基于差值测向的GNSS导航欺骗干扰信号的检测方法与流程

基于差值测向的gnss导航欺骗干扰信号的检测方法
技术领域
1.本发明涉及信号检测和信号处理技术领域，具体的说，是一种基于差值测向的gnss导航欺骗干扰信号的检测方法。


背景技术：

2.在电子对抗领域，对辐射源位置侦察的越精确，就越有助于对辐射源进行有效的战场情报信息获取、电子干扰以及精确的打击，为最终摧毁目标提供有力的保障。因此，对辐射源的无源定位技术在电子对抗领域占有很重要的地位。全球卫星导航系统(gnss)干扰由于其功率小、范围广、危害大的显著特点，军用和民用领域对其关注也越来越高。gnss欺骗干扰中危害较大的能够使目标错误定位，gnss欺骗干扰通常有转发式干扰和产生式干扰两种，转发式干扰是攻击者接受了真实的信号，进行存储延时的转发，可以通过时间校验进行简单的防护；产生式干扰可以产生基于欺骗位置(任意位置)的符合gps标准的虚假卫星信号，是较为高明且危险的欺骗手段。因此，对欺骗式干扰的监测与测向具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于差值测向的gnss导航欺骗干扰信号的检测方法，利用gnss接收机与高增益定向天线阵的结合，提高了gnss欺骗干扰信号的监测距离与测向灵敏度，实现了对gnss欺骗信号的检测与查找。
4.本发明通过下述技术方案解决上述问题：
5.一种基于差值测向的gnss导航欺骗干扰信号的检测方法，包括：
6.步骤s100、采用n个定向天线接收卫星信号，对接收到的卫星信号解算得到nmea协议数据；
7.步骤s200、将nmea协议数据进行协议解析和数据提取，获得卫星信号的卫星数据，卫星数据包括经纬度、载噪比、俯仰角和方位角；
8.步骤s300、当从n个定向天线得到各个卫星数据一致时，对各个卫星信号分别基于差值测向，若测得某一卫星信号的来波方向与其解算得到的卫星数据不一致，则判断该卫星信号为欺骗干扰信号；当n个定向天线得到各个卫星数据不一致时，判断多数定向天线一致的卫星信号为标准信号，少数定向天线的卫星信号为欺骗干扰信号，对欺骗干扰信号基于差值测向。
9.优选地，本发明通过专用频段高增益的六通道定向天线阵接收gnss信号并馈入到gnss接收机。
10.基于差值测向具体步骤为：
11.定义其中一个天线增益方向图为f1(θ)，θ∈[-180,180]，单个定向天线有效测向最大角度其中n为定向天线数量；
[0012]
其余天线增益方向图为：
[0013]
[0014]
定义特征曲线函数
[0015][0016]
其中，ω表示单个定向天线的有效测向角度；j＝1,2,
…
,n；
[0017]
将n元天线阵的特征曲线函数通过曲线拟合，最终映射出差值与角度一一对应的测向函数就可实现测向。
[0018]
将n元天线阵的特征曲线函数通过曲线拟合，最终映射出差值与角度一一对应的测向函数具体包括：
[0019]
定义n元天线阵解析出的同一个卫星载噪比集合为：
[0020]
a＝{a(1),a(2),
…
,a(n)}；
[0021]
令m＝max(a)，m为对应m的天线号；
[0022]
则
[0023]
求出差值delta，delta＝m-n；
[0024]
定义差值函数δ(ω)＝delta-αm(ω)；
[0025]
求出最小差值y＝min(δ(ω)，其中最小差值y对应的角度ω为所得示向度结果。
[0026]
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0027]
本发明结合天线阵及gnss接收机模块，实现对导航欺骗信号测向以实现对欺骗信号检测，方法简单可行，提高了gnss欺骗干扰信号的监测距离与测向灵敏度，实现了对gnss欺骗信号的检测与查找。
附图说明
[0028]
图1为本发明的gnss信号接收示意图；
[0029]
图2为6元天线阵的增益方向图；
[0030]
图3为单定向天线方向图；
[0031]
图4为本发明的流程图。
具体实施方式
[0032]
