卫星导航授时欺骗干扰防御方法、装置、电子设备及介质制造方法及图纸

本申请涉及一种卫星导航授时欺骗干扰防御方法、装置、电子设备及介质，包括：根据卫星信号得到卫星的多个观测量和多个观测量的累积长度；根据当前时刻卫星在轨运动状态、当前时刻多个传播延迟修正参数、伪距观测量和伪距率观测量进行新息估计，计算新息约束参数；在累积长度满足预设的欺骗检测条件时进行欺骗检测，且在欺骗检测的结果为存在欺骗攻击时向使用全球导航卫星系统GNSS设备的用户发起欺骗告警。由此，解决了相关技术中GNSS欺骗检测技术需采集长时间GNSS数据才能得到较可靠的检测结果，导致在检测到欺骗信号之前授时结果偏差便已超出用户可接受范围等问题，达到提高GNSS授时安全性的目的。GNSS授时安全性的目的。GNSS授时安全性的目的。

【技术实现步骤摘要】
卫星导航授时欺骗干扰防御方法、装置、电子设备及介质


[0001]本申请涉及卫星导航授时
，特别涉及一种卫星导航授时欺骗干扰防御方法、装置、电子设备及介质。

技术介绍

[0002]以GPS、GLONASS、Galileo、北斗等为代表的全球导航卫星系统(GNSS)，能够为用户提供全天候全天时定位、导航和授时服务。其中，通过接收处理GNSS信号获取高精度时间信息的GNSS授时服务，已在电力、通信、金融等诸多领域得到十分广泛应用。当前，GNSS用户既可以通过接收处理导航卫星信号直接获得高精度时间信息，也可以利用GNSS时间对晶振、原子钟等本地时钟进行驯服后再基于这些本地时钟获取时间输出。这些应用方式均属于GNSS授时领域。
[0003]另一方面，受GNSS欺骗攻击影响，GNSS授时服务的安全性面临着很大挑战。如果遭遇欺骗攻击，用户终端的时间解算结果很可能会被篡改，即用户得到的是错误时间信息。这将导致非常严重的后果。例如，电力系统通过GNSS授时服务实现网络同步并对电网进行调度控制。若遭受欺骗攻击，GNSS输出的时间信息便是错误的，受时间错误信息的误导，电网将进行一些不合理的操作和控制，进而导致网络故障、崩溃等危险事件发生。因此，如何有效防御欺骗攻击显得尤为迫切和重要。
[0004]为了防御欺骗干扰，近些年大量GNSS欺骗干扰检测技术应运而生。例如，信号功率检测技术、信号质量监测技术、多普勒定位一致性检测技术、扩展接收机自主完好性监测技术等。但是，由于GNSS授时设备一般是静止的，相应的欺骗攻击可以高逼真度地模拟真实信号，并在不改变被攻击目标定位信息的情况下，通过夺取目标设备内部的信号跟踪环路，实现不引发授时结果跳变的渐变式时间篡改，从而大幅度提高攻击的隐蔽性——这种攻击被称为渐变式授时欺骗攻击。而面对此类攻击，现有的GNSS欺骗检测技术需要采集较长时间GNSS数据才能得到较为可靠的检测结果，导致当欺骗检测模块发现存在欺骗攻击时，授时结果往往已经被严重拉偏，用户在发现欺骗攻击之前便已经在使用严重错误的授时结果，这存在非常大的安全隐患。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种卫星导航授时欺骗干扰防御方法、装置、电子设备及介质，以解决相关技术中的GNSS欺骗检测技术需要采集较长时间GNSS数据才能得到较为可靠的检测结果，导致在检测到欺骗信号之前授时结果偏差便已超出用户可接受范围等问题。
[0006]本申请第一方面实施例提供一种卫星导航授时欺骗干扰防御方法，包括以下步骤：接收至少一颗卫星的卫星信号，并根据所述卫星信号得到所述至少一颗卫星的多个观测量和所述多个观测量的累积长度，其中，所述多个观测量包括伪距观测量、伪距率观测量、来自卫星星历的当前时刻卫星在轨运动状态和来自卫星星历的当前时刻多个传播延迟修正参数；根据所述当前时刻卫星在轨运动状态、所述当前时刻多个传播延迟修正参数、所
