本發(fā)明涉及車載傳感器環(huán)境感知安全技術(shù)領(lǐng)域，適用于載有GPS定位系統(tǒng)的車輛，具體涉及一種車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，車載導(dǎo)航系統(tǒng)在越來越多的車輛上得到廣泛應(yīng)用，無論是車輛駕駛輔助系統(tǒng)還是完全智能的無人駕駛汽車，車載導(dǎo)航已越來越不可或缺。其中車載導(dǎo)航系統(tǒng)依賴程度最大的是車輛定位。與此同時(shí)，定位系統(tǒng)的抗干擾已成為業(yè)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。抗干擾的主要目標(biāo)是準(zhǔn)確地感知干擾信號(hào)的存在，并采取相應(yīng)策略來消除干擾的影響。

現(xiàn)階段的定位抗干擾研究主要針對(duì)軍事應(yīng)用，車輛的定位抗干擾研究相對(duì)較少，但隨著車輛智能化程度的逐漸提高，車輛的定位信息安全問題不可忽視，依賴于車輛定位的導(dǎo)航系統(tǒng)在受到外界定位信號(hào)干擾或受到人為的惡意定位信息攻擊時(shí)，若沒有車載定位抗干擾系統(tǒng)，車輛定位系統(tǒng)極易崩潰甚至引發(fā)交通事故，由此可見車輛的定位信息安全問題不可小視。

定位抗干擾研究的主要目標(biāo)是準(zhǔn)確地檢測(cè)到干擾信號(hào)的存在，并采取相應(yīng)措施來消除干擾的影響?，F(xiàn)階段的抗干擾技術(shù)有信號(hào)功率檢測(cè)法、來波方向檢測(cè)法、碼片和載波速率一致性檢驗(yàn)等，但上述方法只能針對(duì)特定的干擾進(jìn)行檢測(cè)，且均用于軍事方面的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于信息安全的車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法及系統(tǒng)，該方法可以對(duì)車載定位中的干擾攻擊進(jìn)行檢測(cè)，包括有壓制式干擾檢測(cè)、欺騙式干擾檢測(cè)，可解決車輛智能化發(fā)展過程中車輛定位信息安全問題。

本發(fā)明的一種基于信息安全的車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法可對(duì)車輛定位系統(tǒng)中的壓制式干擾以及欺騙式干擾進(jìn)行檢測(cè)，其中欺騙式干擾是指應(yīng)用干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射出與衛(wèi)星信號(hào)相同或者相近的信號(hào)，但信號(hào)強(qiáng)度比原有衛(wèi)星信號(hào)更強(qiáng)一些，從而導(dǎo)致車載定位系統(tǒng)接收到來自干擾發(fā)射機(jī)的信號(hào)，以致使車輛定位系統(tǒng)無法工作或錯(cuò)誤定位。而壓制式干擾是指干擾發(fā)射機(jī)發(fā)射出一定電平的干擾信號(hào)從而將車載定位系統(tǒng)接收機(jī)的前端信號(hào)壓制住，從而導(dǎo)致車載定位系統(tǒng)無法工作。

一種車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：對(duì)車載定位系統(tǒng)接收到的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，所述信號(hào)包括衛(wèi)星信號(hào)、環(huán)境噪聲及干擾器發(fā)出的干擾信號(hào)；

步驟二：計(jì)算接受信號(hào)經(jīng)頻譜分析后的各頻率對(duì)應(yīng)的能量；

步驟三：判斷是否存在欺騙式干擾；

步驟四：判斷是否存在壓制式干擾。

所述的步驟一包括應(yīng)用鎖相環(huán)對(duì)接受信號(hào)進(jìn)行載波跟蹤，同時(shí)應(yīng)用鎖相環(huán)鑒相器對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。

步驟二所計(jì)算的能量為符號(hào)速率以內(nèi)的低頻段能量。

所述步驟三的具體步驟為：

1)設(shè)定決策閾值并計(jì)算決策變量

2)判斷，當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為不存在欺騙干擾，當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為存在欺騙干擾；

