一种基于阵列天线的电力授时抗欺骗系统、方法、设备及介质与流程

本发明涉及卫星导航领域和电力授时，并且更具体地，涉及一种基于阵列天线的电力授时抗欺骗系统、方法、设备及介质。

背景技术：

1、电力系统中的广域保护、故障录波、相量测量、继电保护等业务，均依赖高精度、连续、可信的外部时间基准。当前电力行业广泛采用gnss作为电力时间同步装置的时钟源，因此，gnss授时链路一旦受到欺骗攻击，可能造成时钟偏移、事件排序错误、保护动作失配，严重时会影响电网安全稳定运行。

2、授时欺骗，是指攻击者发射伪造的gnss信号，使接收机在相关峰、载波跟踪、多普勒或导航电文层面被引导至错误的时刻解。欺骗信号往往保留非常接近真实卫星信号的结构特征，还可能采用低功率、慢拉偏方式提高隐蔽性，因此仅依赖功率突变检测或简单一致性检查，难以应对复杂欺骗攻击情形。

3、现有电力授时抗欺骗方案可分为三类。第一类是接收机内部检测方案，例如信号功率异常检测、多相关器畸变检测等，对复杂欺骗信号的识别能力有限。第二类是隔离防护方案，即在天线与时间同步装置之间增加时空安全隔离装置，一旦判断存在欺骗威胁，即切断gnss输入，令时间同步装置进入守时模式。该类方案虽然提升了安全性，但本质上是“用中断外部授时信号换安全”，在欺骗持续时间较长时，下游时间同步装置输出的授时结果漂移会逐渐累积，难以满足长期连续高精度授时需求。第三类是依赖外部传感器或认证信号的方案，例如惯导辅助、视觉辅助、导航电文认证等。该类方案通常需要引入额外传感器、进行复杂标定，或者要求下游接收机支持特定协议，工程适配门槛较高。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明目的是提供一种带有欺骗感知功能的新型阵列天线，且使该新型阵列天线不再像普通gnss授时天线那样直接将原始射频信号送往时间同步装置，而是在天线内部先对接收信号进行处理，先感知欺骗是否存在，再估计欺骗信号来向，然后将该来向信息送入现有阵列信号处理模块，使其在给定方向形成零陷，最终输出提纯后的gnss射频信号给时间同步装置，从而提升授时链路的抗欺骗能力，因此提出了一种基于阵列天线的电力授时抗欺骗系统，包括：

2、多通道观测量提取模块，用于接收所述射频分配单元传输的第一路径的gnss信号，并在接收的gnss信号中提取出观测量数据，并将所述观测量数据传输至欺骗感知模块；

3、欺骗感知模块，用于根据所述观测量数据判断gnss信号是否包括欺骗信号，根据欺骗信号的来向，确定欺骗信号对应的欺骗干扰的来向，根据所述欺骗干扰的来向，向阵列信号处理模块发送指令；

4、阵列信号处理模块，用于接收所述射频分配单元传输的第二路径的gnss信号，并根据所述指令，通过数字波束形成算法，滤除所述第二路径上gnss信号中包括的欺骗信号，得到真实gnss信号，并将所述真实gnss信号传输至用于电力授时的时间同步装置。

5、可选的，多通道的gnss信号，包括：

6、真实gnss信号；或

7、真实gnss信号和欺骗信号。

8、可选的，阵列天线单元，包括：n个阵元的阵列天线，最多提供n-1个零陷自由度；

9、其中，n最小为4。

10、可选的，观测量数据，至少包括：伪距、载波相位、功率以及相位差信息。

11、可选的，电力授时抗欺骗系统的运行状态，包括：正常监视状态、欺骗确认状态、定向抑制状态以及恢复判定状态。

12、可选的，电力授时抗欺骗系统运行状态的状态切换关系，包括：

13、正常监视状态：欺骗感知模块未确认存在欺骗攻击时的运行状态，此时，多通道观测量提取模块和欺骗感知模块持续工作，阵列信号处理模块按常规模式输出gnss信号，不执行面向欺骗来向的零陷控制；

14、欺骗确认状态：欺骗感知模块判断gnss信号存在攻击欺骗后，由所述正常监视状态切换至所述欺骗确认状态，在所述欺骗确认状态下，根据观测量数据输出欺骗信号的来向信息；

15、定向抑制状态：欺骗感知模块确定gnss信号存在攻击欺骗且输出来向信息，由欺骗确认状态切换至定向抑制状态，此时，阵列信号处理模块、根据所述来向信息指令，通过数字波束形成算法，在攻击欺骗来向上行成零陷，基于所述零陷，在空间维度上滤除第二路径中的欺骗信号，得到真实gnss信号，并将所述真实gnss信号传输至用于电力授时的时间同步装置；

