一種基于ins輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾方法
【專利摘要】一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾方法，本發(fā)明利用INS提供的位置和速度信息，對欺騙式干擾分兩個步驟進(jìn)行剔除：首先，根據(jù)衛(wèi)星仰角剔除不可見星；然后，利用衛(wèi)星星歷信息和INS提供的位置、速度信息，推算出真實(shí)的可見衛(wèi)星和其相對接收機(jī)的偽距和偽距變化率曲線，將其和通道中接收到的衛(wèi)星解算偽距和偽距率進(jìn)行比較，可以有效剔除不符合條件的衛(wèi)星信號。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾需要預(yù)知信號類型并針對不同類型的欺騙式干擾信號采用不同的抗干擾方法，擴(kuò)大了算法的適用性、減小了算法的復(fù)雜性，從而更適用于復(fù)雜的欺騙式干擾環(huán)境。
【專利說明】一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾方法，主要針對衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)在復(fù)雜欺騙式干擾環(huán)境下工作時(shí)不能正常定位或者定位錯誤的問題，解決衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗欺騙式干擾的問題和難點(diǎn)，提高衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的抗干擾性能和應(yīng)用范圍。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾主要有壓制式干擾和欺騙式干擾。欺騙式干擾是針對衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)工作特性以及其存在的薄弱環(huán)節(jié)，給出虛假導(dǎo)航信息或者增加信號傳播時(shí)延，以較隱蔽的方式對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行干擾。欺騙式干擾有多重變化形式，目前主要有轉(zhuǎn)發(fā)式干擾和生成時(shí)干擾。目前，生成欺騙式干擾信號的方法有很多種，其中很多都易于實(shí)現(xiàn)，給衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的正常工作造成了一定的威脅。
[0003]很多學(xué)者根據(jù)不同的欺騙式干擾信號和不同的應(yīng)用環(huán)境，給出了相應(yīng)的抗欺騙式干擾方法。
[0004]轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是將衛(wèi)星導(dǎo)航信號重新廣播出去，制造出一個虛假的衛(wèi)星信號，使接收機(jī)出現(xiàn)錯誤解碼。由于轉(zhuǎn)發(fā)信號是由正常信號轉(zhuǎn)發(fā)而來，轉(zhuǎn)發(fā)信號走過的路徑長，因此其偽距大，碼相位相對正常信號要相對滯后。當(dāng)干擾信號為轉(zhuǎn)發(fā)式干擾時(shí)，接收機(jī)捕獲到的正常衛(wèi)星信息和干擾衛(wèi)星信息的多普勒是一致的，傳統(tǒng)的抗轉(zhuǎn)發(fā)式干擾方法利用兩個通道對兩組衛(wèi)星信息同時(shí)進(jìn)行捕獲和跟蹤，然后進(jìn)行碼相位判斷，將碼相位滯后的那個通道的導(dǎo)航信息作為干擾信號剔除掉。該方法針對轉(zhuǎn)發(fā)式干擾效果顯著，但需要占用通道處理的計(jì)算資源較大。
[0005]產(chǎn)生式干擾是由干擾機(jī)產(chǎn)生并發(fā)射出與真實(shí)衛(wèi)星信號相同的無線信號來欺騙接收機(jī)，使其出現(xiàn)錯誤解碼。生成式干擾的情況比較復(fù)雜，一般正常信號和生成式干擾信號的時(shí)間系統(tǒng)不一致，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，生成式干擾常見為以下兩種情況:①生成不可見星信號。這種情況可根據(jù)接收機(jī)存儲的歷書，排除虛假的可見星。②生成偽可見衛(wèi)星信號。如果只有I顆偽可見衛(wèi)星，可通過RA頂算法進(jìn)行剔除。若生成偽衛(wèi)星大于I顆，該方法則難以對其進(jìn)行剔除。
[0006]在實(shí)際應(yīng)用中，欺騙式干擾環(huán)境復(fù)雜，干擾類型并不單一，并且很難提前知道干擾信號的特點(diǎn)，所以傳統(tǒng)的單一的辦法難以將欺騙式干擾信號完全剔除。所以需要設(shè)計(jì)一種在干擾信號性能未知的情況下的抗欺騙式干擾方法，使得接收機(jī)能夠有效排除各類欺騙式干擾信息，從而正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:提出一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾的方法，克服了傳統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾需要預(yù)知信號類型并針對不同類型的欺騙式干擾信號采用不同的抗干擾方法，擴(kuò)大了算法的適用性、減小了算法的復(fù)雜性，從而更適用于復(fù)雜的欺騙式干擾環(huán)境。[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾的方法，根據(jù)衛(wèi)星仰角剔除不可見星，剔除不可見星后，再根據(jù)INS提供的位置、速度信息和星歷信息計(jì)算出的偽距和偽距變化率曲線，與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的偽距、偽距率測量值進(jìn)行對比，剔除不符合正常運(yùn)動軌跡的干擾衛(wèi)星信號。
