一种基于双接收机载波相位差分的gnss欺骗干扰检测方法
阅读说明：本技术 一种基于双接收机载波相位差分的gnss欺骗干扰检测方法 (GNSS deception jamming detection method based on dual-receiver carrier phase difference ) 是由 尹继东 胡彦胜 陈自然 张启 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于双接收机载波相位差分的GNSS欺骗干扰检测方法,包括：假设观测历元k时接收机A捕获的信号为真实信号；对接收机A相邻历元间载波相位观测值差分,建立载波时间单差方程,运用最小二乘法求得接收机A观测历元k时的位置；其次,通过接收机A与接收机B测站间、不同卫星间、相邻观测历元间载波相位观测值差分,建立载波相位三差模型；基于接收机A的位置计算出接收机B的位置；通过接收机A与接收机B之间的距离与真实基线长度对比,判别接收信号的真伪。本发明运用假设检验思想,通过两个接收机实现目标导航欺骗干扰信号的有效检测,检测效率高,操作方便,且接收机不需要增加额外的硬件设备,节约了接收机设计成本。(The invention discloses a GNSS deception jamming detection method based on double-receiver carrier phase difference, which comprises the following steps: assuming that a signal captured by the receiver A is a real signal when observing an epoch k; establishing a carrier time single difference equation for the difference of the observed values of the carrier phases between adjacent epochs of the receiver A, and solving the position of the receiver A when observing an epoch k by using a least square method; secondly, establishing a carrier phase three-difference model through carrier phase observed value difference between a receiver A and a receiver B measuring station, between different satellites and between adjacent observation epochs; calculating the position of the receiver B based on the position of the receiver A; and judging the authenticity of the received signal by comparing the distance between the receiver A and the receiver B with the length of the real base line. The invention uses hypothesis testing thought, realizes effective detection of the target navigation deception jamming signal through two receivers, has high detection efficiency and convenient operation, does not need to add extra hardware equipment to the receivers, and saves the design cost of the receivers.)
技术领域
本发明属于卫星导航抗干扰技术领域，具体涉及一种基于双接收机(双天线)载波相位差分的GNSS欺骗干扰检测方法。
背景技术
随着信息技术的发展，全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)已广泛应用于金融、民航、城市交通、武器精确制导等重要领域。然而，GNSS信号到达地面时极其微弱，地面接收设备易受干扰，其中欺骗性干扰因其隐蔽性强、危害性大而备受关注。在欺骗干扰条件下，如何保障目标接收机仍然能够拥有可靠、正确的定位信息至关重要，有效的欺骗干扰探测技术是实现GNSS抗欺骗干扰的前提，也是保障GNSS信息安全的有效措施。