其中，決策變量的計(jì)算公式如下：

上式中E_i、E_j表示車載定位系統(tǒng)接收器鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)過傅里葉變換得到的各頻率對(duì)應(yīng)的能量，且n表示傅里葉變換運(yùn)算點(diǎn)數(shù)，R_s表示符號(hào)速率，表示在符號(hào)速率R_s下對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)。

所述步驟四的具體步驟為：

1)分別計(jì)算決策閾值β₀和決策變量β；

2)判斷，當(dāng)β<β₀時(shí)，可認(rèn)為沒有壓制式干擾存在，當(dāng)β≥β₀時(shí)，可認(rèn)為存在壓制式干擾；

其中，決策閾值β₀和決策變量β的計(jì)算公式如下：

β＝∑E_k，

上式中v為當(dāng)前車速，v₀為設(shè)置車速，β_min與β_max通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定得到，E_k表示車載定位系統(tǒng)接收器鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)過傅里葉變換得到的各頻率對(duì)應(yīng)的能量，且

車輛定位系統(tǒng)采用三球定位原理，通過測(cè)量時(shí)差，計(jì)算出車輛與衛(wèi)星之間的偽距離d從而得知車輛的位置。

本發(fā)明還涉及一種采用上述檢測(cè)方法的檢測(cè)系統(tǒng)。

通過上述方法即可進(jìn)行車載定位中的干擾攻擊檢測(cè)，包括壓制式干擾檢測(cè)、欺騙式干擾檢測(cè)，可解決車輛智能化發(fā)展過程中車輛定位信息安全問題。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明一種車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法，提出了車輛智能化信息安全相關(guān)概念，具體針對(duì)智能車輛的定位提出了一種干擾檢測(cè)方法，既可對(duì)壓制式干擾進(jìn)行檢測(cè)也可對(duì)欺騙式干擾進(jìn)行檢測(cè)，而傳統(tǒng)的衛(wèi)星干擾檢測(cè)只能檢測(cè)壓制式干擾或只能檢測(cè)欺騙式干擾，本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)檢測(cè)算法，檢測(cè)范圍更廣。

(2)本發(fā)明一種車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法，從衛(wèi)星定位原理以及衛(wèi)星接收信號(hào)組成角度進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，使車載定位原理更加清晰明了。

(3)本發(fā)明一種車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法，從車載接收器輸出信號(hào)頻域的角度進(jìn)行車載信息安全分析，相比與傳統(tǒng)算法，檢測(cè)角度更為新穎。

(4)本發(fā)明一種車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法，應(yīng)用檢測(cè)到的信號(hào)低頻段能量所占的比重不變的角度進(jìn)行車載定位欺騙干擾分析，相比與傳統(tǒng)方法，欺騙干擾檢測(cè)更為精準(zhǔn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法車輛受干擾攻擊示意圖。

圖2為本發(fā)明一種車載定位干擾攻擊檢測(cè)方法發(fā)明流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示為本發(fā)明車輛受干擾攻擊示意圖。系統(tǒng)中包括有衛(wèi)星1，信號(hào)干擾器2，需要定位的車輛3，此外還包括有環(huán)境噪聲4。當(dāng)需要定位的車輛沒有受到干擾攻擊時(shí)，車輛定位系統(tǒng)只接收到衛(wèi)星1發(fā)射的信號(hào)和微弱的環(huán)境噪聲信號(hào)4，通過現(xiàn)有的技術(shù)手段可以濾除環(huán)境噪聲的干擾。

車輛定位系統(tǒng)采用三球定位原理，通過測(cè)量時(shí)差，計(jì)算出車輛與衛(wèi)星之間的偽距離d從而得知車輛的位置。其中d＝c×f，c為光的傳播速度，f為衛(wèi)星信號(hào)的傳播延時(shí)，與此同時(shí)，考慮到衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)差與車載定位系統(tǒng)存在的鐘差，實(shí)際計(jì)算的過程中還需要考慮第四顆衛(wèi)星：