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0033]
实施例：
[0034]
结合附图1和图4所示，一种基于差值测向的gnss导航欺骗干扰信号的检测方法，包括：
[0035]
步骤s100、采用1-3ghz六元天线阵作为gnss接收机模块的输入天线，使用6个gnss导航接收机模块作为接收机对gnss信号进行接收，在天线有效范围区域内的全方向接收卫星信号，对接收到的卫星信号解算得到nmea协议数据；
[0036]
步骤s200、上位机将nmea协议数据进行协议解析和数据提取，获得卫星信号的卫星数据，卫星数据包括经纬度、载噪比、俯仰角和方位角；
[0037]
步骤s300、将从6个定向天线接收到的卫星数据逐个对比，当6个定向天线得到的
各个卫星数据一致时，对各个卫星信号分别基于差值测向，若测得某一卫星信号的来波方向与其解算得到的卫星数据不一致，则判断该卫星信号为欺骗干扰信号；当6个定向天线得到的各个卫星数据不一致时，判断多数定向天线一致的卫星信号为标准信号，少数定向天线的卫星信号为欺骗干扰信号，对欺骗干扰信号基于差值测向。
[0038]
由于欺骗信号一般来自同一方向，并且在定向天线阵上的幅度值是不同的，因此，使用幅度差计算信号的来波方向。而对于真实导航卫星，由于在天空各方向均有分布，所以不会是来自同一个方向。同时收到欺骗信号和真实信号时，通过解析所有信号的卫星方位，并与测向结果比对，可准确查找欺骗信号。通过这个原理，就能检测出欺骗信号，并且能检测欺骗信号的来波方向。
[0039]
实施例2：
[0040]
在实施例1的基础上，基于差值测向具体步骤为：
[0041]
结合图2所示，定义其中一个天线增益方向图为f1(θ)，θ∈[-180,180]，单个定向天线有效测向最大角度其中6为定向天线数量；
[0042]
其余天线增益方向图为：
[0043][0044]
定义特征曲线函数
[0045]
αj(ω)＝fj(ω)-f
j 1
(ω),ω∈[(60*(j-1),60*j]
[0046]
其中，ω表示单个定向天线的有效测向角度；j＝1,2,
…
,6；
[0047]
将6元天线阵的特征曲线函数通过曲线拟合，最终映射出差值与角度一一对应的测向函数就可实现测向。
[0048]
将6元天线阵的特征曲线函数通过曲线拟合，最终映射出差值与角度一一对应的测向函数具体包括：
[0049]
定义6元天线阵解析出的同一个卫星载噪比集合为：
[0050]
a＝{a(1),a(2),
…
,a(6)}；
[0051]
令m＝max(a)，m为对应m的天线号；
[0052]
则
[0053]
求出差值delta，delta＝m-n；
[0054]
定义差值函数δ(ω)＝delta-αm(ω)；
[0055]
求出最小差值y＝min(δ(ω)，其中最小差值y对应的角度ω为所得示向度结果。
[0056]
使用单个定向天线阵和gnss接收机，验证对gnss的欺骗测向可行性验证实验如下：
[0057]
在室外测试，选择回放的卫星进行数据采集。每次转动10
°
，每次待卫星载噪比稳定时进行采集，实验结果如图3所示，载噪比c/no幅值单位为db(0-99)。实验证明，通过定向天线接收欺骗信号解析出的载噪比幅值存在方向性，并且该增益曲线与图2中单个天线的方向图曲线吻合。因此，该定向天线可以对导航欺骗信号进行测向，验证了单个定向天线对导航欺骗信号测向的可行性，后续将进行测向方法验证。
[0058]
将干扰源置于距离接收机十米处，发射gps欺骗信号。接收机天线阵方位保持不
动，对不同方向的欺骗信号进行欺骗干扰信号测向，输出干扰源的来波方向。
[0059]
测向结果如下表所示：
[0060]
[0061]
上述实验结果表明，在室内使用定向天线阵，gnss接收机，并结合差值测向算法，可以对gnss欺骗信号实现无源测向，测向精度在10度内。
[0062]
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。