一种基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法技术

本发明专利技术提出一种基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法，属于欺骗干扰检测技术领域。首先在接收机每个通道即时相关器左右等间距对称布置5对监视相关器，将对称布置的相关器分成左、右两组，分别根据每组中各相关器的输出值加权计算，得到左峰和右峰的加权二阶中心矩；然后对左峰与右峰的加权二阶中心矩作差；最后基于Neyman

【技术实现步骤摘要】
一种基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法，属于欺骗式干 扰检测


技术介绍

[0002]GNSS欺骗干扰会导致受害接收机得到错误的位置、时间等，可能对导航安 全产生巨大威胁，为有效提高GNSS系统的可靠性，反欺骗技术是目前研究重点， 欺骗干扰检测是其中的关键技术之一。在接收机在受到欺骗攻击时，通过有效的 欺骗检测方法及时发现欺骗式干扰的存在和影响，并采取相应的抗欺骗措施，降 低甚至消除危害，这对于GNSS应用的安全性至关重要。
[0003]诱导式欺骗通过逐渐调整功率、码速率等参数来接管受害接收机的跟踪环路， 使目标接收机平稳地偏离正确的位置或时间，会导致欺骗检测更加困难。虽然诱 导式欺骗干扰不会破坏目标接收机跟踪环路锁定，但是欺骗和真实信号的相互作 用而导致的相关峰对称性失真(畸变)是显著的，针对这一特点，许多研究人员 利用信号质量监测(SQM)来进行欺骗检测。SQM根据相关器输出值识别跟踪 输出中异常尖锐、平坦或不对称的相关峰，来检测GNSS信号出现的畸变和异常。 其中，Delta metric方法旨在检测相关峰的不对称性，而Ratio metric方法则专门 检测相关函数顶部是否存在“死区”；ELP metric(早期
‑
晚期相位度量)方法利 用E和L相关器输出之间的相位差执行检测，也被确定为检测多径和欺骗的有 用鉴别器；Magnitude Difference Metric方法利用跟踪和监测早
‑<br/>晚相关器幅度之 间差异来判断GNSS信号失真和多路径影响；还有通过码延迟域和多普勒频域实 施二维(2D)时频分析以提高欺骗检测性能和可靠性，但是此方法造成了额外的 计算复杂度；而后又有利用PD检测器进行欺骗检测，将异常接收功率检测和相 关峰失真检测组合构建了功率失真检测器，可以区分欺骗信号、多路径等；在此 基础上又提出了功率失真最大似然(PD
‑
ML)检测器，与PD检测器直接比较， PD
‑
ML检测器显示出更高的分辨精度，但是以额外的计算复杂性为代价实现了 这种改进的性能。
[0004]以上基于SQM欺骗检测技术的核心在于利用Early、Prompt、Late同相或正 交相关器测量值与设定阈值比较，进而有效的监测由欺骗信号导致的相关峰的变 化。但是对于控制精度较高、欺骗过程缓慢且隐蔽的诱导欺骗，仅仅利用三个相 关器的输出结果鉴别相关峰的对称失真情况，其分辨率已难以满足要求。尤其在 欺骗信号出现初期，由于相关器较少，导致欺骗检测时间较长，且传统接收机并 没有考虑到相关器间隔，导致获取的相关峰曲线并不完整，因此对相关峰对称性 失真时并不敏感，导致检测概率下降；因此，需要构建更加合理精确的检验统计 量，从而对相关峰的对称性失真进行更精确的量化，才能更有效的检测出诱导式 欺骗。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法，以提 高
欺骗干扰的检测精度和效率。
[0006]本专利技术提供了一种基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法，该方法包括 以下步骤：
[0007]1)在接收机每个通道即时相关器左右对称布置至少3对相关器，获取每个 相关器的输出值；
[0008]2)将对称布置的相关器分成左、右两组，分别根据每组中各相关器的输出 值加权计算得到左峰的加权二阶中心矩和右峰的加权二阶中心矩，其中加权计算 时各相关器的权值由对应相关器相对于即时相关器的间隔和输出值的噪声方差 确定；
[0009]3)将左峰加权二阶中心矩与右峰的加权二阶中心矩作差，得到左峰和右峰 的加权二阶中心矩差值，根据该差值函数的分布情况确定其均值和方差；
[0010]4)利用NP检测器对所述差值进行检测：设置一个虚警率，根据设置的虚 警率和所述均值、方差计算检验阈值，将得到的所述差值与检验阈值比较，判断 是否存在欺骗干扰；当所述差值与所述均值的差值的绝对值大于检验阈值时，则 判断存在欺骗干扰。
