用于检测GNSS接收机的欺骗干扰的方法、系统与流程

用于检测gnss接收机的欺骗干扰的方法、系统
技术领域
1.本技术涉及卫星导航技术领域，例如涉及一种用于检测gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)接收机的欺骗干扰的方法、系统。


背景技术：

2.目前，卫星导航信号在传播的过程中，接收机接收到的导航信号总会受到有意或无意的干扰，导致接收机定位结果、授时结果等错误，因此卫星导航系统的安全应用已经逐渐受到广大用户的重视。针对卫星导航接收机的干扰主要分为两大类：压制干扰与欺骗干扰。欺骗干扰指的是通过产生与真实信号高度相似的欺骗卫星信号或者转发真实卫星信号，其首要目标是在隐蔽的条件下使gnss终端得到虚假的时间、位置、速度等信息，达到欺骗目的。相比之下，欺骗干扰不需要太强的功率，隐蔽性好，这也使得欺骗干扰源具有较强的生存能力。从某种程度上来讲，欺骗干扰带来的危害比压制干扰更为严重。
3.检测欺骗干扰信号的一般方法主要是依据信号特征进行检测，包括基于信号功率、噪声功率、载噪比、信号能量的自动增益控制、跟踪环路相关输出异常、双天线载波相位差分、双天线伪距差分等原理进行检测，这些检测的方法均是依赖于接收信号本身的特征，需要对接收机内部程序进行升级，集成相应的检测算法，对于部分算法还需要额外的接收天线以辅助检测，针对不同的应用场景，各个算法的检测性能、检测成本各有差异，需要根据具体的应用场景进行合理的选择。对于不同的应用场景，需要选取对应的方法，才能具备更好的检测性能，否则无法高效地检测出欺骗干扰信号，因此根据信号的特征检测欺骗干扰的普适性待更深入的研究。
4.相关技术中，存在如下技术问题：依据干扰信号特征来检测欺骗信号的方法针对不同场景下的接收信号的需要选择不同的算法，该检测方法针对不同的应用场景普适性较差。


技术实现要素：

5.为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
6.本公开实施例提供了一种用于gnss接收机的欺骗干扰检测的方法、系统，该检测方法可以实现不同应用场景下的gnss接收机的欺骗干扰信号的检测，普适性较好。
7.在一些实施例中，本公开的一种用于检测gnss接收机的欺骗干扰的方法方法包括：
8.将gnss天线接收的gnss真实信号转换为第一路gnss输出信号和第二路gnss输出信号；
9.传输所述第一路gnss输出信号至gnss接收机；
10.对所述第一路gnss输出信号进行分析，获得第一路gnss输出信号的第一时间信息
报文；
11.传输gnss模拟信号至gnss接收机；
12.对所述gnss模拟信号进行分析，获得gnss模拟信号的第二时间信息报文；
13.根据第二路gnss输出信号，第二时间信息报文和第一时间信息报文判断是否存在欺骗干扰。
14.可选的，所述时间信息报文包括ptp报文或1pps tod报文；其中，所述ptp报文为精确时间协议报文，所述1pps tod报文为当前时刻秒脉冲信号报文。
15.可选的，所述根据第二路gnss输出信号，第二时间信息报文和第一时间信息报文判断是否存在欺骗干扰，包括：
16.根据所述第一时间信息报文和所述第二路gnss输出信号确定第一时间精度；
17.根据所述第二时间信息报文和所述第二路gnss输出信号确定第二时间精度；
18.根据所述第一时间精度和所述第二时间精度判断是否存在欺骗干扰。
19.可选的，根据所述第一时间精度和所述第二时间精度判断是否存在欺骗干扰，包括：
20.在第二时间精度和第一时间精度的差大于第一阈值的情况下，存在欺骗干扰；
21.在第二时间精度和第一时间精度的差在小于第一阈值的情况下，不存在欺骗干扰。
22.可选的，所述第一时间精度和所述第二时间精度为时间精度的标准方差或时间精度的峰峰值。
23.本公开实施例提供的用于gnss接收机的欺骗干扰检测的方法，可以实现以下技术效果：通过检测gnss接收机的输出的时间性能，不依赖于接收信号的特征，不仅可以实现不同应用场景下的gnss接收机的欺骗干扰信号的检测，普适性较好，而且可以更高效地检测gnss接收机是否受到欺骗干扰。
