一种抗授时干扰方法与流程

1.本发明涉及一种时间信号处理方法。更具体地，涉及一种抗授时干扰方法。


背景技术：

2.时间是信息获取、传输、融合与应用各环节的基本要素。准确可靠地获取时间信息，是电力、交通、金融、通信及国防等国家重要领域稳定运行的前提。其中，gnss授时是用时设备获取时间最主要的方式之一。然而，由于gnss授时信号落地功率低和信号体制公开等特性，gnss授时容易受到人为恶意干扰，从而使用时设备无法正常获取时间或者获取到错误的时间，并且常常难以察觉。目前，针对gnss授时的抗授时干扰方法，主要是对压制式干扰的消除和欺骗式干扰的多源选择，缺乏对强博弈环境中复杂干扰信号的检测和授时源中断的应对措施。因此，需要研究针对gnss授时综合干扰及gnss授时中断的时间获取和保持方法，以使用时设备实现在复杂条件下的抗gnss授时干扰和时间保持。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种抗授时干扰方法，针对gnss授时方式，实现无干扰模式下的精确gnss定时，以及有干扰模式下的干扰实时检测和自主时间保持。
4.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.一种抗授时干扰方法，包括
6.利用授时干扰自适应检测子模型，对用时设备接收到的授时信号进行实时干扰检测；
7.利用定时抗扰动模型，对用时设备接收到的授时干扰进行处理，其中
8.当检测到无授时干扰时，用时设备采用无干扰定时子模型进行定时；
9.当检测到有授时干扰时，用时设备采用有干扰定时子模型实现自主时间保持。
10.优选地，所述构建的定时抗扰动模型f(f
t
,fs)包括：
[0011][0012]
式(1)中，f
t
表示无干扰定时子模型，fs表示有干扰定时子模型，μ为授时干扰标识。
[0013]
当μ＝0时，表示无授时干扰，用时设备定时采用无干扰定时子模型；当μ＝1时，表示有授时干扰，用时设备定时采用有干扰定时子模型。
[0014]
优选地，所述构建的授时干扰自适应检测子模型fr(α,γ,ε)：
[0015]fr
(α,γ,ε)＝1-(1-α)(1-γ)(1-ε)
ꢀꢀ
(2)
[0016]
式(2)中，α表示gnss授时信号相关峰分布因子，γ表示gnss授时信号秒间隔突跳因子，ε表示gnss授时信号秒脉冲变速因子，μ为gnss授时干扰标识；当fr(α,γ,ε)＝0时，表示无授时干扰；当fr(α,γ,ε)＝1时，表示有授时干扰。
[0017]
优选地，所述无干扰定时子模型f
t
：
[0018]ft
＝tg tfꢀꢀ
(8)
[0019]
式(8)中，tg表示用时设备接收gnss授时信号进行定时解算的结果，tf表示用时设备接收gnss授时信号对自带的原子钟进行校频后的定时修正量。
[0020]
优选地，为准确检测授时是否干扰，所述校频周期为100s。
[0021]
优选地，所述构建的有干扰定时子模型fs：
[0022]fs
＝tc tbꢀꢀ
(9)
[0023]
式(9)中，tc表示用时设备利用自带的原子钟进行自主时间保持的定时结果，tb表示用时设备利用gnss以外的其他可用授时源对自带的原子钟进行校频后的定时修正量。
[0024]
优选地，为准确检测授时是否干扰，所述校频授时源搜索间隔优选为600s。
[0025]
优选地，授时信号相关峰分布因子α：
[0026]
α＝1-(1-p(n))(1-p(τ))
ꢀꢀ
(3)
[0027]
其中，p(n)表示授时信号相关峰数量变化权值，n为授时信号相关峰数量，p(τ)表示授时信号相关峰幅度变化权值，τ为授时信号相关峰幅度变化率。
[0028]
优选地，所述构建的授时信号秒间隔突跳因子γ：
[0029]
γ＝1-isequal(δt,t)
ꢀꢀ
(6)
[0030]
式(6)中，isequal(δt,t)表示相等性判定，δt＝t时判定值为1，δt≠t时判定值为0；δt表示根据gnss授时信号导航电文得到的秒间隔，t表示秒间隔突跳检测周期，由用时设备自带原子钟累计产生。
[0031]
优选地，为准确检测授时是否干扰，所述秒间隔突跳检测周期t优选为5s。
[0032]
优选地，所述授时信号秒脉冲变速因子ε：
[0033]
ε＝1-isless(dist(fc,f
p
),d)
ꢀꢀ
(7)
[0034]
式(7)中，isless(dist(fc,f
p
),d)表示小于性判定，dist(fc,f
p
