一种GNSS抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法

一种gnss抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法
技术领域
1.本发明涉及卫星导航抗干扰技术领域，具体涉及一种gnss抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法。


背景技术：

2.全球卫星导航系统(global navigation satellite system，gnss)为四大卫星导航系统之一，能够为全球用户提供定位、测速、授时等服务，已经深入应用到军用领域和民用领域的各个方面。目前威胁gnss安全性的一个重要因素是转发式欺骗干扰，gnss的转发式欺骗干扰已严重影响到gnss的使用。转发式欺骗干扰技术因其复杂度相对较低且成本低廉，成为了干扰用户使用gnss的主要威胁，特别是在军事方面，因转发信号较正常信号，一般功率更大，延时转发后达到用户机的时间更晚，用户接收机在捕获阶段更易捕到功率大的转发信号，计算出的伪距会更长，导致用户定位错误，一旦捕获上欺骗干扰信号并根据欺骗干扰信号进行定位或测速，会导致测算结果偏离实际目标，从而可能造成不可估量的损失，这也说明了具备抗转发欺骗干扰的接收机的必要性。
3.针对转发式欺骗干扰，目前普遍是通过在信号捕获阶段进行剔除，具体为：根据所捕获信号的功率及到达时间不同来剔除转发欺骗信号。但是，当真实信号的功率较弱时，该阶段有一定概率捕获到转发欺骗信号，并在跟踪阶段锁定转发欺骗信号，特别是在复杂环境中，如果在开始捕获阶段，真实信号被建筑物或者山体等遮挡，而转发信号可见，则会捕获并跟踪上欺骗信号，在跟踪上欺骗信号后误以该转发欺骗信号为真实信号，从而无法剔除转发欺骗信号，导致最后定位出现偏差。