24.在一些实施例中，本公开的一种用于检测gnss接收机的欺骗干扰的系统，所述系统包括：
25.gnss天线，用于接收gnss真实信号；
26.功分器，用于将gnss天线接收的gnss真实信号转换为第一路gnss输出信号和第二路gnss输出信号；
27.gnss模拟信号源，用于生成并输出gnss模拟信号；
28.gnss接收机，用于接收第一路gnss输出信号，根据所述第一路gnss输出信号生成第一时间信息报文，并，接收所述gnss模拟信号，根据所述gnss模拟信号生成第二时间信息报文；
29.测试仪表，用于接收所述第二路gnss输出信号，第一时间信息报文和第二时间信息报文，并根据所述第二路gnss输出信号，所述第一时间信息报文和所述第二时间信息报文检测是否存在欺骗干扰。
30.可选的，所述gnss模拟信号源包括：
31.卫星模拟器，用于生成并输出gnss模拟信号；
32.铯钟，用于向卫星模拟器提供参考频率；
33.控制装置，用于控制所述卫星模拟器。
34.可选的，所述时间信息报文包括ptp报文或1pps tod报文；其中，所述ptp报文为精确时间协议报文，所述1pps tod报文为当前时刻秒脉冲信号报文。
35.可选的，所述根据第二路gnss输出信号，第二时间信息报文和第一时间信息报文判断是否存在欺骗干扰，包括：
36.根据所述第一时间信息报文和所述第二路gnss输出信号确定第一时间精度；
37.根据所述第二时间信息报文和所述第二路gnss输出信号确定第二时间精度；
38.根据所述第一时间精度和所述第二时间精度判断是否存在欺骗干扰。
39.可选的，所述第一时间精度和所述第二时间精度为时间精度的标准方差或时间精度的峰峰值。
40.本公开实施例提供的用于gnss接收机的欺骗干扰检测的系统，可以实现以下技术效果：通过所述gnss接收机的欺骗干扰检测系统，不依赖于接收信号的特征，不仅可以实现不同应用场景下的gnss接收机的欺骗干扰信号的检测，普适性较好，而且可以更高效地检测gnss接收机是否受到欺骗干扰。
41.以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本技术。
附图说明
42.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
43.图1示出本公开实施例提供的一种用于检测gnss接收机的欺骗干扰的系统的框图。
44.图2示出本公开实施例提供的一种用于检测gnss接收机的欺骗干扰的方法的流程图。
45.图3示出本公开实施例提供的第一时间精度信息的仿真结果图。
46.图4示出本公开实施例提供的第二时间精度信息的仿真结果图。
具体实施方式
47.为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
48.本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
49.除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
50.本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，a/b表示：a或b。
51.术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或
b，表示：a或b，或，a和b这三种关系。
52.术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，a与b相对应指的是a与b之间是一种关联关系或绑定关系。
53.图1示出本公开实施例提供的一种用于检测gnss接收机的欺骗干扰的系统的框图，该系统包括gnss天线1、功分器2、gnss模拟信号源、gnss接收机(即被测设备3)和测试仪表4。