[0009]剔除不可見星是利用存儲的歷書提供衛(wèi)星的位置和INS所提供的位置計(jì)算出每顆衛(wèi)星的仰角的余弦值，將余弦值小于零的衛(wèi)星信號剔除。
[0010]剔除不符合運(yùn)動軌跡衛(wèi)星的步驟包括:a、根據(jù)INS提供的位置、速度信息和星歷信息計(jì)算出衛(wèi)星號為i的偽距和偽距變化率曲線的時(shí)間序列；b、找出衛(wèi)星號均為i的一對通道，利用接收機(jī)測得的偽距、偽距率組成兩組時(shí)間序列；c、將步驟a、b中的時(shí)間序列中的序列野值剔除；d、利用可調(diào)節(jié)因子λ的經(jīng)驗(yàn)值1.7-2.5，將野值剔除處理后的時(shí)間序列中解算值和真實(shí)值差異大的序列剔除，來剔除偽距不合理的信號；e、將根據(jù)INS提供的位置、速度信息和星歷信息計(jì)算出的距變化率曲線，與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的偽距率測量值進(jìn)行對比，將偽距變化率不一致的偽可見衛(wèi)星信號剔除；f、重復(fù)以上步驟，依次處理通道內(nèi)其它衛(wèi)星信號，至所有衛(wèi)星信號處理完。
[0011]剔除不符合運(yùn)動軌跡衛(wèi)星的步驟中，對偽距、偽距率序列采用了窗口滑動標(biāo)準(zhǔn)方差判斷法剔除序列野值，另外，根據(jù)不同的信號強(qiáng)度，利用可調(diào)節(jié)因子λ進(jìn)行門限比例調(diào)
難
iF.ο
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013](I)本發(fā)明采用INS輔助衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗欺騙式抗擾方法，既提高了衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的抗欺騙式干擾性能，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
[0014](2)本發(fā)明在進(jìn)行衛(wèi)星信號判斷時(shí)先使用可見星仰角判斷法剔除不可見星，不但可以有效剔除一部分虛假的衛(wèi)星信號，而且避免了后續(xù)通道信息計(jì)算判斷，減少了整個算法的計(jì)算量。
[0015](3)本發(fā)明首次提出根據(jù)INS提供的信息和星歷信息計(jì)算出的偽距和偽距變化率曲線和衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的偽距、偽距率測量值進(jìn)行對比，從而剔除不符合正常運(yùn)動軌跡的干擾衛(wèi)星信號，既可以有效剔除轉(zhuǎn)發(fā)式干擾又可以有效剔除生成式干擾，并且不需要預(yù)知欺騙式干擾信號的類型，提高了衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗欺騙式干擾功能性能和應(yīng)用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為INS輔助下的抗欺騙式干擾流程；
[0017]圖2為可見星區(qū)域示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明的技術(shù)解決的問題是:解決在復(fù)雜欺騙式干擾環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗欺騙式干擾的問題和難點(diǎn)，提高衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的抗干擾性能和應(yīng)用范圍。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:設(shè)計(jì)一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾方法。該方法利用INS提供的位置和速度信息，對欺騙式干擾進(jìn)行分兩個步驟進(jìn)行剔除:首先，根據(jù)衛(wèi)星仰角剔除不可見星；然后，利用衛(wèi)星星歷信息和INS提供的位置速度信息，推算出真實(shí)的可見衛(wèi)星和其相對接收機(jī)的偽距和偽距變化率曲線，將其和通道中接收到的衛(wèi)星解算偽距和偽距率進(jìn)行比較，可以有效剔除不符合條件的衛(wèi)星信號。進(jìn)一步優(yōu)選的方式包括:(I)、總體方案；(2)剔除不可見星；(3)剔除不符合運(yùn)動軌跡的衛(wèi)星信號。
[0020](I)總體方案
