本发明属于船舶导航领域,涉及船舶自动识别系统(automaticidentificationsystem-ais)位置信息欺骗的检测,具体提出了一种基于r-模式的ais位置信息抗欺骗方法。
背景技术:
为了保障船舶的安全航行,国际海事组织(internationalmaritimeorganization,imo)将定位、导航、授时(position,navigationandtiming,pnt)信息作为e-航海发展的战略基石。而全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,gnss)是目前海事导航领域最主要的pnt信息来源,为ais、电子海图显示与信息系统(electronicchartdisplayandinformationsystem,ecdis)等船站设备提供位置信息。
ais是imo强制岸站、船站配备的通信导航系统,在保障船舶航行安全,监控船舶航行状态过程中发挥着重要作用。但现有ais中的位置信息完全依赖于gnss。由于gnss卫星信号经过长距离的传播损耗到达地面的功率十分微弱,很容易受到无意或故意的干扰和欺骗。对于海盗等恶意的第三方组织,很容易地利用gnss模拟器对船舶的gnss接收机进行欺骗,使船舶gnss接收机接收到伪造的gnss卫星信号,解算出虚假的位置信息,提供给ais船站使用,带来重大的航行安全问题,特别是对于无人驾驶船舶。此外,对于一些别有用心的船舶用户,也很容易利用伪gnss位置装置仿造gnss位置数据,为ais船站设备提供虚假的位置信息,达到欺骗岸基管理部门,从事走私等非法运营和商业活动。
为了保证船舶的航行安全,imo倡导为现有ais船站增加测距定位功能,即r-模式,作为gnss的备用系统,当gnss不可用时,ais不至于瘫痪。但ais船站不具有检测自身gnss位置信息欺骗的功能,尤其是来自船舶自身用户的恶意位置欺骗。
技术实现要素:
为解决背景技术中存在的海事导航领域ais位置信息欺骗问题,本发明提供了一种ais岸站基于r-模式的gnss位置信息抗欺骗方法,使得岸站能够及时发现船舶虚假的ais位置信息,从而保障船舶航行安全,提升水上安全监管能力。
本发明解决其技术问题的方案是:将现有ais船站的测距技术移植至ais岸站中,为ais岸站增加r-模式功能,利用岸站的测距和定位功能,检测ais船站发送的位置信息的正确性,从而实现ais位置信息的抗欺骗功能。实现本发明的步骤为:
1)距离检测模式
距离检测模式由接收ais船站信号的各岸站自行完成。岸站根据水上甚高频信号传播环境的动态变化,计算本岸站对ais船站的接收范围d。当ais岸站接收到ais船站发送的gnss位置信息电文时,根据ais电文内容,解析得到ais船站的位置信息
首先,比较计算距离与接收范围。利用式(1)计算岸站与船站间的距离
其中,||||表示两点之间的距离,
dc<d或|d-dc|<εb+εp(2)
其中,(εb+εp)为预先设定的门限,εb表示岸站接收范围的不确定性因素,εp表示gnss的定位误差。若计算距离dc不符合式(2),则认为船站上报的位置信息不真实,岸站进行报警显示,并上报ais岸站网络中心,以便管理人员采取相应措施。
其次,比较计算距离与测量距离。如计算距离dc符合式(2),则比较计算距离dc与测量距离dm之间的偏差,即
|dm-dc|<εm+εp(3)
其中,(εm+εb)为预先设定的门限,εm表示岸站r-模式的测量误差。若测量距离dm与计算距离dc不符合上式,则认为船站上报的位置信息不真实,岸站进行报警显示。如dm与dc符合式(3),则ais岸站会将上述船站信息上报给ais岸站网络中心。
2)位置检测模式
位置检测检测模式由ais岸站网络中心的位置检测单元完成。当ais岸站网络中心收到各ais岸站上报的ais船站位置数据后,进入位置检测模式,由岸站网络中心的位置检测单元依次对所有接收的ais船站的位置信息进行检测。
为了提高ais的通信容量,现有ais岸站覆盖在很多情况下能够达到双重覆盖,即两个ais岸站能够同时接收同一ais船站的信号。根据多个岸站分别得到的同一ais船站的测量值
其中,下标i表示第i个ais岸站。
将计算得到的船站位置估计
其中,(εc+εp)为预先设定的门限,εc表示岸站r-模式定位误差。若计算的船站位置
本发明的有益效果是:利用该发明能够及时检测出播发虚假位置信息中的ais船站,防止恶意欺骗,有效保障船舶航行安全,提升水上安全监管能力。该方法仅需为现有ais岸站增加r-模式测距功能,为现有ais岸站网络服务器增加位置检测功能即可,无需额外进行系统布设和维护,易于推广应用。
附图说明
图1是本发明的抗欺骗方法处理流程图;
图2是本发明的一个具体实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图2示例了本发明的一个实施例场景。
201、202为两个ais岸站,213、214为两个ais船站,220为具有位置检测功能的ais岸站网络中心,237为gnss的卫星,能够为船站提供gnss信号,以使船站的gnss接收机解算出正确位置提供给ais船站使用。245、246分别为ais船站213可能播发的虚假位置。位置信息抗欺骗检测处理步骤具体如下:
1)距离检测模式
ais船站213、214在ais岸站201、202的接收范围内,能够接收船站213、214的ais信号,解析出船站播发的gnss位置信息
岸站201、202已知自身位置
若船站213、214播发的ais电文中含有真实的gnss位置信息
若船站213播发的ais电文中含有虚假的245处的位置信息
若船站213播发的ais电文中含有虚假的246处的位置信息
由于岸站201、202具有r-模式测距功能,在接收船站213、214ais信号的同时,能够测量得到与船站213、214间的实际距离
若船站213、214播发的ais电文中含有真实的gnss位置信息
若船站213播发的ais电文中含有虚假的246处的位置信息
若虚假位置246与真实位置213相距不足够大时,则
2)位置检测模式
由ais岸站网络中心220根据岸站201、202上报的测量距离
将计算得到的船站213、214的位置估计
若船站213、214发送的位置信息为真实gnss位置,必然满足式(10),则ais岸站网络中心220认为船站213、214上报的位置信息正确,不存在欺骗。若船站213发送的位置为虚假位置246,则必然不满足式(10)。ais岸站网络中心220进行报警显示,并通知ais岸站201、202船站213发送的位置为虚假位置。