卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法及系统与流程

本发明涉及导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法方法及系统。

背景技术：

全球卫星导航定位系统（globalnavigationsatellitesystem,gnss）具备全球覆盖、全天候的高精度导航、定位和授时功能，我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统已于2012年底正式运营，该系统为我国及周边区域提供位置与授时服务功能，计划在2020年前后完成北斗三号系统，实现全球覆盖和应用。无论是我国的北斗导航系统，还是美国的gps，或是俄罗斯的glonass，全球卫星导航系统已广泛应用在国防、经济和日常生活中，已经成为现代社会生活中重要的时空基准。

随着各国卫星导航系统建设和服务能力发展，相关产品已广泛应用于智能交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、通信时统、电力调度、应急搜索等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。然而，世界各个卫星导航系统普遍存在各种脆弱性问题，如系统完好性问题，使用环境中存在的有意或无意的干扰或欺骗信号等，这些问题直接导致卫星定位精度降低甚至发生偏差和虚假的定位导航和授时信息，进而引发无人飞行器、无人汽车等载体发生严重的安全问题。

传统的压制式干扰检测技术通过频谱分析和信号调制方式估计结合窄波束扫描技术，可检测窄带干扰、宽带干扰等传统压制式干扰。然而，欺骗信号由于调试方式与正常的卫星导航信号相同，且同样采用了扩频调制，信号频谱与背景噪声接近，难以通过频谱幅度的差异进行检测。因此，欺骗干扰的检测和位置估计仍困扰着卫星导航在高可靠性场合的使用。

中国专利2019103737455公开了一种基于先验信息的卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法方法、系统及设备，通过比对两个接收天线的位置或速度是否一致来检测干扰，其隐含的假设前提是被欺骗后两个天线的位置或速度解算是相同的，同时该技术还存在的问题是：1、利用两个及以上的卫星导航接收机来识别欺骗干扰，无法检测和识别是否存在传统压制干扰；2、该技术不具备欺骗干扰源位置估计的功能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法及系统，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法，包括：

s1、通过至少一个窄波束扫描式天线实时获取卫星导航频段的射频信号和所述窄波束扫描式天线的各个扫描角度；

s2、将窄波束扫描式天线获取的卫星导航频段的射频信号转化为数字信号并保存该数字信号和相应的扫描角度，同时对该数据信号进行频域分析以获取不同来波方向的信号频谱；

s3、比较频域分析后的信号频谱与正常卫星导航信号频谱，若频域分析后的信号频谱与正常卫星导航信号频谱差值大于设定阀值，则判断存在压制式干扰；

s4、通过至少一个全向天线实时接收卫星导航信号，并输出可见的卫星列表和对应的卫星参数；

s5、根据可见的卫星列表对窄波束扫描式天线接收的信号进行快速捕获，在捕获成功时记录最大相关峰及对应的窄波束扫描式天线的扫描卫星角度；

s6、通过比较窄波束扫描式天线捕获的扫描卫星角度和全向天线的等效卫星角度，若两者不一致则存在欺骗干扰；

s7、在检测到压制式干扰和/或欺骗干扰时，根据窄波束扫描式天线的位置及对应的扫描角度，通过单套设备多次变换位置检测或多套设备检测以确定干扰源的位置。

进一步地，在检测到压制式干扰和/或欺骗干扰时，还包括对检测结果进行滤波处理。

进一步地，所述步骤s1中的卫星导航频段为卫星导航频段中一个或多个频点的组合。

进一步地，所述步骤s3中正常卫星导航信号频谱包括卫星导航信号中的中心频点、扩频体制方式、gnss接口控制文件规定的典型信号电平中的至少一种。

进一步地，所述步骤s4中输出可见的卫星参数至少包括卫星的俯仰角、方位角、载噪比和卫星号。

进一步地，所述步骤s4中输出可见的卫星参数还包括卫星的伪距、多普勒或位置信息。

进一步地，所述步骤s6中的卫星角度为卫星的俯仰角或者方位角。

进一步地，若所述窄波束扫描式天线与全向天线的安装距离小于等于设定距离，则所述全向天线的等效卫星角度等同于全向天线输出的卫星角度，若所述窄波束扫描式天线与全向天线的安装距离大于所述设定距离，则所述全向天线的输出卫星角度经过坐标转换后得到所述等效卫星角度。

