惯性辅助GNSS诱导式欺骗检测算法研究

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随着全球导航卫星系统(GNSS)的发展,定位精度的越来越高,其应用范围越来越广泛,但同时针对GNSS卫星信号的欺骗技术也日趋成熟。而采用卫星/惯性组合的导航系统可以凭借惯性导航不受外界电磁信号干扰的特性,检测出大多数针对GNSS卫星信号的欺骗干扰,但是对于新出现的诱导式欺骗技术,由于欺骗的偏移量较小,即使是基于组合导航系统的欺骗干扰检测技术也面临挑战。因此,本文针对该种欺骗干扰方式的检测展开研究,主要研究内容和创新点如下:1)分析了诱导式欺骗信号的作用机理、特点和检测的技术可行性。分析出运动载体在位置欺骗和速度欺骗上存在的不一致性以及GNSS解算与INS解算结果的差异,为欺骗信号的检测提供了可能。通过仿真研究了诱导式欺骗信号对GNSS的伪距和伪距率的影响。利用理论推导及仿真的方式研究了诱导式欺骗以小的修正量慢慢拉偏载体位置的欺骗干扰模式,同时分析了基于惯性/单星紧耦合对诱导式欺骗信号进行检测的技术可能性。2)研究设计了一种基于惯性/单星紧耦合组合导航与惯性/多星紧耦合组合导航位置差异的诱导式欺骗信号检测方法。通过序贯滤波的理论研究了真实信号与欺骗干扰信号下误差修正量上的区别,分析出两种紧耦合组合方式在短时间内导航结果的差异可为诱导式欺骗信号的检测提供可能,并通过仿真分析出长时间辨识转发式诱导式欺骗信号的能力较强,但该方法检测效果受接收机与卫星位置的关系制约,且辨识时间较长。3)提出了一种基于惯性辅助一致性检测的诱导式欺骗信号检测方法。针对诱导式欺骗信号对于运动载体的位置欺骗和速度欺骗难以达到运动学上的一致性,且惯性导航系统短时间内能保持高精度的特性以及欺骗干扰会导致GNSS解算信息与INS解算信息的不一致的特点来实现对诱导式欺骗的判别,并通过仿真验证了算法的有效性,但也反映出该算法的检测效果受惯性设备的精度制约,精度低时,该算法识别欺骗信号能力较差。4)提出了一种基于惯性辅助伪距/伪距率估计的诱导式欺骗检测算法。针对诱导式欺骗信号对伪距和伪距率的影响,并考虑到纯惯性导航位置误差在短时间内随时间的变化可以近似等效为时间的二次函数,利用误差关系去估计伪距/伪距率并建立时间序列,并根据时间序列的拟合关系判别诱导式欺骗信号的存在。该算法在长时间卫星信号失锁纯惯性导航位置误差积累较大的情况下,仍可对GNSS诱导式欺骗信号进行检测。仿真发现该算法对诱导式欺骗较为敏感,可以在较短的时间内辨识欺骗信号,但也反映出该算法需要GNSS接收机对伪距和伪距率的精确测量。5)搭建了实验平台,通过转发器和卫星信号模拟器实现了转发式和生成式诱导式欺骗过程,然后验证各算法的检测效果和对诱导式欺骗的敏感程度,并总结了各算法的优缺点。
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