一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法与装置，属于卫星导航技术领域。所述方法包括：构造零速检测统计量；构造滤波模型；构造静止状态欺骗检测统计量；构造运动状态欺骗检测统计量。本发明专利技术将抖动的欺骗速率建模为服从非零均值高斯分布的随机变量，通过比较静止无欺骗状态下统计的参考噪声方差和运动状态下的新息序列方差，构建新息序列方差的检测统计量，进行欺骗式干扰检测，对欺骗速率均值不敏感，针对缓变式欺骗干扰具有很好的检测性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法与装置


[0001]本专利技术属于卫星导航
，尤其涉及一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法与装置。

技术介绍

[0002]GNSS欺骗干扰逐渐成为GNSS民用用户不容忽视的威胁，其中生成式欺骗干扰由于时延可根据需要动态调整使得接收机较难识别和消除，成为目前欺骗式干扰检测技术的研究重点。在欺骗式干扰检测技术中，通过外部设备辅助GNSS进行欺骗检测的技术，由于引入外部设备，使得导航信息冗余而具有良好的检测性能，常用的辅助设备是不受无线电信号干扰的INS，其与GNSS通过卡尔曼滤波等方式进行融合并结合检测理论实现对欺骗干扰的检测。但是传统的基于GNSS/INS组合实施欺骗检测的理论认为欺骗信号速率为一未知常数，实际情况中由于环境噪声和各种误差等因素的影响，对目标接收机施加欺骗信号的速率会存在抖动，将其当作常数是不合理的。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出GNSS（Global Navigation Satellite System,全球卫星导航系统）与INS(I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法，其特征在于，所述组合导航系统包括全球卫星导航系统GNSS接收机和惯性导航系统INS，所述惯性导航系统INS包括测量惯性单元IMU；所述方法包括：步骤S1、获取所述测量惯性单元IMU输出的三维加速度和角速度测量值，作为检测统计量，并基于所述检测统计量构造零速检测统计量，所述零速检测统计量用于确定载体是否处于静止状态；步骤S2、构造滤波模型，所述滤波模型用于估计当前系统状态，并构造欺骗检测统计量，其中，所述滤波模型为卡尔曼滤波模型；步骤S3、响应于所述载体处于所述静止状态，根据所述当前系统状态构造所述静止状态下的欺骗检测统计量，所述静止状态下的欺骗检测统计量用于确定所述载体在所述静止状态下是否受到欺骗干扰，并且响应于所述载体在所述静止状态下未受到所述欺骗干扰，进一步确定参考噪声；步骤S4、计算所述参考噪声的方差，利用所述参考噪声的方差构造运动状态下的欺骗干扰统计量，所述运动状态下的欺骗干扰统计量用于判断所述载体在所述运动状态下是否受到欺骗干扰；其中，所述载体为车辆。2.根据权利要求1所述的一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法，其特征在于：在所述步骤S1中：利用所述测量惯性单元IMU输出的所述三维加速度和所述角速度测量值，作为所述检测统计量，构造广义似然比公式，得到零速检测公式：,其中，、分别为所述测量惯性单元IMU输出的所述三维加速度和所述角速度测量值的测量方差， 为第n次检测的检测统计量集合，所述检测统计量为所述测量惯性单元IMU在检测时间段内各时刻的测量值，具体包括第k测量时刻的三轴加速度和角速度，为检测窗口内数据个数，为重力常量，,为检测窗口长度内的加速度平均值，,为加速度平均值的幅值，表示矩阵转置， 为检测窗口长度，，