本发明还提供一种实现上述卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法的系统，包括：

至少一个窄波束扫描式天线，用于实时获取卫星导航频段的射频信号和所述窄波束扫描式天线的各个扫描角度；

综合检测设备，用于对窄波束扫描式天线获取的卫星导航频段的射频信号转化为数字信号并保存该数字信号和相应的扫描角度，同时对该数据信号进行频域分析以获取不同来波方向的信号频谱，并且比较频域分析后的信号频谱与正常卫星导航信号频谱，以判断是否存在压制式干扰；

至少一个全向天线，用于实时接收卫星导航信号；

卫星导航接收设备，用于对全向天线接收的卫星导航信号进行处理以输出可见的卫星列表和对应的卫星参数，综合检测设备还根据可见的卫星列表对窄波束扫描式天线接收的信号进行快速捕获，在捕获成功时记录最大相关峰及对应的窄波束扫描式天线的扫描角度，并通过比较窄波束扫描式天线捕获的卫星角度和全向天线的等效卫星角度判断是否存在欺骗干扰，当检测到压制式干扰和/或欺骗干扰时，根据窄波束扫描式天线的位置及对应的扫描角度，通过单套设备多次变换位置检测或多套设备检测以确定干扰源的位置。

进一步地，所述综合检测设备包括：

信号转换模块，用于对窄波束扫描式天线获取的卫星导航频段的射频信号转化为数字信号并保存该数字信号和相应的扫描角度；

频域分析模块，用于对信号转换模块转换后的数据信号进行频域分析以获取不同来波方向的信号频谱；

压制式干扰判断模块，用于将频域分析模块分析后的信号频谱与正常卫星导航信号频谱，以判断是否存在压制式干扰；

捕获模块，用于根据卫星导航接收设备输出可见的卫星列表对窄波束扫描式天线接收的信号进行快速捕获在捕获成功时记录最大相关峰及对应的窄波束扫描式天线的扫描角度；

欺骗干扰判断模块，用于通过比较窄波束扫描式天线捕获的卫星角度和全向天线的等效卫星角度判断是否存在欺骗干扰；

定位模块，用于当检测到压制式干扰和/或欺骗干扰时，根据窄波束扫描式天线的位置及对应的扫描角度，通过单套设备多次变换位置检测或多套设备检测以确定干扰源的位置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法及系统，可有效检测传统压制式干扰和欺骗干扰，并且能实现干扰源位置估计，将不同干扰的检测有机融合，本发明实现形式简单，有利于卫星导航干扰检测的工程实践和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例中提供的卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法的流程图。

图2是本发明一个实施例中提供的卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测系统的原理图。

图3是一个具体实施方式中综合检测设备的框架图。

图4是本发明一个具体实施方式中干扰源位置的定位原理图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本申请实施例提供一种卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法，包括：

步骤s1：通过至少一个窄波束扫描式天线实时获取卫星导航频段的射频信号和所述窄波束扫描式天线的各个扫描角度。

其中，所述的窄波束扫描式天线具备360度全方位角扫描和俯仰90度扫描功能的至少一种，并且窄波束扫描式天线中包含一个电子罗盘装置，可获取窄波束扫描式天线的各个扫描角度，以便于窄波束扫描式天线输出射频信号和各个扫描角度信息至综合检测设备20。

所述的窄波束扫描式天线的安装载体可以是固定不动的，也可以是移动载体；窄波束扫描式天线位置信息可以由安装载体提供，也可以和全向天线位置相对固定安装。因此，本申请方案既可适用于静态场景应用，也可适用于动态场景应用。

所述的窄波束扫描式天线的实现形式包括机械扫描、阵列天线电子扫描、多波束扫描中的任意一种或多种组合。

所述的卫星导航频段为卫星导航频段中一个或多个频点的组合，例如本申请实施例中选择1150mhz~1610mhz。

步骤s2：将窄波束扫描式天线获取的卫星导航频段的射频信号转化为数字信号并保存该数字信号和相应的扫描角度，同时对该数据信号进行频域分析以获取不同来波方向的信号频谱。

