一种抗欺骗干扰的空时采样导航定位方法技术

本发明专利技术提出一种抗欺骗干扰的空时采样导航定位方法，主要解决传统接收机在欺骗干扰情况下定位准确性差的问题，其技术方案为：1)获取接收信号并进行混频、解扩和复共轭操作，得到目标信号；2)对目标信号进行采样，获取采样信号矩阵；3)计算采样信号矩阵中各列之间的相关系数；4)对相关系数进行阈值判断；5)检测欺骗信号，并对真实信号与欺骗信号进行划分；6)使用划分出的真实信号实现目标定位坐标的获取。本发明专利技术在不改变传统接收机结构的前提下，使接收机不仅具备检测欺骗干扰的能力，还能在干扰环境中对目标实现准确定位，克服了单天线接收条件下接收机必须运动的局限性，且有效提高了卫星导航接收机在欺骗干扰环境下的鲁棒性。

A space-time sampling navigation and positioning method against deception interference

【技术实现步骤摘要】
一种抗欺骗干扰的空时采样导航定位方法
本专利技术属于通信
，进一步涉及信息处理技术，具体为一种抗欺骗干扰的空时采样导航定位方法，可用于卫星导航系统。
技术介绍
卫星导航系统无论是在传统的交通、测绘、海洋渔业、防灾救灾等方面，还是在新兴的共享单车、无人驾驶、无人机等领域都发挥着至关重要的作用。由于卫星信号到达地面时非常微弱，极易受到各种干扰的影响，导致定位精度下降甚至无法完成定位。特别是在存在欺骗式干扰时，由于干扰源发射的假信号在功率和信号波形方面与真实信号非常接近，使得欺骗干扰的检测与抑制更加困难。北京航空航天大学提出的申请号为201810864041.3，申请公布号为CN108594271A的专利申请，公开了一种基于分层滤波的抗欺骗干扰的组合导航方法。该方法基于惯性和卫星组合导航系统建立组合导航系统状态模型，考虑欺骗干扰的传播特征，将欺骗干扰表征在基于一阶马尔科夫的随机过程，建立含有欺骗干扰的组合导航系统量测模型，从而设计出复合分层滤波器抑制欺骗干扰。然而，这种基于分层滤波的抗欺骗干扰的组合导航方法需要惯性导航加持，并且需要改变原本接收机结构，因此在适用性上尚有不足。中国人民解放军国防科技大学提出的申请号为201710791177.1，申请公布号为CN107621645A的专利申请，公开了一种基于单接收机的抗欺骗干扰信号检测方法。该方法获取改正后的卫星在ECEF坐标系下的位置后，利用卫星钟差改正量和对流层延迟改正得到改正后的伪距，进行最小二乘迭代求解，得到载体在ECEF坐标系下的第一位置，基于卫星的伪距双差模型进行泰勒近似展开迭代求解得到载体在ECEF坐标系下的第二位置；根据第一位置、第二位置之间的偏差是否大于预设阈值判断当前接收信号是否为欺骗干扰信号。这种方法的不足之处在于：1.单天线场景下无法利用差分计算消除一些比如大气影响、接收机时钟误差等干扰定位的因素；2.仅仅提出了检测欺骗干扰信号的方法，并未具体给出有效的抑制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种抗欺骗干扰的空时采样导航定位方法，旨在不需要改变传统接收机结构的前提下，使接收机不仅具备检测欺骗干扰的能力，还能完成准确定位，提高卫星导航接收机在欺骗干扰环境下的鲁棒性。实现本专利技术目的的具体思路是：使用线性阵列天线模拟单天线移动进行空时采样得到目标信号，利用真实GPS信号与欺骗信号在移动天线接收场景下信道的差异进行两种信号的检测与分类，从真实信号组中选取必要数目信号进行定位，得到抗欺骗干扰的目标定位坐标；本专利技术的具体步骤包括：(1)获取目标信号：接收机捕获跟踪GPS信号，再对其进行混频、解扩和复共轭操作，得到目标信号r(t)：其中，上标A和S分别代表真实GPS信号和欺骗GPS信号，下标i表示GPS信号的编号，L1表示接收机可视的真实GPS信号的数目，L2表示接收机可视的欺骗GPS信号的数目，αi(t)表示在t时刻产生的第i个GPS信号的随机抖动，A(t)为信道增益，ci(·)为第i个GPS信号的扩频码，d(t)为卫星发送的导航数据，fd为多普勒频率，w(t)为加性白噪声，τ为信号传输延时；θi表示第i个GPS信号下接收机测量方位角，∑表示求和操作，j表示复数的虚部；(2)针对接收机捕获跟踪的L1+L2个GPS信号，用M个线性均匀分布的阵列天线对目标信号r(t)进行采样，得到采样信号矩阵x：(3)计算采样信号矩阵中各列之间的相关系数：分别对采样信号矩阵x中的每一列采样数据与包含它的所有列进行相关系数计算，得到相关系数矩阵ρ：(4)对相关系数进行阈值判断：设定一个筛选信号的阈值N，根据该阈值判断相关系数矩阵ρ中除自相关系数外的其它相关系数是否大于阈值N，若是，则进入步骤(5)，反之，直接进入步骤(6)；(5)检测欺骗信号：(5.1)预先设置两个空的分组，分别为真实信号组和欺骗信号组；(5.2)依次检测相关系数矩阵ρ的每一行，若在本行除了自相关系数之外还存在大于阈值N的相关系数，则将该行所代表的信号划入欺骗信号组；若不存在，则划入真实信号组；(5.3)判断真实信号组中的信号数目是否大于等于4，若是，则进入步骤(6)，反之，返回步骤(1)；(6)获得目标的定位坐标：从真实信号组中任意选择4个信号，并分别取出其对应的4颗卫星坐标，根据GPS定位解算算法求解得到目标的定位坐标。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：第一，本专利技术利用阵列天线接收机进行空时采样，捕获空域信道的时域特征，适用于静止和运动状态下的接收机，克服了单天线接收条件下接收机必须运动的局限性。第二，本专利技术利用真实信号和欺骗信号所经历的无线信道统计特性的差异，不仅能够检测到欺骗信号，还能将干扰信号分离，进行正确的目标定位，不但实现简单方便，而且解决了现有方法即使检测出干扰也较难抑制干扰的问题。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术仿真实验的真实信号采样特征图；图3为本专利技术仿真实验的欺骗信号采样特征图；图4为本专利技术仿真实验的欺骗限号与真实信号之间特征差异图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。参照图1，一种抗欺骗干扰的空时采样导航定位方法的实现流程图，对本专利技术的实施步骤作详细描述：步骤1，获取目标信号。接收机按照传统接收机捕获GPS信号的方式进行信号捕获并追踪；所述的GPS信号是指可视范围内所有卫星信号、欺骗信号和噪声。对接收信号进行混频、解扩和复共轭操作，得到目标信号r(t)表示如下：其中，L1表示接收机可视的真实GPS信号的数目，L2表示接收机可视的欺骗GPS信号的数目；由于接收机时钟不稳定，GPS信号会产生一个随机过程变化的随机抖动，表示在t时刻产生的第i个真实GPS信号的随机抖动，表示在t时刻产生的第i个欺骗GPS信号的随机抖动，表示第i个真实GPS信号在t时刻的信道增益，表示第i个欺骗GPS信号在t时刻的信道增益，i表示GPS信号的编号，dA(·)为卫星发送的真实导航数据，dS(·)为卫星发送的欺骗导航数据，w(t)为加性白噪声，t表示时间，τ为信号传输延时，表示第i个真实GPS信号在t时刻的多普勒频率，表示第i个欺骗GPS信号在t时刻的多普勒频率，表示第i个真实GPS信号下接收机测量方位角，表示第i个欺骗GPS信号下接收机测量方位角，ci(·)为第i个GPS信号的扩频码，∑表示求和操作，j表示虚数单位。步骤2，对目标信号进行采样，获取采样信号矩阵。线性阵列天线此时工作在单天线模式，阵列天线的每个子天线模拟运动单天线在不同时间的位置；针对接收机捕获跟踪的L1+L2个GPS信号，用M个线性均匀分布的阵列天线对目标信号r(t)进行采样，得到采样信号矩阵x：采样信号矩阵x为M×(L1+L2)的数据矩阵，其中，数据矩阵每一列代表捕获并追踪的一个信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗欺骗干扰的空时采样导航定位方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)获取目标信号：/n接收机捕获跟踪GPS信号，再对其进行混频、解扩和复共轭操作，得到目标信号r(t)：/n