54.gnss天线1用于接收gnss真实信号。功分器2用于将gnss天线接收的gnss真实信号转换为第一路gnss输出信号(即正常gnss信号)和第二路gnss输出信号(即正常gnss信号)。gnss模拟信号源用于生成并输出gnss模拟信号。gnss接收机用于接收第一路gnss输出信号，根据第一路gnss输出信号生成第一时间信息报文，并，接收gnss模拟信号，根据gnss模拟信号生成第二时间信息报文。测试仪表4用于接收第二路gnss输出信号，第一时间信息报文和第二时间信息报文，并根据所述第二路gnss输出信号，第一时间信息报文和第二时间信息报文检测是否存在欺骗干扰。
55.通过gnss接收机的欺骗干扰检测系统中的测试仪表对时间信息报文进行分析，判断gnss接收机是否收到欺骗干扰信号的干扰，该检测系统在检测的过程中不依赖于接收信号的特征，不仅可以实现不同应用场景下的gnss接收机的欺骗干扰信号的检测，普适性好，而且可以更高效地检测gnss接收机是否受到欺骗干扰。
56.其中，gnss天线跟踪正常的gnss信号，gnss信号为来自天空中的北斗卫星的信号或gps卫星的信号，并通过功分器输出相同的两路gnss输出信号，即第一路gnss输出信号和第二路gnss输出信号。功分器的两个通道的输入插损非常接近或一致。这样，测试仪表和被测设备(gnss接收机)的功率接收电平就是一致的。并且，两个通道之间具有良好的隔离度，保证两个通道之间信号没有串扰。功分器与gnss接收机(被测设备3)之间的同轴电缆长度与功分器与测试仪表之间的同轴电缆长度一致，保证了两路信号到达gnss接收机的时延尽量一致，这样测试的时间同步性能就完全反映gnss接收机的性能，不会带来额外的时延差别。
57.可选的，测试仪表可以先跟踪功分器输出的第二路gnss输出信号，以此作为时间参考基准，再分别接收gnss接收机输出的第一时间信息和第二时间信息，分析对比两次输出时间信息，判断gnss接收机是否收到欺骗干扰信号的干扰。
58.这样，可以保证接收机接收的第一路gnss输出信号和gnss模拟信号以同一个基准信号为参考，测试仪表在进行干扰检测时通过比较得出的结果更加准确。
59.可选的，在进行检测前，可以配置gnss接收机和测试仪表均正常跟踪gnss天线接收gnss信号至少6小时，配置铯钟开机至少2小时以上，并为卫星模拟器提供频率参考信号，以此来保证系统可以正常的接收gnss信号，以及产生稳定的干扰信号。
60.由此，在gnss接收机和卫星模拟器均稳定输出信号后在开始执行干干扰信号的检测，保证了测试结果的准确性。
61.可选的，gnss接收机接收第一路gnss输出信号，并对该信号进行解析得到第一时间信息报文，将该第一时间信息报文输出至测试仪表，由测试仪表对该报文进行分析得到第一时间精度，并保存相应的数据。
62.可选的，传输gnss模拟信号至gnss接收机之前，断开gnss接收机正常跟踪功分器
的第一路gnss输出信号，同时接收机接收卫星模拟器输出的gnss模拟信号(干扰信号)，待正常接收gnss模拟信号后，通过测试仪表分析gnss接收机输出的第二时间信息报文，得到分析的第二时间精度，并保存相应的数据。
63.可选的，如图1所示，gnss模拟信号源包括：卫星模拟器5，可以用于生成并输出gnss模拟信号；铯钟6，可以用于向卫星模拟器提供参考频率；控制装置7，可以用于控制卫星模拟器，控制装置可以为显示控制装置，例如可以是计算机。
64.这样，在计算机的控制下以及铯钟提供稳定的出参考频率，实现卫星模拟器的精确控制，可以按照检测的需要动态的调整gnss模拟信号，提高了检测的效率。
65.例如，gnss模拟信号源中的铯钟向卫星模拟器提供稳定的频率参考，通过计算机控制卫星模拟器，制造人为的gnss模拟信号，即欺骗干扰信号，其中干扰信号的位置、功率参数等不设限制，仅时刻信息不与当前时刻完全一致即可，卫星模拟器将欺骗干扰信号输出到gnss接收机。
66.可选的，时间信息报文包括ptp报文或1pps tod报文；其中，ptp报文为精确时间协议报文，1pps tod报文为当前时刻秒脉冲信号报文。其中，1pps(one pluse per second)代表秒脉冲信号，tod(time of day)表示当前的时刻，1pps tod可以表示时间信号。ptp(precision time protocol)是精确时间协议的简称，也可以表示时间信息。