其中，信号频谱的参数包括功率谱密度函数、频谱、短时傅里叶变换、小波分析结果中的至少一种。

步骤s3：比较频域分析后的信号频谱与正常卫星导航信号频谱，若频域分析后的信号频谱与正常卫星导航信号频谱差值大于设定阀值，则判断存在压制式干扰。

其中，所述的正常卫星导航信号频谱包括卫星导航信号中的中心频点、扩频体制方式、gnss接口控制文件规定的典型信号电平中的至少一种。

所述的压制式干扰包括连续波（cw）、am、fm、脉冲、窄带和宽带干扰中的至少一种。

步骤s4：通过至少一个全向天线实时接收卫星导航信号，并输出可见的卫星列表和对应的卫星参数。

具体的，通过捕获、跟踪、解调和测量等处理接收全向天线信号，输出的可见卫星参数信息至少包括卫星的俯仰角、方位角、载噪比和卫星号，也可输出伪距、多普勒、位置等信息。

步骤s5：根据可见的卫星列表对窄波束扫描式天线接收的信号进行快速捕获，在捕获成功时记录最大相关峰及对应的窄波束扫描式天线的扫描角度。

快速捕获也可进一步利用卫星信息中的伪距、多普勒和位置缩小搜索范围，提高快速捕获速度。

步骤s6：通过比较窄波束扫描式天线捕获的卫星角度和全向天线的等效卫星角度，若两者不一致则存在欺骗干扰。

其中，所述的全向天线的等效卫星角度是考虑窄波束扫描天线和全向天线相对位置修正后的卫星角度。

具体的，若所述的窄波束扫描式天线与全向天线的安装距离小于等于设定距离（本实施例中设定距离选择10米），则所述的全向天线的等效卫星角度等同于全向天线输出的卫星角度（亦即窄波束扫描天线和全向天线位置可视为同一位置），若所述窄波束扫描式天线与全向天线的安装距离大于所述设定距离（本实施例中设定距离选择10米），则所述全向天线的输出卫星角度经过坐标转换后（根据窄波束天线相对于全向天线的相对位置，计算出窄波束天线的地理坐标或地心地固坐标，结合卫星位置可计算卫星在窄波束天线出的卫星角度，包括俯仰角和方位角）得到所述等效卫星角度（亦即窄波束扫描天线和全向天线位置差异导致两者输出的卫星角度有差异）。

在该步骤中，比较的卫星角度可以选用卫星的方位角或俯仰角。基于所选用的比对参数不同，有相应的比较和处理方式，若欺骗干扰检测选用的比对参数为卫星的方位角，通过对比窄波束扫描天线捕获的卫星方位角与全向天线输出的卫星方位角一致性，判断是否存在欺骗干扰。若欺骗干扰检测选用的比对参数为卫星的俯仰角，通过对比窄波束扫描天线捕获的卫星俯仰角与全向天线输出的卫星俯仰角一致性，判断是否存在欺骗干扰。

在比较的卫星角度选用方位角时，当全向天线和窄波束扫描式天线距离距离较近（小于10米），如果全向天线方位角与窄波束扫描式天线方位角差值达到方位角误差阈值时，判断存在卫星导航欺骗干扰。

在比较的卫星角度选用方位角时，当全向天线和窄波束扫描式天线距离距离较远（大于10米），结合两个天线位置，得到全向天线等效方位角，如果全向天线等效方位角与窄波束扫描式天线方位角差值达到方位角误差阈值时，判断存在卫星导航欺骗干扰。

在比较的卫星角度选用俯仰角时，当全向天线和窄波束扫描式天线距离距离较近（小于10米），如果全向天线俯仰角与窄波束扫描式天线俯仰角差值达到俯仰角误差阈值时，判断存在卫星导航欺骗干扰。

在比较的卫星角度选用俯仰角时，当全向天线和窄波束扫描式天线距离距离较远（大于10米），结合两个天线位置，得到全向天线等效俯仰角，如果全向天线等效俯仰角与窄波束扫描式天线俯仰角差值达到俯仰角误差阈值时，判断存在卫星导航欺骗干扰。