[0021]本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于INS輔助的抗欺騙式干擾方法如圖1所示。該方法利用INS提供的位置和速度信息，對欺騙式干擾進(jìn)行分兩個步驟進(jìn)行剔除。首先，根據(jù)衛(wèi)星仰角剔除不可見星。由于星歷信息在一定時(shí)間內(nèi)不會進(jìn)行更新變化，所以可以利用存儲的歷書提供衛(wèi)星的位置和INS所提供的位置計(jì)算出每顆衛(wèi)星的仰角的余弦值，判斷當(dāng)前衛(wèi)星是否均在水平面以上，若不在，則認(rèn)為不是實(shí)際的可見星，不予捕獲，這樣可以剔除一部分欺騙式干擾信號。其次，剔除不符合正常運(yùn)動軌跡的衛(wèi)星。由于在用戶運(yùn)動軌跡一定時(shí)，用戶和正常衛(wèi)星的相對速度是一定的，所以接收機(jī)的偽距變化率曲線也是一定的。所以可以根據(jù)INS提供的信息和星歷信息計(jì)算出的偽距和偽距變化率曲線，與接收機(jī)實(shí)際測量的偽距和偽距率進(jìn)行對比，若一致則為正常信號，若不一致則該通道內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航信息為欺騙式干擾信號，予以剔除。
[0022](2)剔除不可見星
[0023]假設(shè)接收機(jī)天線垂直所在位置的地球切平面上，且只能接受地球半球面空間的衛(wèi)星信號。如圖2所示，當(dāng)衛(wèi)星Sp接收機(jī)A、地心O三點(diǎn)連線夾角^大于等于90度，認(rèn)為該衛(wèi)星可見，即當(dāng)cos a J<0時(shí),衛(wèi)星可見。
[0024]接收機(jī)A的位置(X，y, z)由INS提供。衛(wèi)星Si的位置(? ,Vs_,^ 可由星歷解算
得到，解算時(shí)需要提供用戶當(dāng)前的絕對時(shí)間t，而INS只能提供相對時(shí)間，所以該方法需要已知某時(shí)刻INS和接收機(jī)時(shí)間對準(zhǔn)時(shí)用戶的絕對時(shí)間h，所以
[0025]t_to+ (tINS_tINS0) (I)
[0026]其中，tINS0為INS與接收機(jī)時(shí)間對準(zhǔn)時(shí)INS輸出的時(shí)間，tINS為當(dāng)前INS輸出的時(shí)間。
[0027]在ECEF坐標(biāo)系下，根據(jù)余弦定理，有............(04)2+(/i‘S,.)2—(OS；.)2 ,1、
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾的方法，根據(jù)衛(wèi)星仰角剔除不可見星，其特征在于:剔除不可見星后，再根據(jù)INS提供的位置、速度信息和星歷信息計(jì)算出的偽距和偽距變化率曲線，與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的偽距、偽距率測量值進(jìn)行對比，剔除不符合正常運(yùn)動軌跡的干擾衛(wèi)星信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾的方法，其特征在于剔除不可見星是利用存儲的歷書提供衛(wèi)星的位置和INS所提供的位置計(jì)算出每顆衛(wèi)星的仰角的余弦值，將余弦值小于零的衛(wèi)星信號剔除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾的方法，其特征在于剔除不符合運(yùn)動軌跡衛(wèi)星的步驟包括:a、根據(jù)INS提供的位置、速度信息和星歷信息計(jì)算出衛(wèi)星號為i的偽距和偽距變化率曲線的時(shí)間序列；b、找出衛(wèi)星號均為i的一對通道，利用接收機(jī)測得的偽距、偽距率組成兩組時(shí)間序列；c、將步驟a、b中的時(shí)間序列中的序列野值剔除；d、利用可調(diào)節(jié)因子λ的經(jīng)驗(yàn)值1.7-2.5，將野值剔除處理后的時(shí)間序列中解算值和真實(shí)值差異大的序列剔除，來剔除偽距不合理的信號；e、將根據(jù)INS提供的位置、速度信息和星歷信息計(jì)算出的距變化率曲線，與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的偽距率測量值進(jìn)行對比，將偽距變化率不一致的偽可見衛(wèi)星信號剔除；f、重復(fù)以上步驟，依次處理通道內(nèi)其它衛(wèi)星信號，至所有衛(wèi)星信號處理完。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾的方法，其特征在于:剔除不符合運(yùn)動軌跡衛(wèi)星的步驟中，對偽距、偽距率序列采用了窗口滑動標(biāo)準(zhǔn)方差判斷法剔除序列野值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于INS輔助的衛(wèi)星導(dǎo)航抗欺騙式干擾的方法，其特征在于:剔除不符合運(yùn)動軌跡衛(wèi)星的步驟中，根據(jù)不同的信號強(qiáng)度，利用可調(diào)節(jié)因子入進(jìn)行門限比例調(diào)整。
【文檔編號】G01S19/21GK103713297SQ201310631277
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】車歡, 張春水, 褚鵬飛, 魏嬋娟, 吳志勇 申請人:航天恒星科技有限公司