正。

【专利技术属性】
技术研发人员：陆国生，田霖，陈保豪，刘淼，朱一峰，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司，
类型：发明
国别省市：广东;44