步骤s7：在检测到压制式干扰和/或欺骗干扰时，根据窄波束扫描式天线的位置及对应的扫描角度，通过单套设备多次变换位置检测或多套设备检测以确定干扰源的位置。

在一些实施例中，可以采用多套系统实现干扰源的快速定位，通过有线或无线网络连接多套系统中的综合检测设备20，可实现多点方位角交汇定位，从而更加快速估计干扰源位置（实现原理如图4所示）。

作为优选，在检测到压制式干扰和/或欺骗干扰时，还包括对检测结果进行滤波处理，以增加检测结果的可靠性，滤波处理可以采用任何可能的滤波算法。

具体的，在获得了上述的是否存在卫星导航信号欺骗干扰的综合检测结果之后，还可以进一步移动系统设备，通过增加空间的多样性点位检测，以提高检测结果的可靠性和干扰源定位精度。

参阅图2所示，本申请实施例还提供一种实现上述卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法的系统，包括：至少一个窄波束扫描式天线10，用于实时获取卫星导航频段的射频信号和所述窄波束扫描式天线的各个扫描角度；综合检测设备20，用于对窄波束扫描式天线获取的卫星导航频段的射频信号转化为数字信号并保存该数字信号和相应的扫描角度，同时对该数据信号进行频域分析以获取不同来波方向的信号频谱，并且比较频域分析后的信号频谱与正常卫星导航信号频谱，以判断是否存在压制式干扰；至少一个全向天线30，用于实时接收卫星导航信号；卫星导航接收设备40，用于对全向天线接收的卫星导航信号进行处理以输出可见的卫星列表和对应的卫星参数，综合检测设备还根据可见的卫星列表对窄波束扫描式天线接收的信号进行快速捕获，在捕获成功时记录最大相关峰及对应的窄波束扫描式天线的扫描角度，并通过比较窄波束扫描式天线捕获的卫星角度和全向天线的等效卫星角度判断是否存在欺骗干扰，当检测到压制式干扰和/或欺骗干扰时，根据窄波束扫描式天线的位置及对应的扫描角度，通过单套设备多次变换位置检测或多套设备检测以确定干扰源的位置。

在一些实施例中，综合检测设备20可以具有两个以上的多个窄波束扫描式天线10，此时，可以是每个窄波束扫描式天线连接一个综合检测设备20，也可以是两个以上的窄波束扫描式天线10连接到同一个综合检测设备20。采用多套设备窄波束扫描式天线和综合检测设备互联互通，增大干扰信号检测的空间范围，缩短检测时间。

所述的全向天线30和卫星导航接收设备40为虚拟机，通过有线或无线网络提供窄波束扫描天线所处位置的可见卫星信息，以降低成本。

参阅图3所示，本申请实施例中所述的综合检测设备20包括：信号转换模块201，用于对窄波束扫描式天线获取的卫星导航频段的射频信号转化为数字信号并保存该数字信号和相应的扫描角度；频域分析模块202，用于对信号转换模块转换后的数据信号进行频域分析以获取不同来波方向的信号频谱；压制式干扰判断模块203，用于将频域分析模块分析后的信号频谱与正常卫星导航信号频谱，以判断是否存在压制式干扰；捕获模块204，用于根据卫星导航接收设备输出可见的卫星列表对窄波束扫描式天线接收的信号进行快速捕获在捕获成功时记录最大相关峰及对应的窄波束扫描式天线的扫描角度；欺骗干扰判断模块205，用于通过比较窄波束扫描式天线捕获的卫星角度和全向天线的等效卫星角度判断是否存在欺骗干扰；定位模块206，用于当检测到压制式干扰和/或欺骗干扰时，根据窄波束扫描式天线的位置及对应的扫描角度，通过单套设备多次变换位置检测或多套设备检测以确定干扰源的位置。

本发明提供的卫星导航压制式干扰与欺骗干扰的综合检测方法及系统，可有效检测传统压制式干扰和欺骗干扰，并且能实现干扰源位置估计，将不同干扰的检测有机融合，本发明实现形式简单，有利于卫星导航干扰检测的工程实践和应用。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。