67.可选的，根据第二路gnss输出信号，第二时间信息报文和第一时间信息报文判断是否存在欺骗干扰，包括：
68.根据第一时间信息报文和第二路gnss输出信号确定第一时间精度；
69.根据第二时间信息报文和第二路gnss输出信号确定第二时间精度；
70.根据第一时间精度和第二时间精度判断是否存在欺骗干扰。
71.可选的，根据第一时间精度和第二时间精度判断是否存在欺骗干扰，包括：
72.在第二时间精度和第一时间精度的差大于第一阈值的情况下，存在欺骗干扰；
73.在第二时间精度和第一时间精度的差在小于第一阈值的情况下，不存在欺骗干扰。
74.可选的，第一时间精度和第二时间精度为时间精度的标准方差或时间精度的峰峰值。例如，第一时间精度或第二时间精度可以为输出时间误差。
75.这样，从时间的角度代替空间(位置、伪距、速度等)的角度判断的方法，这更有利于民用卫星授时接收机的检验检测。如果检测到干扰信号常，可以临时关闭gnss接收信号，进行保持或跟踪地面的其它时间源。
76.图2示出一种用于检测gnss接收机的欺骗干扰的方法，该方法包括：
77.步骤s1，将gnss天线接收的gnss真实信号转换为第一路gnss输出信号和第二路gnss输出信号；
78.步骤s2，传输第一路gnss输出信号至gnss接收机；
79.步骤s3，对第一路gnss输出信号进行分析，获得第一路gnss输出信号的第一时间信息报文；
80.步骤s4，传输gnss模拟信号至gnss接收机；
81.步骤s5，对gnss模拟信号进行分析，获得gnss模拟信号的第二时间信息报文；
82.步骤s6，根据第二路gnss输出信号，第二时间信息报文和第一时间信息报文判断
是否存在欺骗干扰。
83.通过检测gnss接收机的输出的时间性能，不依赖于接收信号的特征，不仅可以实现不同应用场景下的gnss接收机的欺骗干扰信号的检测，普适性较好，而且可以更高效地检测gnss接收机是否受到欺骗干扰。
84.其中，gnss天线跟踪正常的gnss信号，gnss信号为来自天空中的北斗卫星的信号或gps卫星的信号，并通过功分器输出相同的两路gnss输出信号，即第一路gnss输出信号和第二路gnss输出信号。功分器的两个通道的输入插损非常接近或一致。这样，测试仪表和gnss接收机(被测设备3)的功率接收电平就是一致的。并且，两个通道之间具有良好的隔离度，保证两个通道之间信号没有串扰。功分器与gnss接收机(被测设备3)之间的同轴电缆长度与功分器与测试仪表之间的同轴电缆长度一致，保证了两路信号到达gnss接收机的时延尽量一致，这样测试的时间同步性能就完全反映gnss接收机的性能，不会带来额外的时延差别。
85.可选的，测试仪表可以先跟踪功分器输出的第二路gnss输出信号，以此作为时间参考基准，再分别接收gnss接收机输出的第一时间信息和第二时间信息，分析对比两次输出时间信息，判断gnss接收机是否收到欺骗干扰信号的干扰。
86.这样，可以保证接收机接收的第一路gnss输出信号和gnss模拟信号以同一个基准信号(第二路gnss输出信号)为参考，测试仪表在进行干扰检测时通过比较得出的结果更加准确。
87.可选的，在进行检测前，可以配置gnss接收机和测试仪表均正常跟踪gnss天线接收gnss信号至少6小时，配置铯钟开机至少2小时以上，并为卫星模拟器提供频率参考信号，以此来保证系统可以正常的接收gnss信号，以及产生稳定的干扰信号。
88.由此，在gnss接收机和卫星模拟器均稳定输出信号后在开始执行干干扰信号的检测，保证了测试结果的准确性。
89.可选的，gnss接收机接收第一路gnss输出信号，并对该信号进行解析得到第一时间信息报文，将该第一时间信息报文输出至测试仪表，由测试仪表对该报文进行分析得到第一时间精度，并保存相应的数据。
90.可选的，传输gnss模拟信号至gnss接收机之前，断开gnss接收机正常跟踪功分器的第一路gnss输出信号，同时接收机接收卫星模拟器输出的gnss模拟信号(干扰信号)，待正常接收gnss模拟信号后，通过测试仪表分析gnss接收机输出的第二时间信息报文，得到分析的第二时间精度，并保存相应的数据。