[0011]本专利技术在接收机上相对于即时相关器设置多对相关器，将其分成左右两组， 根据各相关器的输出值加权计算每组的二阶中心矩，考虑到了多相关器之间的关 系，优化相关器测量值的权重，通过加权求和得到检测分辨率更高的左峰加权二 阶中心矩和右峰加权二阶中心矩，并通过NP检测法对左峰和右峰的加权二阶中 心矩差值进行检测。本专利技术的多相关器输出值加权二阶中心矩设计，能够更好地 衡量左峰与右峰之间的对称性，不仅检测效率更高，检测告警时间短，而且检测 灵敏度高，在同等虚警率下，大大提高了检测概率，能够实现对欺骗信号的有效 检测。实际运用中，对研究配备抗欺骗功能的GNSS接收机具有重大价值。
[0012]进一步地，相邻相关器为等间距设置。
[0013]进一步地，所述相关器设置为5对，相邻相关器之间的间距为0.2码片。
[0014]通过上述等间距设置更多的相关器，可以得到更加充足的时域瞬态响应数据， 能够更好地评估接收机的相关峰的动态变化，实现相关峰对称性的精确量化，可 以得到更完整的相关曲线。
[0015]进一步地，所述加权二阶中心矩的计算公式为：
[0016][0017]式中，α
i
为第i个相关器的权值，i＝1,2...n，n为相关器数量，为第 i个相关器的同相支路(I)和正交支路(Q)的输出量的平方和，每个相关器都 包含I支路和Q支路。
[0018]进一步地，所述相关器权值的计算公式为：
[0019][0020][0021]式中，d
i
为第i个相关器距离对称中心的码片间距，为I和Q通道的噪声 方差，k为离散时间。
[0022]通过上述过程计算每组中每个相关器的权值，可以得到更精准的左峰和右峰 的加权二阶中心矩，能够更好地反映相关峰曲线的对称性。
[0023]进一步地，所述步骤3)在确定均值和方差时，需先确定左峰和右峰加权二 阶中心矩差值的特征函数，该特征函数由左峰加权二阶中心矩的特征函数和右峰 加权二阶中心矩的特征函数相乘得到，计算公式如下：
[0024][0025]式中，为左峰加权二阶中心矩的特征函数，为右峰加权 二阶中心矩的特征函数，δ为WSCM的非中心参数，n为每组相关器的个数。
[0026]通过建立左峰加权二阶中心矩的特征函数和右峰加权二阶中心矩的特征函 数，可以更方便、快速得到左峰和右峰加权二阶中心矩差值的均值和方差。
[0027]进一步地，所述差值方差的计算公式为：
[0028][0029]式中，Z＝WSCM
E
‑
L
为左峰和右峰加权二阶中心矩差值，n为每组相关器个 数，为左峰加权二阶中心矩的特征函数的二次求导，δ为WSCM的非中 心参数。
[0030]进一步地，所述检验阈值的计算公式如下：
[0031][0032]式中，γ为检验阈值，erfc...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)在接收机每个通道即时相关器左右对称布置至少3对相关器，获取每个相关器的输出值；2)将对称布置的相关器分成左、右两组，分别根据每组中各相关器的输出值加权计算得到左峰的加权二阶中心矩和右峰的加权二阶中心矩，其中加权计算时各相关器的权值由对应相关器相对于即时相关器的间隔和输出值的噪声方差确定；3)将左峰加权二阶中心矩与右峰的加权二阶中心矩作差，得到左峰和右峰的加权二阶中心矩差值，根据该差值函数的分布情况确定其均值和方差；4)利用NP检测器对所述差值进行检测：设置一个虚警率，根据设置的虚警率和所述均值、方差计算检验阈值，将得到的所述差值与检验阈值比较，判断是否存在欺骗干扰；当所述差值与所述均值的差值的绝对值大于检验阈值时，则判断存在欺骗干扰。2.根据权利要求1所述的基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法，其特征在于，相邻相关器为等间距设置。3.根据权利要求1或2所述的基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法，其特征在于，所述相关器设置为5对，相邻相关器之间的间距为0.2码片。4.根据权利要求1所述的基于加权二阶中心矩的诱导式欺骗检测方法，其特征在于，所述加权二阶中心矩的计算公式为：式中，α
i
为第i个相关器的权值，i＝1,2...n，n为相关器数量，为第i个相关器的同相支路(I)和正交支路(Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玟龙，吕志伟，邓旭，柯晔，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：