)＜d时判定值为1，dist(fc,f
p
)≥d时判定值为0；dist(fc,f
p
)表示两条曲线fc和f
p
之间的距离，fc表示校准模式下用时设备输出秒脉冲与自带原子钟输出秒脉冲的偏差变化曲线，f
p
表示定时模式下用时设备输出秒脉冲与自带原子钟输出秒脉冲的偏差变化曲线；d表示用时设备输出秒脉冲的偏移门限。
[0035]
优选地，为准确检测授时是否干扰，所述用时设备输出秒脉冲的偏移门限d优选为100ns。
[0036]
由式(3)、(4)、(5)可以得出，当且仅当gnss授时信号相关峰数量为1且gnss授时信号相关峰幅度变化率小于10％时，gnss授时信号相关峰分布因子α＝0，否则α＝1；
[0037]
由式(6)可以得出，当且仅当根据gnss授时信号导航电文得到的秒间隔δt等于秒间隔突跳检测周期t时，gnss授时信号秒间隔突跳因子γ＝0，否则γ＝1；
[0038]
由式(7)可以得出，当且仅当校准模式下用时设备输出秒脉冲与自带原子钟输出秒脉冲的偏差变化曲线fc与定时模式下用时设备输出秒脉冲与自带原子钟输出秒脉冲的偏差变化曲线f
p
之间的距离小于用时设备输出秒脉冲的偏移门限d时，gnss授时信号秒脉冲变速因子ε＝0，否则ε＝1。
[0039]
本发明的有益效果如下：
[0040]
本发明提出一种抗授时干扰方法，可实时检测gnss授时干扰，并实现抗干扰定时效果。针对复杂的复合式gnss授时干扰及极端条件下的gnss授时中断，本发明可自适应地检测gnss授时干扰，并实现不依赖gnss授时的自主时间保持，支持用时设备在多场景及强
博弈环境中实现可靠定时。
附图说明
[0041]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0042]
图1示出本发明提供的抗授时干扰方法的流程图。
具体实施方式
[0043]
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0044]
如图1所示，本发明提供了一种授时抗干扰方法,其特征在于，针对gnss授时方式，实现无干扰模式下的精确gnss定时，以及有干扰模式下的干扰实时检测和自主时间保持。
[0045]
一种抗授时干扰方法，包括
[0046]
利用授时干扰自适应检测子模型，对用时设备接收到的授时信号进行实时干扰检测；
[0047]
利用定时抗扰动模型，对用时设备接收到的授时干扰进行处理，其中
[0048]
当检测到无授时干扰时，用时设备采用无干扰定时子模型进行定时；
[0049]
当检测到有授时干扰时，用时设备采用有干扰定时子模型实现自主时间保持。
[0050]
s1：利用gnss授时干扰自适应检测子模型，实时检测授时干扰。
[0051]
gnss授时干扰分为压制式干扰和欺骗式干扰。其中，压制式干扰使用时设备无法获取gnss时间，造成定时中断；欺骗式干扰使用时设备获取到错误的gnss时间，造成定时偏差。自适应的gnss授时干扰信号常常混合有压制式干扰和欺骗式干扰，使用时设备难以实现抗干扰。据此，构建gnss授时干扰自适应检测子模型fr(α,γ,ε)：
[0052]fr
(α,γ,ε)＝μ＝1-(1-α)(1-γ)(1-ε)
ꢀꢀ
(2)
[0053]
式(2)中，α表示gnss授时信号相关峰分布因子，γ表示gnss授时信号秒间隔突跳因子，ε表示gnss授时信号秒脉冲变速因子，μ为gnss授时干扰标识。当fr(α,γ,ε)＝μ＝0时，表示无gnss授时干扰；当fr(α,γ,ε)＝μ＝1时，表示有gnss授时干扰。
[0054]
由式(2)可以得出，当且仅当α＝0且γ＝0且ε＝0时，gnss授时干扰标识μ＝0，表示无gnss授时干扰，否则μ＝1，表示有gnss授时干扰。
[0055]
s11：gnss授时干扰会使授时信号相关峰受到抑制甚至被消除，或者增加动态变化的虚假相关峰，从而使用时设备无法接收到真实的gnss授时信号，或者捕获跟踪到gnss授时干扰信号。据此，构建gnss授时信号相关峰分布因子α：
[0056]
α＝1-(1-p(n))(1-p(τ))
ꢀꢀ
(3)
[0057]
其中：
[0058][0059]
[0060]
式(3)～(5)中，p(n)表示gnss授时信号相关峰数量变化权值，n为gnss授时信号相关峰数量，p(τ)表示gnss授时信号相关峰幅度变化权值，τ为gnss授时信号相关峰幅度变化率。
[0061]
