基于aoa/tdoa的gnss欺骗干扰辐射源定位方法
阅读说明：本技术 基于aoa/tdoa的gnss欺骗干扰辐射源定位方法 (GNSS deception jamming radiation source positioning method based on AOA/TDOA ) 是由 唐凯 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于AOA/TDOA的GNSS欺骗干扰辐射源定位方法,包括以下步骤：S1,收集同一时刻所有接收站AOA测量值和TDOA测量值,以及接收站的位置参数；S2,计算辐射源位置的粗略估计结果；S3,估算欺骗干扰辐射源的精确位置。本发明的基于AOA/TDOA的GNSS欺骗干扰辐射源定位方法,整个辐射源位置求解过程都是解算闭合形式的解析解,计算量小；另外该方法,只要接收站的个数不小于2,即可实现对辐射源的定位,在工程应用中便于实现。(The invention discloses a GNSS deception jamming radiation source positioning method based on AOA/TDOA, which comprises the following steps: s1, collecting all receiving station AOA measured value and TDOA measured value at the same time and the position parameter of the receiving station; s2, calculating a rough estimation result of the position of the radiation source; s3, estimating the precise location of the spoof interfering radiation source. According to the GNSS deception jamming radiation source positioning method based on the AOA/TDOA, the whole radiation source position solving process is to solve the analytic solution in a closed form, and the calculated amount is small; in addition, the method can realize the positioning of the radiation source as long as the number of the receiving stations is not less than 2, and is convenient to realize in engineering application.)
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种基于信号到达角AOA(Angle ofArrive)和到达时间差TDOA(Time Difference of Arrive)测量值的GNSS(GlobalNavigation Satellite System)欺骗干扰辐射源定位方法。
背景技术
当前卫星导航系统已广泛应用于国民生活的方方面面。然而，由于到达地面的GNSS信号很微弱，导致其很容易受到干扰。其中欺骗干扰可通过控制目标接收机输出虚假的位置、时间结果，进而控制目标系统，因此危害性最大。当前的抗欺骗方法主要关注的是欺骗干扰的检测，只能起到警示的作用，接收机仍不能正常工作；如果能够定位干扰辐射源，进而击毁辐射源，可完全消除欺骗干扰的影响，保证GNSS接收机能够正常工作。
现有技术使用基于TDOA和功率测量值的GNSS欺骗干扰定位方法来定位欺骗干扰辐射源。该方法需要至少4个接收站才能实现欺骗干扰辐射源的三维定位；另外由于欺骗干扰的辐射功率一般较低，因此其干扰区域也较小，若定位系统中的接收站不在欺骗干扰的辐射范围内，该接收站就无法得到辐射源测量信息，这将导致定位系统的定位性能下降。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术的不足，提出一种基于信号到达角AOA(Angleof Arrive)和到达时间差TDOA(Time Difference of Arrive)测量值的GNSS(GlobalNavigation Satellite System)欺骗干扰辐射源定位方法。
本发明解其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于AOA/TDOA的GNSS欺骗干扰辐射源定位方法，包括：
S1，获取所有接收站的位置信息、AOA测量值以及其它接收站与参考接收站之间的TDOA测量值；其中，所述接收站的个数大于等于2；
S2，将AOA测量值和TDOA测量值针对欺骗干扰辐射源位置进行线性化处理，利用非加权最小二乘计算欺骗干扰辐射源位置估计结果，计算加权矩阵，并利用最小二乘估计方法计算欺骗干扰辐射源位置的粗略值；
S3，基于欺骗干扰辐射源位置的粗略估计值对位置误差进行线性化处理，利用最小二乘估计方法估计出位置误差估计结果，基于辐射源位置的粗略估计结果和位置误差估计结果，得到欺骗干扰辐射源位置的精确值。
优选的，所述S1，包括：
令未知欺骗干扰辐射源位置为uo＝[xo,yo,zo]T；获取参与定位的M个GNSS接收站的真实位置为则第i个接收站相对于辐射源的方位角的真值和俯仰角的真值分别表示如下：
其中，
欺骗干扰辐射源的辐射信号到达角测量值表示为：θ＝θo+nθ，其中θ＝[θ1,θ2,…,θM]T与分别表示方位角与俯仰角的测量值向量，与分别表示方位角与俯仰角的真值向量，与分别表示方位角与俯仰角的测量噪声，其协方差分别记为Qθ和
令第i个GNSS接收站到欺骗干扰辐射源之间的距离真值为ri o，则测得的欺骗信号伪距测量值表示为：其中c为信号传播速度，τf为欺骗干扰源模拟的虚假时延，为伪距测量噪声；
