本发明涉及全球卫星导航系统(global navigation satellite system, gnss)领域,特别是涉及一种gnss生成式同步欺骗信号检测方法。
背景技术:
1、由于大量用户需要依赖单个接收机实现欺骗信号的检测和识别,传统方法采用传统的信号质量监测(signal quality monitor, sqm)技术,根据跟踪通道内i路相关器的输出构建多种检测量,对跟踪通道的信号互相关函数(cross correlation function, ccf)的形变异常,主要指ccf的对称性异常、假峰异常和平顶异常,如图2所示。现有基于sqm的欺骗信号检测技术的处理流程是:提取标称情况下的i路超前(early)、滞后(late),即时(promote)相关器输出,分别即为ie,ip,il。构造用于欺骗检测的检验统计量,常见的检验统计量有delta检测量,ratio检测量,迟-早相位检测量。对检验统计量建模为高斯分布。根据预设的误警率(probability of false alarm, pfa),确定欺骗检测门限的上界和下界,其中erfc(·)为高斯误差函数。构建二元假设检验:当sqm检测量的计算结果属于范围内,则无欺骗发生,不存在欺骗信号,记为h0;当sqm检测量的计算结果大于或小于时,则认为欺骗信号存在,欺骗攻击发生,记为h1。然而,由于sqm技术本身用于检测信号质量,当传统sqm方法检测更为复杂的欺骗信号,特别是隐秘性强的同步生成式欺骗信号时,其效率和准确率均受到较大影响,目前常常采用增加硬件资源的方式弥补检测性能的不足,如缩小相关器间隔和增加相关器数量,但这进一步增加了接收机的计算负担和功耗,造成了延迟。因此,仍需进一步分析信号欺骗攻击的数学模型和机理,以满足低延迟、高准确率、高鲁棒性的欺骗信号检测需求。
2、需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷,提供一种gnss生成式同步欺骗信号检测方法。
2、为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
3、一种gnss生成式同步欺骗信号检测方法,包括以下步骤:
4、步骤a:收集gnss接收机跟踪环路中的i路相关器和q路相关器的输出;
5、步骤b:根据i路相关器的输出构建线性组合,得到用于生成复信号检验量的实数部分;
6、步骤c:根据q路相关器的输出,得到用于生成所述复信号检验量的虚数部分;
7、步骤d:将所述实数部分和所述虚数部分组合起来得到所述复信号检验量;
8、步骤e:根据所述复信号检验量进行计算,使用二元假设检验方法将计算结果与预先确定的欺骗信号检测门限进行比较;其中,所述欺骗信号检测门限是利用预先收集的复信号检验量样本进行统计分析,对样本分布特性进行建模,根据高斯分布确定的检测门限,从而构建二元假设检验;
9、步骤f:根据二元假设检验的比较结果判断是否存在欺骗信号。
10、进一步地,步骤b中,根据i路的超前相关器输出、i路的滞后相关器输出和i路的即时相关器输出构建线性组合。
11、进一步地,所述实数部分和所述虚数部分为独立同分布的随机变量。
12、进一步地,步骤e中,所述二元假设检验门限包括下界 t l和上界 t u,步骤f中,当所述复信号检验量的计算结果落入下界和上界之外时,判断存在欺骗信号。
13、进一步地,步骤e中,计算所述复信号检验量的模,所述计算结果包括所述复信号检验量的模的分布特性信息。
14、进一步地,在进行所述统计分析前,对所述复信号检验量样本进行平滑处理,得到符合高斯分布的检验统计量。
15、进一步地,所述平滑处理包括对所述复信号检验量样本进行滑动平均操作。
16、进一步地,在进行所述统计分析时,对于不同的场景类型确定不同的检测门限;步骤e中,根据当前的场景类型选择相应的检测门限进行比较。
17、一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序由处理器执行时,实现所述的检测方法。
18、一种计算机程序产品,所述计算机程序产品由处理器运行时,实现所述的检测方法。
19、本发明具有如下有益效果:
20、本发明通过利用i/q两路相关器输出,构造了一种兼顾q路信号能量异常和i路ccf质量异常的复信号检验量,基于假设检验方法,实现了同步欺骗信号的高效准确检测。本发明的方法采用i路相关器和q路相关器,不增加硬件资源消耗和计算负担,其中i路相关器输出的线性组合作为复信号检验量实数部分,而q路相关器输出 q p作为复信号检验量的虚数部分,利用二者构成复信号检验量,在检测前,根据这种复信号检验量的统计分布,预先确定二元假设检验的检测门限,在检测时,通过二元假设检验对欺骗信号的存在性进行检测。本发明在现有技术的框架下,直接改进了现有技术路线最源头的检验量构建环节,有效改进了传统方法在检验准确性和效率上的不足。本发明的方案无需硬件改动,欺骗信号检测流程具有低复杂度,显著提高了欺骗检测的鲁棒性和准确性,能够较好地融入现有设备中。
21、本发明的方法对i路信号质量异常和q路载波能量泄露异常进行联合检测,能够充分利用欺骗信号引起的q路载波能量泄露异常信息,从而能够兼顾i/q两路,对欺骗攻击的响应实现高效、及时、准确的gnss欺骗信号检测和识别,很好地解决了gnss信号易受干扰和欺骗攻击的问题。在利用现有gnss跟踪通道的相关器配置的基础上,在信号跟踪阶段实时快速地识别欺骗信号,减少欺骗信号对后续定位解算的影响,根据跟踪通道内正交的i路和q路相关器输出设计新的欺骗检测量,该检测量为复信号形式,实现了在不增加硬件资源消耗的基础上,同时完成对i路信号质量异常和q路载波能量泄露异常的联合检测。
22、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
1.一种gnss生成式同步欺骗信号检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于,步骤b中,根据i路的超前相关器输出、i路的滞后相关器输出和i路的即时相关器输出构建线性组合。
3.根据权利要求1所述的检测方法,其特征在于,所述实数部分和所述虚数部分为独立同分布的随机变量。
4.根据权利要求1至3任一项所述的检测方法,其特征在于,步骤e中,所述二元假设检验门限包括下界tl和上界tu,步骤f中,当所述复信号检验量的计算结果落入下界和上界之外时,判断存在欺骗信号。
5.根据权利要求1至3任一项所述的检测方法,其特征在于,步骤e中,计算所述复信号检验量的模,所述计算结果包括所述复信号检验量的模的分布特性信息。
6.根据权利要求1至3任一项所述的检测方法,其特征在于,在进行所述统计分析前,对所述复信号检验量样本进行平滑处理,得到符合高斯分布的检验统计量。
7.根据权利要求6所述的检测方法,其特征在于,所述平滑处理包括对所述复信号检验量进行滑动平均操作。
8.根据权利要求1至3任一项所述的检测方法,其特征在于,在进行所述统计分析时,对于不同的场景类型确定不同的检测门限;
9.一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序由处理器执行时,实现如权利要求1至8任一项所述的检测方法。
10.一种计算机程序产品,其特征在于,所述计算机程序产品由处理器运行时,实现如权利要求1至8任一项所述的检测方法。