由式(3)～(5)可以得出，当且仅当gnss授时信号相关峰数量为1且gnss授时信号相关峰幅度变化率小于10％时，gnss授时信号相关峰分布因子α＝0，否则α＝1；
[0062]
s12：gnss授时干扰可以通过篡改授时信号的导航电文，使用时设备定时发生秒级跳变，从而造成秒级定时偏差。据此，构建gnss授时信号秒间隔突跳因子γ：
[0063]
γ＝1-isequal(δt,t)
ꢀꢀ
(6)
[0064]
式(6)中，isequal(δt,t)表示相等性判定，δt＝t时判定值为1，δt≠t时判定值为0；δt表示根据gnss授时信号导航电文得到的秒间隔，t表示秒间隔突跳检测周期，由用时设备自带原子钟累计产生。
[0065]
优选地，为准确检测授时是否干扰，所述秒间隔突跳检测周期t优选为5s。
[0066]
由式(6)可以得出，当且仅当根据gnss授时信号导航电文得到的秒间隔δt等于秒间隔突跳检测周期t时，gnss授时信号秒间隔突跳因子γ＝0，否则γ＝1。
[0067]
s13：gnss授时干扰可以通过缓慢诱偏授时信号的码相位，使用时设备输出的秒脉冲以一定速率发生偏移，从而造成秒内定时偏差。据此，构建gnss授时信号秒脉冲变速因子ε：
[0068]
ε＝1-isless(dist(fc,f
p
),d)
ꢀꢀ
(7)
[0069]
式(7)中，isless(dist(fc,f
p
),d)表示小于性判定，dist(fc,f
p
)＜d时判定值为1，dist(fc,f
p
)≥d时判定值为0；dist(fc,f
p
)表示两条曲线fc和f
p
之间的距离，fc表示校准模式下用时设备输出秒脉冲与自带原子钟输出秒脉冲的偏差变化曲线，f
p
表示定时模式下用时设备输出秒脉冲与自带原子钟输出秒脉冲的偏差变化曲线；d表示用时设备输出秒脉冲的偏移门限。
[0070]
优选地，为准确检测授时是否干扰，所述用时设备输出秒脉冲的偏移门限d优选为100ns。
[0071]
由式(7)可以得出，当且仅当校准模式下用时设备输出秒脉冲与自带原子钟输出秒脉冲的偏差变化曲线fc与定时模式下用时设备输出秒脉冲与自带原子钟输出秒脉冲的偏差变化曲线f
p
之间的距离小于用时设备输出秒脉冲的偏移门限d时，gnss授时信号秒脉冲变速因子ε＝0，否则ε＝1。
[0072]
s2：利用定时抗扰动模型，对用时设备接收到的授时干扰进行处理，所述定时抗扰动模型f(f
t
,fs)：
[0073][0074]
式(1)中，f
t
表示无干扰定时子模型，fs表示有干扰定时子模型，μ为gnss授时干扰标识。当μ＝0时，表示无gnss授时干扰，用时设备定时采用无干扰定时子模型；当μ＝1时，表示有gnss授时干扰，用时设备定时采用有干扰定时子模型。
[0075]
s21：所述无干扰定时子模型f
t
：
[0076]ft
＝tg tfꢀꢀ
(8)
[0077]
式(8)中，tg表示用时设备接收gnss授时信号进行定时解算的结果，tf表示用时设备接收gnss授时信号对自带的原子钟进行校频后的定时修正量。
[0078]
优选地，为准确检测授时是否干扰，所述校频周期为100s。
[0079]
s22：所述有干扰定时子模型fs：
[0080]fs
＝tc tbꢀꢀ
(9)
[0081]
式(9)中，tc表示用时设备利用自带的原子钟进行自主时间保持的定时结果，tb表示用时设备利用gnss以外的其他可用授时源对自带的原子钟进行校频后的定时修正量。
[0082]
优选地，为准确检测授时是否干扰，所述校频授时源搜索间隔优选为600s。
[0083]
本技术的一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例一所提供的方法。
[0084]
在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0085]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0086]
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0087]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本技术操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0088]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。