【技术特征摘要】
1.一种抗欺骗干扰的空时采样导航定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取目标信号：
接收机捕获跟踪GPS信号，再对其进行混频、解扩和复共轭操作，得到目标信号r(t)：



其中，上标A和S分别代表真实GPS信号和欺骗GPS信号，下标i表示GPS信号的编号，L1表示接收机可视的真实GPS信号的数目，L2表示接收机可视的欺骗GPS信号的数目，αi(t)表示在t时刻产生的第i个GPS信号的随机抖动，A(t)为信道增益，ci(·)为第i个GPS信号的扩频码，d(t)为卫星发送的导航数据，fd为多普勒频率，w(t)为加性白噪声，τ为信号传输延时；θi表示第i个GPS信号下接收机测量方位角，∑表示求和操作，j表示复数的虚部；
(2)针对接收机捕获跟踪的L1+L2个GPS信号，用M个线性均匀分布的阵列天线对目标信号r(t)进行采样，得到采样信号矩阵x：



(3)计算采样信号矩阵中各列之间的相关系数：
分别对采样信号矩阵x中的每一列采样数据与包含它的所有列进行相关系数计算，得到相关系数矩阵ρ：



(4)对相关系数进行阈值判断：
设定一个筛选信号的阈值N，根据该阈值判断相关系数矩阵ρ中除自相关系数外的其它相关系数是否大于阈值N，若是，则进入步骤(5)，反之，直接进入步骤(6)；
(5)检测欺骗信号：
(5.1)预先设置两个空的分组，分别为真实信号组和欺骗信号组；
(5.2)依次检测相关系数矩阵ρ的每一行，若在本行除了自相关系数之外还存在大于阈值N的相关系数，则将该行所代表的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴莉莉，贾云飞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61