上式中，(x₁、y₁、z₁)為待測(cè)定車輛坐標(biāo)，(x_A、y_A、z_A)(x_B、y_B、z_B)(x_C、y_C、z_C)(x_D、y_D、z_D)為測(cè)量時(shí)刻四顆衛(wèi)星坐標(biāo)；v₀為接收機(jī)的鐘差，為未知量；v₁v₂v₃v₄為測(cè)量時(shí)刻衛(wèi)星鐘的鐘差；d₁＝c×f1，d₂＝c×f2，d₃＝c×f3，d₄＝c×f4，f1、f2、f3、f4為測(cè)量時(shí)刻四顆衛(wèi)星的測(cè)量延時(shí)。通過上述計(jì)算即可得到車輛的精準(zhǔn)定位信息。

當(dāng)存在有環(huán)境干擾信號(hào)時(shí)，車載定位系統(tǒng)接收機(jī)接收到的信號(hào)除了有衛(wèi)星1的信號(hào)P_A、環(huán)境噪聲4的信號(hào)P_C,還存在有信號(hào)干擾器2的干擾信號(hào)P_B、則需要定位的車輛3定位系統(tǒng)接收到的信號(hào)：

P＝P_A+P_B+P_C

通過分析需要定位的車輛3接收到的定位系統(tǒng)的信號(hào)即可進(jìn)行車輛的定位干擾攻擊檢測(cè)。

車輛定位干擾攻擊檢測(cè)的具體流程如圖2所示，其具體的操作如下：

步驟1：對(duì)車載系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。這里主要應(yīng)用鎖相環(huán)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行載波跟蹤，并應(yīng)用鎖相環(huán)鑒相器對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，這里主要指進(jìn)行傅里葉變換。

步驟2：計(jì)算各頻率對(duì)應(yīng)的能量。由于車載導(dǎo)航信息經(jīng)過調(diào)制后，能量主要集中在符號(hào)速率以內(nèi)的低頻段，故只需計(jì)算符號(hào)速率以內(nèi)的低頻段能量。

步驟3：進(jìn)行欺騙式干擾判斷和壓制式干擾判斷。

首先進(jìn)行欺騙式干擾檢測(cè)判斷，這里定義一個(gè)決策變量其計(jì)算公式如下：

上式中E_i、E_j表示車載定位系統(tǒng)接收器鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)過傅里葉變換得到的各頻率對(duì)應(yīng)的能量，且n表示傅里葉變換運(yùn)算點(diǎn)數(shù)，R_s表示符號(hào)速率，表示在符號(hào)速率R_s下對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)。理想情況下，車載定位系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星信號(hào)能量均勻的分布在整個(gè)頻帶內(nèi)，故應(yīng)有小于某一常數(shù)，此常數(shù)經(jīng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)標(biāo)定記為將車載系統(tǒng)實(shí)際定位信號(hào)經(jīng)過決策變量計(jì)算后，若則認(rèn)為存在欺騙干擾存在，若則認(rèn)為不存在欺騙干擾存在。

然后進(jìn)行壓制式干擾判斷。定義另一決策變量β，其計(jì)算表達(dá)式如下：

β＝∑E_k

上式中E_k表示車載定位系統(tǒng)接收器鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)過傅里葉變換得到的各頻率對(duì)應(yīng)的能量，且由于車輛的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致車輛在衛(wèi)星坐標(biāo)系中坐標(biāo)的變換相對(duì)較小，故車載定位系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星低頻信號(hào)低頻段總能量也呈現(xiàn)出小的梯度變化，故可應(yīng)用決策變量β的變化梯度進(jìn)行是否存在壓制干擾判斷。β的變化范圍為β_min～β_max之間，且與車速呈正比的關(guān)系，可應(yīng)用β與β₀的大小關(guān)系進(jìn)行壓制干擾判斷，β₀的計(jì)算如下：

上式中v為當(dāng)前車速，v₀為設(shè)置車速，為40km/h，β_min與β_max通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定得到，當(dāng)β<β₀時(shí)，可認(rèn)為沒有壓制式干擾存在，當(dāng)β≥β₀時(shí)，可認(rèn)為存在壓制式干擾。

通過上述方法即可進(jìn)行車載定位中的干擾攻擊檢測(cè)，包括壓制式干擾檢測(cè)、欺騙式干擾檢測(cè)，可解決車輛智能化發(fā)展過程中車輛定位信息安全問題。