取接收站1为参考接收站，则第i个接收站与参考接收站之间的TDOA测量值表示为：将所有TDOA测量值写为矢量形式为：r＝ro+nr，其中r＝[r21,r31,…,rM1]T，其协方差矩阵为Qr。
优选的，所述S2，包括：
S21：令为待估参数，其中r1 o为参考接收站1到欺骗干扰辐射源的距离；
将AOA、TDOA测量值相对于待估参数ρ＝[uoT,r1 o]T线性化为：h-Gρ＝Bα，其中：
矩阵0m×n表示m×n维全0矩阵，矩阵ha、Ga、Ba、ht、Gt、Bt的表示如下：
S22：利用非加权最小二乘计算待估参数ρ＝[uoT,r1 o]T，估计结果为：
S23：利用步骤S22中欺骗干扰辐射源位置估计结果，分别计算得到矩阵Ba和Bt的值，然后计算加权矩阵W＝(BQαBT)-1，
S24：利用加权最小二乘计算待估参数，估计结果为： 其中Δu、Δr1分别为辐射源位置估计误差和距离估计误差，记Δρ＝[ΔuT,Δr1]T，则其协方差矩阵为：E[ΔρΔρT]＝(GTWG)-1。
优选的，所述S3，包括：
S31：将参考接收站到辐射源距离r1 o在步骤S2中得到辐射源估计位置处，进行一阶展开，可得其中将代入可得联合方程03×1＝Δu-Δu，可得Δu的线性方程组为：h2-G2Δu＝B2Δρ，矩阵h2、G2、B2表示为：
其中，矩阵In表示n阶单位矩阵；
S32：计算加权矩阵
S33：获取位置误差Δu的加权最小二乘解为：
S34：利用位置误差估计结果修正欺骗干扰辐射源位置粗略值获得欺骗干扰辐射源位置精确解为：
本发明的有益效果如下：
本发明的基于AOA/TDOA的GNSS欺骗干扰辐射源定位方法，在获取接收站AOA、TDOA测量值以及接收站位置信息后，首先根据AOA、TDOA测量值与欺骗干扰辐射源位置之间的几何关系，进行线性化处理，估算得到辐射源位置的粗略值；然后对辐射源估计误差进行估计；最后对辐射源定位结果进行修正，以得到辐射源位置的精确解。基于此，利用接收站AOA、TDOA测量值即可完成欺骗干扰辐射源的定位。整个辐射源位置求解过程都是解算闭合形式的解析解，计算量小；另外该方法，只要接收站的个数不小于2，即可实现对辐射源的定位，在工程应用中便于实现。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种基于AOA/TDOA的GNSS欺骗干扰辐射源定位方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是辐射源位置粗略解估算流程图；
图3是辐射源位置精确解估算流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，但不构成对本发明的限制。
参见图1所示，本实施例一种基于AOA/TDOA的GNSS欺骗干扰辐射源定位方法，包括以下步骤：
S1：收集AOA/TDOA测量值及接收站位置信息。
具体的，收集同一时刻所有接收站AOA测量值和TDOA测量值，以及接收站的位置参数。记未知欺骗干扰辐射源位置为uo＝[xo,yo,zo]T；有M个GNSS接收站参与定位，第i个接收站的真实位置记为：记分别为第i个接收站相对于辐射源的方位角和俯仰角的真值，其中则
干扰源辐射信号到达角测量值记为：θ＝θo+nθ，其中θ＝[θ1,θ2,…,θM]T与分别表示方位角与俯仰角的测量值向量，与分别表示方位角与俯仰角的真值向量，与分别表示方位角与俯仰角的测量噪声，其协方差分别记为Qθ和
记第i个GNSS接收站到辐射源之间的距离真值为ri o，则测得的欺骗信号伪距测量值可表示为：式中c为信号传播速度，τf为欺骗干扰源模拟的虚假时延，为伪距测量噪声。
所有GNSS接收站的虚假时延是相同的，因此可以通过作差消除这一分量，取接收站1为参考接收站，则第i个接收站与参考接收站之间的TDOA测量值为：将所有TDOA测量值写为矢量形式为：r＝ro+nr，其中r＝[r21,r31,…,rM1]T，其协方差矩阵为Qr。
S2：估计辐射源位置粗略值；该步骤处理流程参见图2所示，包括以下步骤：
S21：将测量值针对辐射源位置线性化处理。
具体的，引入辅助变量，参考接收站1到辐射源的距离r1 o，记ρ＝[uoT,r1 o]T为待估参数，则根据几何关系，可将AOA、TDOA测量值相对于待估参数ρ＝[uoT,r1 o]T线性化为：h-Gρ＝Bα，式中
式中，矩阵0m×n表示m×n维全0矩阵，矩阵ha、Ga、Ba、ht、Gt、Bt的定义分别如下：
S22：计算非加权最小二乘辐射源位置结果。
由于矩阵Ba、Bt的计算需要知道辐射源的位置，因此首先利用非加权最小二乘计算待估参数ρ＝[uoT,r1 o]T，估计结果为：
S23：计算加权矩阵。
利用步骤S22中辐射源位置估计结果，分别计算得到矩阵Ba、Bt的值，然后计算加权矩阵W＝(BQαBT)-1，其中，Qα表示B中测量值构成的协方差矩阵。
S24：计算得到加权最小二乘辐射源位置结果。
利用加权最小二乘计算待估参数，估计结果为： 其中Δu、Δr1分别为辐射源位置估计误差和距离估计误差，记Δρ＝[ΔuT,Δr1]T，则其协方差矩阵为：E[ΔρΔρT]＝(GTWG)-1。
S3：估算辐射源位置的精确值；辐射源位置解算流程参见图3所示，包括以下步骤：
S31：针对辐射源粗略位置误差进行线性化处理。
将参考接收站到辐射源距离r1 o在步骤S2中得到辐射源估计位置处，进行一阶展开，可得其中将代入可得联合方程03×1＝Δu-Δu，可得Δu的线性方程组为：h2-G2Δu＝B2Δρ，矩阵h2、G2、B2的定义为：
其中矩阵In表示n阶单位矩阵。
S32：计算加权矩阵。
计算加权矩阵
S33：计算得到加权最小二乘辐射源位置误差估计。
位置误差Δu的加权最小二乘解为：
S34：修改辐射源位置粗略解。
利用位置误差估计结果修正辐射源位置粗略值可得辐射源位置精确解为：
以上仅为本发明实例中一个较佳的实施方案。但是，本发明并不限于上述实施方案，凡按本发明所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本发明的保护范围。