技术实现要素：

4.本发明意在提供一种gnss抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法，以对转发欺骗信号进行识别和剔除。
5.本方案中的gnss抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法，包括步骤：
6.步骤一：将射频前端信号进行预处理得到中频信号，对中频信号进行捕获，捕获成功后转入跟踪通道进行跟踪；
7.还包括步骤：
8.步骤二：将中频信号送入多个跟踪通道内进行正常跟踪处理，同时将中频信号按照多个预设步长分别进行延迟，得到多路延迟信号；
9.步骤三：判断跟踪通道的载波相位与码相位是否同步，当载波相位与码相位同步后，将跟踪通道复制的载波序列和伪码序列做相关运算，得到混合序列，将混合序列与多路延迟信号做相关累积，得到能量序列；
10.步骤四：获取能量序列中的峰值与门限值进行对比，当峰值大于门限值时，根据峰值对跟踪通道中的码数控振荡器进行调节，使跟踪通道跟踪上真实信号。
11.本方案的有益效果是：
12.将射频前端信号进行预处理得到中频信号，并对中频信号进行捕获，捕获成功后进行延迟得到多路延迟信号，同时以跟踪通道中所复制的载波序列与伪码序列进行相关，然后再与多路延迟信号进行相关累积得到能量序列，将能量序列中的峰值与门限值进行对比，在峰值大于门限值时对跟踪通道的码数控振荡器进行调节，以剔除跟踪通道中的转发欺骗信号，让跟踪通道跟踪上真实信号。能够实时检测当前通道是否为欺骗信号，提高跟踪通道剔除欺骗信号的有效性，防止用户定位错误。
13.进一步，所述步骤二中，分别以δτ,2δτ,...,mδτ为预设步长进行延迟，得到m路延迟信号，其中：δτ小于或等于半个伪码码片。
14.有益效果是：将中频信号按照等差数列进行延迟，以能够使相关后得到的能量序列找出欺骗信号进行剔除，提高欺骗信号识别的准确性。
15.进一步，所述步骤四中，当峰值大于门限值时，记录峰值大于门限值时的序列号k，将码数控振荡器的限位调节至超前k个δτ码片。
16.有益效果是：以峰值大于门限值时的序列号来调节码数控振荡器的码片进行超前调节，以准确剔除欺骗信号，并准确跟踪上真实信号。
17.进一步，预设一个与所有gnss伪码不相关的线性反馈移位寄存器，让线性反馈移位寄存器产生输出序列。
18.有益效果是：通过单独预设线性反馈移位寄存器，产生与全部gnss伪码不相关的输出序列，不会干扰到跟踪通道的正常使用。
19.进一步，获取线性反馈移位寄存器的输出序列，将输出序列与步骤一中的中频信号进行相关累积，得到相关累积能量值，将相关累积能量值进行加权计算得到噪声能量p_noise，将噪声能量p_noise乘以系数a得到门限值，所述系数a》2。
20.有益效果是：以本方案的方式得到门限值，能够准确识别出欺骗信号，能够平滑噪声通道的每次的相关累积值，使门限值平稳，并且排除跟踪过程中的外部干扰。
21.进一步，在进行加权计算时，将当前的相关累积能量值乘以第一权重与前一相关累积能量值乘以第二权重后求和得到噪声能量，再将此噪声能量用于下一次加权计算。
22.有益效果是：通过这种加权计算方式，能够排除跟踪过程中外部等因素造成的噪底能量毛刺问题，减少噪声带来的过大抖动，起到平滑作用，保持噪底能量的平稳。
23.进一步，所述第一权重为(l-b)/l，所述第二权重为b/l，其中，l≥2，b《l/2。
24.有益效果是：通过两个权重对当前和前一的相关累积能力值计算噪声能量，让上一次值的权重不超过0.5，让本次相关累积能量有更高的权重，排除外界因素的干扰，保持噪底能量的平稳。
附图说明
25.图1为本发明gnss抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法实施例一的原理框图；
26.图2为本发明gnss抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法实施例一中多路延迟信号与复制的载波混合序列的相关过程示意图；
27.图3为本发明gnss抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法实施例一中门限值的计算原理图。
具体实施方式
28.下面通过具体实施方式进一步详细说明。
29.实施例一
30.gnss抗转发式欺骗干扰的跟踪通道实现方法，如图1所示，包括步骤：
31.步骤一：将射频前端信号进行预处理得到中频信号，预处理为下变频和a/d转换，将接收信号进行下变频处理的技术为现有技术，在此不再赘述，对中频信号进行捕获，捕获成功后转入跟踪通道进行跟踪，信号捕获的过程为，进入捕获阶段，卫星信号捕获成功后，转入跟踪通道，捕获得到的多普勒频率和码相位粗略估计值一同送入跟踪通道，调节跟踪通道的载波数控振荡器和码数控振荡器，然后跟踪通道对该卫星持续跟踪，成功捕获一颗卫星后，转入跟踪，捕获模块再进行下一颗卫星的捕获，以此循环，该信号捕获技术为现有，在此不再赘述。