通常，利用天线技术实现欺骗干扰探测的方法，需要运用多个天线阵，并且假定欺骗干扰信号来自同一个方向，或者需要额外增加惯性测量单元来获取多天线姿态信息。当欺骗干扰信号来自不同方向时，则无法进行有效检测，即检测具有局限性，且接收机体积较大、检测成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于双接收机载波相位差分的GNSS欺骗干扰检测方法，基于假设检验的思想，在降低接收机检测成本，提高检测效率的条件下运用双接收机实现GNSS欺骗干扰检测，实现了欺骗干扰信号的快速检测、识别。提升目标接收机抗欺骗性干扰的检测能力。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于双接收机载波相位差分的GNSS欺骗干扰检测方法，包括：
步骤1：基于接收机A与接收机B，设置初始检测条件：假设观测历元k时接收机A捕获的信号为真实信号；
步骤2：通过接收机A与接收机B载波相位观测值，建立载波相位观测方程；
步骤3：对接收机A相邻历元间载波相位观测值差分，建立载波时间单差方程，运用最小二乘法获得接收机A的位置；
步骤4：通过接收机A与接收机B载波相位观测方程，站间、星间、相邻历元间差分建立载波相位三差模型；
步骤5：基于接收机A的位置，采用载波相位三差模型计算接收机B的位置；
步骤6：通过接收机A与接收机B之间的距离与真实基线长度对比，判别接收信号的真伪。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的步骤3所述对接收机A相邻历元间载波相位观测值差分，建立载波时间单差方程，运用最小二乘法获得接收机A的位置，具体为：
接收机A对同一卫星信号的载波相位观测值在观测历元k-1与观测历元k时进行差分，得到载波时间单差方程，并基于历元k-1的位置信息，运用最小二乘法求得历元k时接收机A的位置。
上述的步骤3中，根据步骤1假设，历元k时接收机A捕获的信号为真实信号，运用历元k-1的位置信息，在可观测的卫星数为n(n≥4)时，计算历元k时接收机A的位置，具体包括：
步骤301：建立四元非线性载波时间单差方程；
步骤302：由于历元k-1时接收机A的位置已知，以历元k-1时的接收机A位置结果为基础泰勒近似展开，将载波时间单差方程线性化；
步骤302：运用最小二乘法求解线性化后的方载波时间单差方程，获得接收机A历元k时的定位结果，即历元k时接收机A的位置。
上述的步骤301所述四元非线性载波时间单差方程通过如下方式建立：
设接收机A在观测历元k-1与观测历元k时对第i颗卫星的载波相位观测值分别为：
其中，为观测历元m时接收机A的载波相位观测值，为观测历元m时卫星i到接收机A的几何距离，δtA,u,m为观测历元m时接收机A的钟差，观测历元m时卫星i的钟差；c为光速，λ为载波波长，为观测历元m时接收机A对应的电离层延迟误差，为观测历元m时接收机A对应的对流层延迟误差，为观测历元m时接收机A是载波相位测量噪声，m＝k,k-1。
运用电离层延迟校正模型、对流层延迟校正模型、卫星钟差来校正载波相位观测值；
根据公式(1)和(2)，得到接收机A对第i颗卫星信号在观测历元k与k-1时的载波时间单差方程为：
其中，ΔδtA,u,k＝δtA,u,k-δtA,u,k-1，
上述的步骤4所述通过接收机A与接收机B载波相位观测方程，测站间、不同卫星间、相邻历元间差分建立载波相位三差模型，具体为：
在同一时刻，接收机A与接收机B分别对同一卫星信号所对应的载波相位观测值进行差分，得到单差观测方程，并对单差观测方程再进行一次差分，得到双差观测方程，进一步，对双差观测方程在历元k与历元k-1时进行差分，建立载波相位三差模型。
上述的步骤4所述载波相位三差模型的建立方法如下：
建立接收机B对第i颗卫星信号在观测历元k-1与观测历元k时的载波相位观测方程；
运用电离层延迟模型、对流层延迟模型、卫星钟差来校正载波相位观测值；
通过接收机A和接收机B分别对第i颗卫星信号在历元k时的载波相位观测值进行差分，得到载波站间单差观测方程为：
其中，ΔδtAB,u,k＝δtA,u,k-δtB,u,k，
其次,通过接收机A和接收机B分别对第j颗卫星信号历元k时的载波相位观测值进行差分，得到载波站间单差观测方程为：
其中，ΔδtAB,u,k＝δtA,u,k-δtB,u,k，
通过(4)和(5)式，对单差观测方程再进行不同卫星间星间差分，得到载波相位双差观测方程为：
其中，
再对(6)式载波相位双差观测方程在历元k-1与历元k时进行差分，建立载波相位三差模型如下：
其中，
上述的步骤5所述基于接收机A的位置，采用载波相位三差模型计算接收机B的位置，具体为：
通过历元k时接收机A的位置，采用载波相位三差模型迭代求得接收机B历元k时的位置。
上述的步骤5中，基于接收机A历元k时的位置，在可观测卫星数为n(n≥3)时，计算历元k时接收机B的位置，具体包括：
步骤501：以接收机A历元k时的位置为基础，结合第i颗卫星和第j颗卫星的位置，将载波相位三差模型的方程组泰勒近似展开，将方程组线性化。
步骤502：迭代求解线性化载波相位三差模型的方程组，获得接收机B历元k时的位置。
上述的步骤6中，判断接收机A与接收机B之间的距离是否等于基线长度AB，若是，则接收机捕获信号为真实信号，否则接收机捕获信号为欺骗信号。
本发明具有以下有益效果：
本发明运用假设检验思想，通过两个接收机实现目标导航欺骗干扰信号的有效检测,相比较目前基于天线阵的检测技术，检测效率高，操作方便，且接收机不需要增加额外的硬件设备，节约了接收机设计成本。
附图说明
图1为本发明中方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
参见图1，本发明的一种基于双接收机载波相位差分的GNSS欺骗干扰检测方法，包括：
