一种反馈学习模糊集合论的跨层北斗信号干扰检测方法

本发明属于导航卫星信号干扰检测领域，具体地说是一种反馈学习模糊集合论的跨层北斗信号干扰检测方法。

背景技术：

1、北斗信号干扰检测是指对针对导航卫星信号欺骗干扰的实时检测，包括转发式欺骗干扰，生成式欺骗干扰等，对保护高度依赖导航卫星信号的设施具有重要的应用价值。

2、目前，电力系统对时间同步精度要求较高，多采用北斗授时与晶振时间相结合的方式。由于北斗信号具有公开性及低功率特点，因此电力授时系统所依靠的北斗信号易受各类干扰的影响，特别是在当前复杂国际形势下，人为破坏的“欺骗干扰”是重大威胁，会影响变电站内依赖精准授时的测量、控制和保护设备的正常运行。针对电力北斗授时系统开展抗欺骗干扰的研究，突破关键技术，研制北斗抗干扰原型机，并实施行业应用，对于杜绝相关安全事件，保障电力系统安全稳定运行至关重要。

技术实现思路

1、本发明是为解决上述行业重点问题，提出了一种反馈学习模糊集合论的跨层北斗信号干扰检测方法，以期能通过模糊集合理论确定当前时刻北斗导航信号受到干扰的干扰概率，并向后台实时上报信号干扰情况，使相关设施可据此做出相应调整，以保障电力系统安全稳定运行，以避免出现更严重的损失。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种反馈学习模糊集合论的跨层北斗信号干扰检测方法，是应用于由北斗导航卫星、双天线北斗接收机组成的检测环境中，所述双天线北斗接收机收集各北斗导航卫星发送的信号，并用于解算双天线北斗接收机的姿态角、信号能量和几何精度因子，其特点在于，所述的跨层北斗信号干扰检测方法按如下步骤进行：

4、步骤1、定义数据接收的实时滑动窗口长度为n，令当前时刻为第n时刻；

5、步骤2、离线建立干扰概率参数矩阵s；

6、步骤2.1、获得双天线北斗接收机第n时刻的姿态角相对于初装状态的姿态角偏移量δθn：

7、获得双天线北斗接收机初装状态的双天线姿态角数据，包括：航向角y0和俯仰角p0；并与双天线北斗接收机在第n时刻的双天线姿态角数据分别对应作差，得到第n时刻航向角偏移量δyn和俯仰角偏移量δpn；从而得到第n时刻姿态角的总偏移量

8、步骤2.2、利用式(1)计算能量检测器在第n时刻的统计检验量tn(x)：

9、

10、式(1)中，m表示在第n-1时刻到第n时刻之间，能量检测器检测到的信号能量参数的数量，xn[α]表示在第n-1时刻到第n时刻之间，第α时刻接收机能量检测器所采集的信号能量参数，并有：

11、

12、式(2)中，s[α]是α时刻的零均值以及协方差矩阵为c的高斯随机信号，w[α]为α时刻方差为σ2的高斯白噪声；h0表示无欺骗干扰状态下的能量参数组成，h1表示有欺骗干扰状态下的能量参数组成；

13、步骤2.3、利用式(3)获得第n时刻的几何精度因子平均值

14、

15、式(3)中，表示双天线北斗接收机在第n时刻的水平分量精度因子平均值；表示双天线北斗接收机在第n时刻的垂直分量精度因子平均值；表示双天线北斗接收机在第n时刻的钟差精度因子平均值；

16、步骤2.4、定义干扰概率集合{p(1),p(2),…,p(i),…,p(i)}表示双天线北斗接收机受到干扰的概率，其中，p(i)表示第i个干扰概率，i表示干扰概率的数量；0≤p(i)≤1；

17、通过式(4)计算干扰概率为p(i)时，姿态角的偏移量参数值通过式(5)计算干扰概率为p(i)时，能量检测统计检验量参数值通过式(6)计算干扰概率为p(i)时，几何精度因子参数值从而得到第i个干扰概率p(i)所对应的参数向量进而得到干扰概率参数矩阵为s＝{s1,s2,…,si,…,si}；

18、

19、

20、

21、式(4)中，δθ*表示姿态角总偏移量的最大值，δθi表示干扰概率为p(i)时的姿态角总偏移量；

22、式(5)中，t(x)*表示能量检测统计检验量参数的最大值；t(x)i表示干扰概率为p(i)时的能量检测统计检验量参数值；

23、式(6)中，表示几何精度因子的最大值；表示干扰概率为p(i)时的几何精度因子；

24、步骤3、建立干扰概率评价矩阵e；

25、步骤3.1、利用式(7)计算双天线北斗接收机在第n时刻姿态角的总偏移量的评价值通过式(8)计算双天线北斗接收机在第n时刻的能量检测统计检验量的评价值通过式(9)计算双天线北斗接收机在第n时刻的几何精度因子评价值从而得到双天线北斗接收机在第n时刻的干扰概率的评价向量为进而得到双天线北斗接收机在当前时刻的定位结果评价矩阵为e＝{e1,e2,…,en,…,en}；

26、

27、

28、

29、式(9)中，表示第n时刻的几何精度因子平均值；

30、步骤4、利用式(10)建立第i个干扰概率p(i)所对应的参数向量si与第n时刻的干扰概率的评价向量en的隶属度函数

31、

32、式(10)中，为第n时刻下第v个评价指标对应的干扰概率评价值；为干扰概率为p(i)时第v个评价指标对应的干扰概率参数值，其中，v∈{1,2,3}，n＝1,2,…,n，i＝1,2,…,i；

33、步骤5、建立关系矩阵

34、步骤6、利用式(11)初始化第n时刻的阈值λn；

35、

36、步骤7、利用式(12)对所述关系矩阵r进行处理，从而得到布尔矩阵r′：

37、

38、式(12)中，表示接收机第n时刻受到干扰的概率pn＝p(i)，从而可以获得前n时刻受到的干扰概率p′＝{p1,p2,…,pn,…,pn}；

39、步骤8、计算前n时刻受到干扰的概率p′的标准差σp′，并利用式(13)计算得到第n+1时刻的阈值λn+1；

40、

41、步骤9、利用式(14)对接收机的前n时刻的干扰概率p′进行加权递推平均滤波处理，获得第n时刻的干扰概率

42、

43、步骤10、将n+1赋值给n后，返回到步骤2顺序执行。

44、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述跨层北斗信号干扰检测方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

45、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述跨层北斗信号干扰检测方法的步骤。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

47、1、本发明采用双天线北斗接收机的姿态角、信号能量和几何精度因子等多个维度的数据，这些数据包含应用层和信号层的数据，将这些数据进行综合进一步得到导航卫星信号受到干扰的概率，有助于该方法具备复杂环境下的干扰检测能力，提升了在不同干扰环境下对导航卫星信号干扰检测的鲁棒性。

48、2、本发明采用反馈学习模糊集合理论的方法确定导航卫星信号当前时刻收到干扰的概率，相较于传统的模糊集合理论方法，实现了对布尔矩阵阈值的精准调节，并以加权递推平均滤波的方式求解出最终干扰概率，提高了干扰概率的计算的灵敏度和精确度。