述伪距观测量和所述伪距率观测量进行新息估计，并计算新息约束参数；判断所述累积长度是否满足预设的欺骗检测条件，并在所述累积长度满足所述预设的欺骗检测条件时进行欺骗检测，且在所述欺骗检测的结果为存在欺骗攻击时向使用全球导航卫星系统GNSS设备的用户发起欺骗告警。
[0007]可选地，在判断所述累积长度不满足预设的欺骗检测条件之后，基于预设的第一更新策略更新本地时钟状态向量和各类滤波器状态参数；
[0008]其中，所述预设的第一更新策略为：
[0009]b
←
b+αKγ
[0010]r
←
(I
‑
KH)Ar+(1
‑
α)Kγ
[0011][0012][0013][0014]n
←
n+1
[0015]其中，
←
为赋值符，b为本地时钟状态向量，K为增益矩阵，γ为观测量新息，r为新息约束的累积量，I为2K阶单位矩阵，Δt为两次观测之间的时间间隔，(1和0分别为长度为K的全1和全0列向量)，c为光速，为累积钟漂改变量，b
a
为累积钟偏改变量，B为最大钟偏改变量，e1＝[1,0]，e2＝[0,1]，B0为授时安全容限，L为测量长度，n为迭代次数计数器，|
·
|为计算标量的绝对值。
[0016]可选地，在判断所述累积长度满足预设的欺骗检测条件并进行欺骗检测之后，还包括：若所述欺骗结果为不存在所述欺骗攻击，则基于预设的第二更新策略更新本地时钟状态向量，之后按照预设初始化策略初始化所述时钟滤波器参数；其中，所述预设的第二更新策略为：
[0017]b
←
b+Kγ+(I
‑
KH)Ar；
[0018]所述预设初始化策略为：
[0019]r
←0[0020][0021]b
a
←
0。
[0022]B
←
B0/(LΔt)
[0023]n
←1[0024]可选地，所述根据所述当前时刻卫星在轨运动状态、所述当前时刻多个传播延迟修正参数、所述伪距观测量和所述伪距率观测量进行新息估计并计算新息约束参数的估计和计算策略为：
[0025][0026][0027][0028][0029]M
′←
AMA
T
+Q
[0030]K
←
M
′
H(C+HM
′
H
T
)
‑1；
[0031]M
←
(I
‑
KH)M
′
[0032][0033][0034][0035]其中，为第i路信号的修正后伪距观测量，ρ
i
为伪距观测量，为第i路信号的修正后伪距率观测量，P
u
为位置向量，P
i
为卫星位置向量，c为光速，I
i
为对流层和电离层延时总修正量，b
i
为卫星钟偏，为伪距率观测量，V
u
为速度向量，V
i
为速度向量，为空间距离修正观测量向量，为基于之前时刻的本地时钟状态对当前时刻观测量向量的先验估计，M
′
为先验估计协方差矩阵，M为后验估计协方差矩阵，Q为协方差矩阵，β为新息约束系数的计算中间项，β为新息约束系数的计算中间项，α为新息约束参数，||
·
||表示计算向量模长，exp为自然指数函数，min为取最小值函数，T为向量或矩阵转置。
[0036]可选的，上述的卫星导航授时欺骗干扰防御方法，还包括：在更新本地时钟状态参数后，获取用户对所述GNSS的授时使用方式；若所述授时使用方式为直接使用所述GNSS提供的时间，则根据更新后的所述本地时钟状态向量b和更新后的所述时钟滤波器参数(包括累积钟漂改变量、累积钟偏改变量、最大钟偏改变量和所述累积新息约束中的至少一种)计算当前时间，并将所述当前时间直接输出供所述用户使用；若本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星导航授时欺骗干扰防御方法，其特征在于，包括以下步骤：接收至少一颗卫星的卫星信号，并根据所述卫星信号得到所述至少一颗卫星的多个观测量和所述多个观测量的累积长度，其中，所述多个观测量包括伪距观测量、伪距率观测量、来自卫星星历的当前时刻卫星在轨运动状态和来自卫星星历的当前时刻多个传播延迟修正参数；根据所述当前时刻卫星在轨运动状态、所述当前时刻多个传播延迟修正参数、所述伪距观测量和所述伪距率观测量进行新息估计，并计算新息约束参数；判断所述累积长度是否满足预设的欺骗检测条件，并在所述累积长度满足所述预设的欺骗检测条件时进行欺骗检测，且在所述欺骗检测的结果为存在欺骗攻击时向使用全球导航卫星系统GNSS设备的用户发起欺骗告警。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断所述累积长度不满足预设的欺骗检测条件之后，还包括：基于预设的第一更新策略更新本地时钟状态向量和各类滤波器状态参数；其中，所述预设的第一更新策略为：其中，