16、恢复判定状态：欺骗感知模块判定欺骗信号消失或不再满足抑制触发条件时，由定向抑制状态切换至恢复判定状态，并对恢复条件进行确认，确认完成后返回正常监视状态。

17、可选的，根据所述观测量数据判断gnss信号是否包括欺骗信号，包括：

18、根据所述观测量数据判断gnss信号是否存在欺骗干扰，以确定gnss信号中是否包括欺骗信号，若是存在欺骗干扰，则确定gnss信号中包括欺骗信号。

19、可选的，通过数字波束形成算法，滤除所述第二路径上gnss信号中包括的欺骗信号，包括：

20、通过数字波束形成算法，在欺骗干扰的来向上形成零陷，基于所述零陷，在空间维度上滤除所述第二路径上gnss信号中包括的欺骗信号。

21、再一方面，本发明还提出了一种基于阵列天线的电力授时抗欺骗方法，包括：

22、通过阵列天线单元接收空间中多通道的电力时间同步装置对外部全球卫星导航系统gnss信号，并将所述gnss信号传输至射频分配单元；

23、通过射频分配单元对多通道的gnss信号中每一通道的gnss信号进行链路分配，并将链路分配后的gnss信号以第一路径传输至多通道观测量提取模块，以及将链路分配后的gnss信号以第二路径传输至阵列信号处理模块；

24、通过多通道观测量提取模块对接收所述射频分配单元传输的第一路径的gnss信号，并在接收的gnss信号中提取出观测量数据，并将所述观测量数据传输至欺骗感知模块；

25、通过欺骗感知模块根据所述观测量数据判断gnss信号是否包括欺骗信号，根据欺骗信号的来向，确定欺骗信号对应的欺骗干扰的来向，根据所述欺骗干扰的来向，向阵列信号处理模块发送指令；

26、通过阵列信号处理模块接收所述射频分配单元传输的第二路径的gnss信号，并根据所述指令，通过数字波束形成算法，滤除所述第二路径上gnss信号中包括的欺骗信号，得到真实gnss信号，并将所述真实gnss信号传输至用于电力授时的时间同步装置。

27、可选的，多通道的gnss信号，包括：

28、真实gnss信号；或

29、真实gnss信号和欺骗信号。

30、可选的，阵列天线单元，包括：n个阵元的阵列天线，最多提供n-1个零陷自由度；

31、其中，n最小为4。

32、可选的，观测量数据，至少包括：伪距、载波相位、功率以及相位差信息。

33、可选的，电力授时抗欺骗系统的运行状态，包括：正常监视状态、欺骗确认状态、定向抑制状态以及恢复判定状态。

34、可选的，电力授时抗欺骗系统运行状态的状态切换关系，包括：

35、正常监视状态：欺骗感知模块未确认存在欺骗攻击时的运行状态，此时，多通道观测量提取模块和欺骗感知模块持续工作，阵列信号处理模块按常规模式输出gnss信号，不执行面向欺骗来向的零陷控制；

36、欺骗确认状态：欺骗感知模块判断gnss信号存在攻击欺骗后，由所述正常监视状态切换至所述欺骗确认状态，在所述欺骗确认状态下，根据观测量数据输出欺骗信号的来向信息；

37、定向抑制状态：欺骗感知模块确定gnss信号存在攻击欺骗且输出来向信息，由欺骗确认状态切换至定向抑制状态，此时，阵列信号处理模块、根据所述来向信息指令，通过数字波束形成算法，在攻击欺骗来向上行成零陷，基于所述零陷，在空间维度上滤除第二路径中的欺骗信号，得到真实gnss信号，并将所述真实gnss信号传输至用于电力授时的时间同步装置；

38、恢复判定状态：欺骗感知模块判定欺骗信号消失或不再满足抑制触发条件时，由定向抑制状态切换至恢复判定状态，并对恢复条件进行确认，确认完成后返回正常监视状态。

39、可选的，根据所述观测量数据判断gnss信号是否包括欺骗信号，包括：

40、根据所述观测量数据判断gnss信号是否存在欺骗干扰，以确定gnss信号中是否包括欺骗信号，若是存在欺骗干扰，则确定gnss信号中包括欺骗信号。

41、可选的，通过数字波束形成算法，滤除所述第二路径上gnss信号中包括的欺骗信号，包括：

42、通过数字波束形成算法，在欺骗干扰的来向上形成零陷，基于所述零陷，在空间维度上滤除所述第二路径上gnss信号中包括的欺骗信号。

43、再一方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

44、处理器，用于执行一个或多个程序；

45、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的方法。

46、再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的方法。

47、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

48、本发明提出了一种基于阵列天线的电力授时抗欺骗系统，包括：多通道观测量提取模块，用于接收所述射频分配单元传输的第一路径的gnss信号，并在接收的gnss信号中提取出观测量数据，并将所述观测量数据传输至欺骗感知模块；欺骗感知模块，用于根据所述观测量数据判断gnss信号是否包括欺骗信号，根据欺骗信号的来向，确定欺骗信号对应的欺骗干扰的来向，根据所述欺骗干扰的来向，向阵列信号处理模块发送指令；阵列信号处理模块，用于接收所述射频分配单元传输的第二路径的gnss信号，并根据所述指令，通过数字波束形成算法，滤除所述第二路径上gnss信号中包括的欺骗信号，得到真实gnss信号，并将所述真实gnss信号传输至用于电力授时的时间同步装置。本发明解决了普通gnss授时天线只能接收并转发原始射频信号，无法在天线侧对欺骗信号进行抑制的问题。