91.可选的，时间信息报文包括ptp报文或1pps tod报文；其中，ptp报文为精确时间协议报文，1pps tod报文为当前时刻秒脉冲信号报文。
92.可选的，根据第二路gnss输出信号，第二时间信息报文和第一时间信息报文判断是否存在欺骗干扰，包括：
93.根据第一时间信息报文和第二路gnss输出信号确定第一时间精度；
94.根据第二时间信息报文和第二路gnss输出信号确定第二时间精度；
95.根据第一时间精度和第二时间精度判断是否存在欺骗干扰。
96.可选的，根据第一时间精度和第二时间精度判断是否存在欺骗干扰，包括：
97.在第二时间精度和第一时间精度的差大于第一阈值的情况下，存在欺骗干扰；
98.在第二时间精度和第一时间精度的差在小于第一阈值的情况下，不存在欺骗干扰。
99.可选的，第一时间精度和第二时间精度为时间精度的标准方差或时间精度的峰峰值。
100.图3示出本公开实施例提供的第一时间精度信息的仿真结果图。图4示出本公开实施例提供的第二时间精度信息的仿真结果图。从图3的仿真中可以看出测试仪表对第一时间信息报文进行分析得到的测试结果，该结果表示对第一路gnss输出信号(正常gnss信号)检测的测试结果为：测试时间23分钟58秒，样本个数1438个，以第二路gnss输出信号的时间为基准，第一路gnss输出信号的秒脉冲偏差的标准方差为1.6596ns(纳秒)(第一时间精度)，被测信号的当前时刻tod与基准信号的当前时刻tod相同都为2021-11-18 12:15:32，即当前时刻tod偏差的秒偏差为0秒(第一时间精度)。
101.从图4的仿真中可以看出测试仪表对第二时间信息报文进行分析得到的测试结果，该结果表示对模拟gnss信号(干扰信号)检测的测试结果：秒脉冲偏差的标准方差为19619.1747ns(纳秒)(第一时间精度)，模拟gnss信号的当前时刻tod为2021-11-18 09:13:50，基准信号的当前时刻tod为2021-11-09 17:37:38，即当前时刻tod偏差的秒偏差为747372s(秒)(第二时间精度)。
102.从上述测试结果可以看出第一路gnss输出信号的第一时间精度与模拟gnss信号的第二输出时间精度相差较大。测试仪表可以判断gnss接收机(被测设备)存在欺骗干扰。
103.例如，第一路gnss输出信号与模拟gnss信号的输出时间结果的秒脉冲偏差的标准方差的差值大于第一阈值，例如第一阈值为10ns，或者，第一路gnss输出信号与模拟gnss信号的输出时间结果的秒脉冲偏差的峰峰值(即偏差范围)的差值大于150ns(纳秒)，则判断gnss接收机存在欺骗干扰信号。或者，第一路gnss输出信号与模拟gnss信号的输出时间结果的当前时刻tod偏差的秒偏差的差值大于第二阈值，例如，第二阈值为0s，则判断gnss接收机存在欺骗干扰信号。
104.这样，从时间的角度代替空间(位置、伪距、速度等)的角度判断的方法，这更有利于民用卫星授时接收机的检验检测。如果检测到干扰信号常，可以临时关闭gnss接收信号，进行保持或跟踪地面的其它时间源。
105.通过检测gnss接收机的输出的时间性能，不依赖于接收信号的特征，不仅可以实现不同应用场景下的gnss接收机的欺骗干扰信号的检测，普适性较好，而且可以更高效地检测gnss接收机是否受到欺骗干扰。
106.以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本技术中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本技术中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本技术中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、
步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。
107.本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。