基于多天线的GNSS抗欺骗干扰定位算法研究与实现

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全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)可以全天候、实时提供位置、速度和时间等信息,已经被广泛应用于军事、工业、交通等各个领域。保证导航卫星系统的安全性,是对其进行研究与应用的基本前提。然而,卫星信号在发射到地面接收机的过程中,由于功率较低,容易受到人为干扰。其中,欺骗式干扰因其隐蔽性强、逼真度高等特点成为最具威胁的干扰之一,因此抗欺骗干扰成为导航领域的研究热点。本文从分析欺骗干扰对伪距测量的影响入手,得到欺骗干扰的本质特征,针对GNSS欺骗干扰提出了基于定位结果的欺骗状态检测算法和基于伪距双差的欺骗信号识别算法,在欺骗干扰存在的情况下可以实现有效检测,并对欺骗信号进行精准识别。首先,本文介绍了卫星导航系统基本理论,包括导航信号的结构、基于最小二乘的伪距定位算法及误差分析与校正。阐述了欺骗干扰的原理,欺骗干扰的本质是改变卫星信号的伪距,进而影响定位结果。其次,分析了欺骗干扰对定位结果的影响,欺骗信号参与的定位会导致定位结果偏离真实的位置,由定位结果反算的卫星与接收机之间的距离与伪距值中包含的距离不相等,基于此提出了基于定位结果的欺骗状态检测算法。利用多接收机的伪距双差与定位结果构造检测量,分析检测量的取值并设置合理的检测门限,该算法可通过构造单一检测量实现对多个卫星信号中是否存在欺骗信号进行判断,具有较高的检测效率。选择不同俯仰角的检测卫星,在接收机之间距离大于40米时,该算法对欺骗信号的检测概率达到100%。抗欺骗技术的最终目的是识别欺骗信号并予以滤除。在欺骗检测的基础上,本文针对单通道接收机提出了基于前后时刻的欺骗信号识别算法,门限由噪声方差和检测概率决定;在门限与噪声方差确定后,虚警率与前后时间间隔有关,时间间隔越大,虚警率越低;针对多通道接收机提出了基于不同卫星的欺骗信号识别算法,通过构造检测量对每一个卫星信号进行判断,通过仿真实验表明,该算法可对欺骗卫星信号进行有效的精准识别,进而实现正确的定位。
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