表示的二范数运算，表示的二范数运算；其中，当所述检测统计量小于设定的门限时，确定所述载体处于所述静止状态；在所述步骤S2中：所述组合导航系统采用所述卡尔曼滤波模型，第k个测量时刻的状态向量为：,其中，,表示位置误差向量，由经度、纬度和高度组成；,表示地球参考速度误差向量；,为姿态误差向量；,为陀螺仪零偏误差向量；,为加速度计零偏误差向量；,为接收机钟差和钟漂；其中，下标分别表示当地地理坐标系中的东、北、天分量，下标分别表示载体坐标系中的右、前、上分量；第k个测量时刻的测量向量表示如下：,其中，、分别为时刻第颗卫星的观测伪距和观测伪距率，，M为观测卫星数量；则系统状态方程和测量方程为：，其中，和分别表示k和k
‑
1时刻的状态向量，表示k
‑
1时刻的状态噪声向量，为k
‑
1时刻的状态转移矩阵，由所述惯性导航系统INS的误差方程和所述全球卫星导航系统GNSS接收机的钟差模型得出，连续到离散过程采用一阶近似；表示k时刻测量矩阵，为k时刻观测噪声向量，为k时刻状态噪声向量，和皆假设为零均值的高斯白噪声，协方差分别用和表示；在卡尔曼滤波的基础上，利用当前时刻的测量向量和状态预测向量构建新息向量为：。3.根据权利要求2所述的一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中：当检测到所述载体处于所述静止状态时，所述载体的车体坐标系b系下三个方向
的速度为零，，在该k时刻由所述全球卫星导航系统GNSS接收机解算得到的所述载体的速度测量值为，对所述全球卫星导航系统GNSS接收机进行欺骗干扰检测，利用所述全球卫星导航系统GNSS接收机解算得到的所述载体的速度测量值作为所述静止状态下的欺骗检测统计量，构造广义似然比公式，得到所述静止状态下的欺骗干扰检测公式：，其中，为第n次检测的检测统计量集合，N为检测窗口内数据个数，为检测窗口长度，为GNSS观测方差，,表示的二范数运算；当所述静止状态下的欺骗检测统计量小于设定的门限时，确定所述全球卫星导航系统GNSS接收机未受到欺骗干扰，获取未受欺骗干扰时段的新息序列作为所述参考噪声，用于所述运动状态下的欺骗干扰检测，所述未受欺骗干扰时段的新息序列的均值为零，统计不同卫星新息序列的方差为：,其中，为第j颗卫星新息的方差，M为统计新息个数，为未受欺骗干扰的窗口长度，为k时刻第j颗卫星的新息。4.根据权利要求3所述的一种组合导航系统的欺骗干扰检测方法，其特征在于，在所述步骤S4中：在所述静止状态下得确定所述参考噪声方差，并且当所述载体处于所述运动状态时，将欺骗速率作为满足非零均值高斯分布的随机变量，设所述运动状态下k时刻第j颗可见卫星的伪距率新息为；当所述全球卫星导航系统GNSS接收机未受到所述欺骗干扰时，伪距率新息方差应为所述静止状态下统计的对应参考噪声方差，当所述全球卫星导航系统GNSS接收机受到所述欺骗干扰时，欺骗速率的抖动使得新息方差大于参考噪声方差；令，为无欺骗状态，为欺骗状态，则所述运动状态下的欺骗干扰检测为二元假设模型：,其中，检测序列长度为M，为已知参考噪声方差的零均值高斯噪声，为由欺骗信号引入的方差未知的零均值高斯分布信号；则广义似然比为：,;
采用MLE方法估计，通过取对数得到：,对求导得到：,令导数为0，得到欺骗信号方差的MLE估计为：,若，则相应的MLE为，与参数约束保持一致，则的MLE为；令，其中上标+表示为正时，其为MLE；当时，判定为，将估计值代入对数似然比可得：,令令为单调递增函数，对于，逆存在，若或，判定为，欺骗检测统计量为对欺骗信号方差的MLE估计值;在条件下，新息序列满足零均值方差为的高斯分布，当样本数M足够时，新息方差渐进满足高斯分布：,其中，,，，则
的概率密度函数为：,根据的概率密度函数和虚警概率计算门限，门限为：,其中，为逆高斯右尾概率函数，为虚警概率，当统计量大于设定的门限时判定所述载体的所述全球卫星导航系统GNSS接收机受到欺骗干扰。5.一种组合导航系统的欺骗干扰检测装置，其特征在于，所述组合导航系统包括全球卫星导航系统GNSS接收机和惯性导航系统INS，所述惯性导航系统INS包括测量惯性单元IMU；所述装置包括：第一处理单元，被配置为：获取所述测量惯性单元IMU输出的三维加速度和角速度测量值，作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王怡晨，刘小汇，文超，刘瀛翔，李宗楠，徐子晨，嵇志敏，
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：