[发明专利]基于信道差异的转发式GNSS欺骗干扰检测方法

摘要

本发明公开了一种基于信道差异的转发式GNSS欺骗干扰检测方法，按以下步骤：第一步：判定当前导航卫星信道的状态；第二步：基于三种拟合优度方法(Kolmogorov‑Smirnov检测、Cramer‑von Mises检测和Anderson‑Darling检测)进行欺骗干扰检测；第三步：得到转发式GNSS欺骗干扰检测性能。本发明根据GNSS转发式欺骗干扰信道与导航卫星信道存在的统计特性差异，基于Lutz卫星信道模型，提出基于拟合优度的GNSS转发式欺骗干扰检测方法；仿真实验结果表明本发明具有良好的检测性能。

主权项

1.基于信道差异的转发式GNSS欺骗干扰检测方法，其特征是按如下步骤：第一步：判定当前导航卫星信道的状态；第一步具体如下：导航卫星信道状态采用Lutz模型描述，包括：“好状态”和“坏状态”两种状态；“好状态”下接收信号中存在直射分量，接收信号包络服从莱斯分布，表达式为其中，r是信号的包络，是“好状态”下Rice分布的方差，z是直射信号分量，I₀(x)是第一类零阶贝塞尔函数；“坏状态”下接收信号中不存在直射分量，服从的是瑞利分布与对数正态分布的组合，表达式为其中，r是信号的包络，f_Ray(r)和f_Log(r)分别为Rayleigh分布与Lognormal分布，即其中，为Rayleigh分布的方差，μ、σ_L分别为Lognormal分布的均值和均方差；令A为卫星信道阴影遮蔽的时间百分比，结合式(1)与式(2)，卫星接收机中接收信号包络s的概率密度函数表示为f_s(s)＝(1‑A)f_{s_Rice}(s)+Af_{s_Rayl_LN}(s)   (5)其中，f_{s_Rice}(s)为“好状态”下接收信号包络的概率密度函数PDF；f_{s_Rayl_LN}(s)为“坏状态”下接收信号包络的PDF；根据接收信号的功率大小可判定导航卫星信道的状态，若信号功率超过某一门限则认为处于“好状态”，反之为处于“坏状态”；建立转发式欺骗干扰信道模型，转发式欺骗干扰具有与真实卫星导航信号相同的扩频码、信息码和载波频率，但干扰信道与导航卫星信道存在统计特性上的差异；假定转发式欺骗干扰机位于地面，干扰信道只有多径分量而无直射分量，干扰信号的包络服从Rayleigh分布，表达式为其中，r是干扰信号的包络，为Rayleigh分布的方差；第二步：基于拟合优度进行欺骗干扰检测；第二步具体如下：基于拟合优度进行欺骗干扰检测；GNSS转发式欺骗干扰信道与导航卫星信道存在统计特性上的差异，导致接收信号的包络分别服从不同的概率分布；利用拟合优度中的三种检测方法：Kolmogorov‑Smirnov检测、Cramer‑Von Mises检测和Anderson‑Darling检测分别对转发式欺骗干扰进行检测；三种检测方法的检测统计量为：Kolmogorov‑Smirnov检测的统计量D_N定义为其中，F(x_i)为样本分布函数，x_i为样本值，N为样本数；Cramer‑Von Mises检测的统计量W²定义为其中，F(x_i)为样本分布函数，x_i为样本值，N为样本数；Anderson‑Darling检测的统计量定义为其中，F(x_i)为样本分布函数，x_i为样本值，N为样本数；在显著度水平α下，拟合优度检测通过比较统计量与门限γ的大小，接受或拒绝原假设H₀；是否存在欺骗干扰的门限γ由下式求得P_r{T≥γ|H₀}＝α   (10)其中，为检测统计量，γ为门限，α为显著水平，在这里也叫虚警概率，即将假设H₀判为H₁的概率；若T≥γ，则判接收到的为真实信号，若T＜γ，则接收到的为转发式欺骗干扰信号；第三步：得到欺骗干扰检测性能；第三步具体如下：得到转发式欺骗干扰检测性能；完整的转发式欺骗干扰检测概率为p_d＝(1‑A)p_d,good+Ap_d,bad   (11)其中，p_d,good，p_d,bad分别表示“好状态”和“坏状态”下的欺骗干扰检测概率。