32.步骤二：将中频信号送入多个跟踪通道内进行正常跟踪处理，例如将中频信号送入n个跟踪通道，由于gnss的捕获模块捕获到某颗卫星信号后，会转入跟踪通道，让跟踪通道持续跟踪该卫星信号，而实际过程中会捕获到很多卫星信号，所以跟踪通道有多个，每个通道独立运行，同时将中频信号按照多个预设步长分别进行延迟，得到多路延迟信号，多个预设步长形成公差为δτ的等差序列，即中频信号按照δτ,2δτ,...,mδτ分别延迟，得到m路延迟信号，公差δτ小于或等于半个伪码码片。
33.步骤三：判断跟踪通道的载波相位与码相位是否同步，根据从跟踪通道获取的信息判断是否同步，同步可以通过现有的载噪比来进行判断，在此不再赘述，当载波相位与码相位同步后，将跟踪通道复制的载波序列和伪码序列做相关运算，得到混合序列，将混合序列与多路延迟信号做相关累积，得到能量序列。
34.步骤四：获取能量序列中的峰值与门限值进行对比，当峰值大于门限值时，记录峰值大于门限值时的序列号k作为峰值的位置，根据峰值的序列号k对跟踪通道中的码数控振荡器进行调节，将码数控振荡器的限位调节至超前k个δτ码片，即k*δτ个码片，例如做5路延迟信号，与混合信号相关累积后，得到5个相关累积值的能量序列，分别是100 102 98 1000105，则1000的峰值，对应的位置为第4个，在调整码数控振荡器时，需要超前4个δτ码片，使跟踪通道跟踪上真实信号，码数控振荡器的超前量是根据信号延迟δτ来确定的，比如接收信号延迟是以半码片延迟的，那这里就是超前k个半码片，如果接收信号延迟是以1/4码片延迟的，那这里就是超前k个1/4码片，这里的超前量，是等于得到相关累积峰值时中频信号的延迟量。
35.由于跟踪通道所接收中频序列中包含了真实信号和转发信号，若当前跟踪通道跟踪的是转发信号时，通道载波数控振荡器和码数控振荡器均是复制的转发信号信息，此时将接收信号做多路延迟，以图2所示为例，当延迟量为10δτ时，延迟信号与复制的混合序列相关累积会超过门限，此时的序列号就是k＝10，则跟踪通道的码数控振荡器需要调节超前10δτ个相位，即可恢复至正常信号的跟踪。图1中的pvt解算是后期剔除转发式欺骗干扰信号后进行的定位解算，其为现有技术，在此不再赘述。
36.如图3所示，针对门限值，在跟踪阶段预设一个噪声通道支路，该噪声通道支路为预设的一个与所有gnss伪码不相关的线性反馈移位寄存器，设置线性反馈移位寄存器为现有技术，在此不赘述，线性反馈移位寄存器的位数大于12即可，让线性反馈移位寄存器产生
输出序列，获取线性反馈移位寄存器的输出序列，将输出序列与步骤一中的中频信号进行相关累积，得到相关累积能量值，将相关累积能量值进行加权计算得到噪声能量p_noise，将噪声能量p_noise乘以系数a得到门限值，系数a》2。
37.在进行加权计算时，将当前的相关累积能量值乘以第一权重与前一相关累积能量值乘以第二权重后求和得到噪声能量，第一权重为(l-b)/l，第二权重为b/l，所述l≥2，b《l/2，在此迭代过程中，若l取太小，则前一相关累积能量值对本地相关累积值的影响较大，取l≥2和b《l/2是为了让前一相关累积能量值的权重不超过0.5，以减小前一相关累积能量值对当前相关累积能量值的影响，例如：l＝5，b＝1，上一次相关累积能量值为5，本次相关累积能量值为6，则平滑过后输出为6*(4/5)+5*(1/5)＝5.8,则输出值为5.8，下一次平滑时，5.8就作为“上一次相关累积能量值”。
38.记录峰值大于门限值时的序列号k，并以k对码数控振荡器的码片进行调节，能够准确剔除欺骗信号，原因在于：在跟踪通道中，如果欺骗信号比真实信号延迟了k个δτ码片，当通道跟踪上欺骗信号，则跟踪通道复制的伪码序列比真实信号延迟k个δτ码片，当把接收中频序列延迟k个δτ码片后，这时正常信号起始相位与跟踪通道复制的伪码序列的相位相同，这时跟踪通道复制的混合序列将与延迟k个δτ码片后的接收序列有最大相关累积值，该值将超过设置门限值。如果在与延迟的m个序列相关累积后找到超过门限的值，则说明当前通道跟踪的为欺骗信号，记下超过门限值的序列号k，将正常跟踪通道中码数控振荡器调节超前k个δτ码片；当跟踪通道跟踪上的是正常信号，延迟后相关累积后找不到超过门限值的累积值，则说明此时跟踪上正常信号，无需调节通道码数控振荡器(即码nco)。当k＝10时，如图2所示相关累积过程，可以看出，当通道中跟踪转发信号时，本地混合序列与接收中频序列中欺骗码序列一致，对中频信号进行延迟后，接收信号真实码与欺骗信号一致，则此时与混合序列相关累积会得到过门限的值。
39.本实施例将射频前端信号处理成中频信号，并将中频信号进行延迟得到多路延迟信号，同时以跟踪通道中所复制的载波序列与伪码序列进行相关，然后再与多路延迟信号进行相关累积得到能量序列，将能量序列中的峰值与门限值进行对比，在峰值大于门限值时对跟踪通道的码数控振荡器进行调节，以剔除跟踪通道中的转发欺骗信号，让跟踪通道跟踪上真实信号。由于在静止环境或低动态环境中，转发信号多普勒频率与真实信号多普勒频率相差不大，当差异小于跟踪通道载波环牵引范围时，本实施例的方案能通过相关累积，并以设计得到的门限值判断出大于门限值的转发欺骗信号，能够有效检测并剔除转发欺骗信号，能够实时检测当前通道是否为欺骗信号，提高跟踪通道剔除欺骗信号的有效性，防止用户定位错误。
40.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。