←
为赋值符，b为本地时钟状态向量，K为增益矩阵，γ为观测量新息，r为新息约束的累积量，I为2K阶单位矩阵，Δt为两次观测之间的时间间隔，(1和0分别为长度为K的全1和全0列向量)，c为光速，为累积钟漂改变量，b
a
为累积钟偏改变量，B为最大钟偏改变量，e1＝[1,0]，e2＝[0,1]，B0为授时安全容限，L为测量长度，n为迭代次数计数器，|
·
|为计算标量的绝对值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断所述累积长度满足预设的欺骗检测条件并进行欺骗检测之后，还包括：若所述欺骗结果为不存在所述欺骗攻击，则基于预设的第二更新策略更新本地时钟状态向量，之后按照预设初始化策略初始化所述时钟滤波器参数；其中，所述预设的第二更新策略为：b
←
b+Kγ+(I
‑
KH)Ar；所述预设初始化策略为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述当前时刻卫星在轨运动状态、所述当前时刻多个传播延迟修正参数、所述伪距观测量和所述伪距率观测量进行新息估计并计算新息约束参数的估计和计算策略为：其中，为第i路信号的修正后伪距观测量，ρ
i
为伪距观测量，为第i路信号的修正后伪距率观测量，P
u
为位置向量，P
i
为卫星位置向量，c为光速，I
i
为对流层和电离层延时总修正量，b
i
为卫星钟偏，为伪距率观测量，V
u
为速度向量，V
i
为速度向量，为空间距离修正观测量向量，为基于之前时刻的本地时钟状态对当前时刻观测量向量的先验估计，M
′
为先验估计协方差矩阵，M为后验估计协方差矩阵，Q为协方差矩阵，β为新息约束系数的计算中间项，β为新息约束系数的计算中间项，α为新息约束参数，
·
表示计算向量模长，exp为自然指数函数，min为取最小值函数，T为向量或矩阵转置。5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括：在更新本地时钟状态参数后，获取用户对所述GNSS的授时使用方式；若所述授时使用方式为直接使用所述GNSS提供的时间，则根据更新后的所述本地时钟状态向量b和更新后的所述时钟滤波器参数(包括累积钟漂改变量、累积钟偏改变量、最大钟偏改变量和所述累积新息约束中的至少一种)计算当前时间，并将所述当前时间直接输出供所述用户使用；若所述授时使用方式为本地时钟驯服方式，则根据所述更新后的所述本地时钟状态向量b和更新后的所述时钟滤波器参数(包括累积钟漂改变量、累积钟偏改变量、最大钟偏改
变量和所述累积新息约束中的至少一种)计算本地时钟校正参数，并基于所述本地时钟校正参数驯服本地时钟，并将驯服后的本地时钟输出的时间供所述用户使用。6.一种卫星导航授时欺骗干扰防御装置，其特征在于，包括：获取模块，用于接收至少一颗卫星的卫星信号，并根据所述卫星信号得到所述至少一颗卫星的多个观测量和所述多个观测量的累积长度，其中，所述多个观测量包括伪距观测量、伪距率观测量、来自卫星星历的当前时刻卫星在轨运动状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪，高威雨，陆明泉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：