基于子空間投影的GNSS抗欺騙式干擾技術(shù)研究.pdf

1、近年來，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)的飛速發(fā)展，使得GNSS作為一種基礎(chǔ)設(shè)施成為人們生產(chǎn)生活以及軍事領(lǐng)域愈發(fā)依賴的對象。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航在一些關(guān)鍵服務(wù)中的深入應(yīng)用，GNSS的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和服務(wù)可靠性也開始備受關(guān)注。由于GNSS信號功率較低而且民用頻段信號結(jié)構(gòu)的公開，使其特別容易受到各種各樣形式的干擾，主要包括壓制式干擾和欺騙式的干擾，但是由于壓制式干擾對目標(biāo)區(qū)域所有設(shè)備都有

2、影響，而且較易于發(fā)現(xiàn)，因而應(yīng)用場景十分受限。欺騙式干擾則是通過偽造與真實(shí)信號類似的干擾，使接收機(jī)難以察覺，能夠?qū)崿F(xiàn)單次欺騙干擾或者誘導(dǎo)接收機(jī)沿著設(shè)定的軌道行走。由于欺騙式干擾應(yīng)用更加靈活廣泛且威脅性更強(qiáng)，因而本文將GNSS抗欺騙式干擾作為研究重點(diǎn)。
　　現(xiàn)有的抗欺騙式干擾方法以干擾檢測為主，主要包括功率，載噪比以及信號質(zhì)量等方面的檢測。干擾抑制的策略較少，主要包括多天線技術(shù)和接收機(jī)完好性監(jiān)測(Receiver Autonomous

3、 Integrity Monitoring，RAIM)，而且可靠性和場景適應(yīng)性較差。本文主要是從欺騙式信號的空間特性和擴(kuò)頻碼的特性入手，分別提出了空域的子空間投影算法和數(shù)據(jù)域的子空間投影算法，可以同時(shí)進(jìn)行干擾檢測和干擾抑制。
　　傳統(tǒng)的多天線技術(shù)僅適用于單個欺騙式干擾源的場景。針對多個干擾源的場景，本文提出了空域的子空間投影算法，它同時(shí)也適用于單個干擾源的場景?？沼蛱幚硗ㄟ^RELAX算法對欺騙式信號的波達(dá)方向(Direction

4、of Arrival，DOA)進(jìn)行估計(jì)，利用虛警概率設(shè)定門限確定其中的干擾信號，然后構(gòu)造欺騙信號的子空間投影將干擾消除，同時(shí)本文推導(dǎo)證明了子空間投影可以將欺騙信號完全消除。在這個過程中由于欺騙信號子空間與真實(shí)信號的子空間并不完全正交，本文推導(dǎo)求取了補(bǔ)償矩陣，它可以對真實(shí)信號的功率進(jìn)行補(bǔ)償，使得空域處理之后真實(shí)信號的功率輸出最大化。通過仿真驗(yàn)證了空域處理能夠以較高的檢測概率和較低的虛警概率將空間中的大功率干擾信號消除，同時(shí)也消除了強(qiáng)互相關(guān)

5、干擾對數(shù)據(jù)域處理的影響；補(bǔ)償矩陣可以對真實(shí)信號功率進(jìn)行補(bǔ)償而且不會影響已經(jīng)消除的欺騙信號。
　　針對小功率干擾信號，本文提出了數(shù)據(jù)域的子空間投影算法，它主要是利用欺騙信號的偽碼特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)造子空間。數(shù)據(jù)域處理首先通過捕獲跟蹤可以對欺騙信號的主要參數(shù)包括多普勒頻移，碼延遲以及具體的偽隨機(jī)碼(Pseudo Random Noise，PRN)等進(jìn)行估計(jì)，利用這些參數(shù)可以構(gòu)造出欺騙信號的子空間投影，進(jìn)而可以對欺騙信號進(jìn)行消除。同時(shí)推導(dǎo)證

6、明了數(shù)據(jù)域處理可以將欺騙信號完全消除掉，對真實(shí)信號近乎沒有影響。由于數(shù)據(jù)域構(gòu)造子空間投影所需參數(shù)較多，本文對這些參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，推導(dǎo)證明了信號功率與子空間構(gòu)造的無關(guān)性，在特定條件下導(dǎo)航數(shù)據(jù)和載波初始相位與子空間構(gòu)造的無關(guān)性；評估了多普勒估計(jì)誤差帶來的影響。同時(shí)增加了多徑判決模塊，成功排除了多徑信號的影響，減小了誤判以及不必要的運(yùn)算。通過仿真進(jìn)一步驗(yàn)證了數(shù)據(jù)域處理在無強(qiáng)互相關(guān)干擾時(shí)的有效性。最后設(shè)計(jì)了接收機(jī)結(jié)構(gòu)，包含空域處理和數(shù)據(jù)域處理，