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(duì)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(hào)功率較低而且民用頻段信號(hào)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(duì)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(chǎng)景十分受限。欺騙式干擾則是通過偽造與真實(shí)信號(hào)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(cè)為主，主要包括功率，載噪比以及信號(hào)質(zhì)量等方面的檢測(cè)。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(cè)(Receiver Autonomous

3、 Integrity Monitoring，RAIM)，而且可靠性和場(chǎng)景適應(yīng)性較差。本文主要是從欺騙式信號(hào)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(cè)和干擾抑制。
　　傳統(tǒng)的多天線技術(shù)僅適用于單個(gè)欺騙式干擾源的場(chǎng)景。針對(duì)多個(gè)干擾源的場(chǎng)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(gè)干擾源的場(chǎng)景?？沼蛱幚硗ㄟ^RELAX算法對(duì)欺騙式信號(hào)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(hào)，然后構(gòu)造欺騙信號(hào)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(hào)完全消除。在這個(gè)過程中由于欺騙信號(hào)子空間與真實(shí)信號(hào)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(duì)真實(shí)信號(hào)的功率進(jìn)行補(bǔ)償，使得空域處理之后真實(shí)信號(hào)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(cè)概率和較低的虛警概率將空間中的大功率干擾信號(hào)消除，同時(shí)也消除了強(qiáng)互相關(guān)

5、干擾對(duì)數(shù)據(jù)域處理的影響；補(bǔ)償矩陣可以對(duì)真實(shí)信號(hào)功率進(jìn)行補(bǔ)償而且不會(huì)影響已經(jīng)消除的欺騙信號(hào)。
　　針對(duì)小功率干擾信號(hào)，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(hào)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(duì)欺騙信號(hào)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(hào)的子空間投影，進(jìn)而可以對(duì)欺騙信號(hào)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(hào)完全消除掉，對(duì)真實(shí)信號(hào)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(duì)這些參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，推導(dǎo)證明了信號(hào)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(píng)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(hào)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，