步骤1：基于接收机A与接收机B，设置初始检测条件：假设观测历元k时接收机A捕获的信号为真实信号；
步骤2：通过接收机A与接收机B载波相位观测值，建立载波相位观测方程；
步骤3：对接收机A相邻历元间载波相位观测值差分，建立载波时间单差方程，运用最小二乘法获得接收机A的位置；
步骤4：通过接收机A与接收机B载波相位观测方程，站间、星间、相邻历元间差分建立载波相位三差模型；
步骤5：基于接收机A的位置，采用载波相位三差模型计算接收机B的位置；
步骤6：通过接收机A与接收机B之间的距离与真实基线长度对比，判别接收信号的真伪。
实施例中，步骤3所述对接收机A相邻历元间载波相位观测值差分，建立载波时间单差方程，运用最小二乘法获得接收机A的位置，具体为：
接收机A对同一卫星信号的载波相位观测值在观测历元k-1与观测历元k时进行差分，得到载波时间单差方程，并基于历元k-1的位置信息，运用最小二乘法求得历元k时接收机A的位置。
步骤3中，根据步骤1假设，历元k时接收机A捕获的信号为真实信号，运用历元k-1的位置信息，在可观测的卫星数为n(n≥4)时，计算历元k时接收机A的位置，具体包括：
步骤301：通过方程(3)式建立四元非线性载波时间单差方程；
步骤302：由于历元k-1时接收机A的位置已知，以历元k-1时的接收机A位置结果为基础泰勒近似展开，将载波时间单差方程线性化；
步骤302：运用最小二乘法求解线性化后的方载波时间单差方程，获得接收机A历元k时的定位结果，即历元k时接收机A的位置。
步骤301所述四元非线性载波时间单差方程通过如下方式建立：
设接收机A在观测历元k-1与观测历元k时对第i颗卫星的载波相位观测值分别为：
其中，为观测历元m时接收机A的载波相位观测值，为观测历元m时卫星i到接收机A的几何距离，δtA,u,m为观测历元m时接收机A的钟差，为观测历元m时卫星i的钟差；c为光速，λ为载波波长，为观测历元m时接收机A对应的电离层延迟误差，为观测历元m时接收机A对应的对流层延迟误差，为观测历元m时接收机A是载波相位测量噪声，m＝k,k-1。
运用电离层延迟校正模型、对流层延迟校正模型、卫星钟差来校正载波相位观测值；
根据公式(1)和(2)，得到接收机A对第i颗卫星信号在观测历元k与k-1时的载波时间单差方程为：
其中，ΔδtA,u,k＝δtA,u,k-δtA,u,k-1，
实施例中，步骤4所述通过接收机A与接收机B载波相位观测方程，站间、星间、相邻历元间差分建立载波相位三差模型，具体为：
在同一时刻，接收机A与接收机B分别对同一卫星信号所对应的载波相位观测值进行差分，得到单差观测方程，并对单差观测方程再进行一次差分，得到双差观测方程，进一步，对双差观测方程在历元k与历元k-1时进行差分，建立载波相位三差模型。
所述载波相位三差模型建立方法如下：
同理与方程(1)式，建立接收机B对第i颗卫星信号在观测历元k-1与观测历元k时的载波相位观测方程；
运用电离层延迟模型、对流层延迟模型、卫星钟差来校正载波相位观测值；
通过接收机A和接收机B分别对第i颗卫星信号在历元k时的载波相位观测值进行差分，得到载波站间单差观测方程为：
其中，ΔδtAB,u,k＝δtA,u,k-δtB,u,k，
其次,通过接收机A和接收机B分别对第j颗卫星信号历元k时的载波相位观测值进行差分，得到载波站间单差观测方程为：
其中，ΔδtAB,u,k＝δtA,u,k-δtB,u,k，
通过(4)和(5)式，对单差观测方程再进行不同卫星间星间差分，得到载波相位双差观测方程为：
其中，
再对(6)式载波相位双差观测方程在历元k-1与历元k时进行差分，建立载波相位三差模型如下：
其中，
实施例中，步骤5所述基于接收机A的位置，采用载波相位三差模型计算接收机B的位置，具体为：
通过历元k时接收机A的位置，采用载波相位三差模型迭代求得接收机B历元k时的位置。
步骤5中，基于接收机A历元k时的位置，在可观测卫星数为n(n≥3)时，计算历元k时接收机B的位置，具体包括：
步骤501：以接收机A历元k时的位置为基础，结合第i颗卫星和第j颗卫星的位置(卫星星历数据获得)，将载波相位三差模型(式(7))的方程组泰勒近似展开，将方程组线性化。
步骤502：迭代求解线性化载波相位三差模型的方程组，获得接收机B历元k时的位置。
实施例中，欺骗干扰信号的存在必将导致载波相位测量值与真实值不同。
信号由真实信号向欺骗干扰信号切换的过程中，受信号不稳定、重新捕获的影响，接收机的钟差会发生跳变，使得载波相位单差定位方法的定位结果误差在短时间内增大。对比载波相位单差最小二乘法定位方法，三差模型消除了接收机钟差的影响。故此，在历元k信号为真的假设下，通过上述两种方法计算得到历元k时的定位值，存在两种情况：
(1)若两种方法获得的定位结果之间的距离与实际基线长度近似相等，则说明历元k-1与历元k时接收机捕获的信号为真；
(2)若两种方法获得的定位结果之间的距离与实际基线长度不相等，且基本为零，则说明历元k-1与历元k时接收机捕获信号为欺骗干扰信号。
即所述步骤6中，判断接收机A与接收机B之间的距离是否等于基线长度AB，若是，则接收机捕获信号为真实信号，否则接收机捕获信号为欺骗信号。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
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