基于信道差異的轉發式gnss欺騙干擾檢測方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于通信技術領域，設及欺騙干擾檢測方法，具體設及一種基于信道差異 的轉發式GNSS欺騙干擾檢測。
【背景技術】
[0002] 欺騙干擾通常是干擾機發射與真實衛星導航信號相類似的干擾信號，誤導衛星導 航接收機偏離準確的導航和定位。由于衛星信號功率微弱且民碼完全公開，使得衛星信號 極易受到干擾和欺騙。如何實現對衛星導航欺騙干擾及時準確的檢測成為當前衛星通信安 全領域的重要技術問題之一。
[0003] 現有的衛星導航欺騙干擾檢測方法可分為兩大類，一類是基于一個或多個常規參 數，如載噪比、時鐘偏移、電文加密認證等；另一類是依賴輔助設備信息，如輔助天線、參考 接收機、慣導系統等。然而，現有的研究忽視了衛星信道與欺騙干擾信道之間存在的統計特 性上的差異。當假定欺騙干擾機位于地面時，雖然轉發式欺騙干擾能夠做到在信息碼、擴頻 碼和載波頻率等信號參數上與真實衛星信號完全一致，但干擾信道與導航衛星信道的統計 特性存在較大差異，因而可W利用信道差異來實現GNSS欺騙干擾檢測。
【發明內容】
[0004] 為了識別欺騙干擾和真實信號，本發明提出了一種基于信道差異的轉發式GNSS欺 騙干擾檢測方法。導航衛星信道可W用Lutz模型來表述，該模型將衛星與地面之間的信道 環境分為"好狀態"和"壞狀態"兩種狀態，在"好狀態"下，衛星信號存在直射分量，其包絡服 從Rice分布;在"壞狀態"下，衛星信號無直射分量，其包絡服從Raylei曲分布與Lognormal 分布的組合。假定干擾場景為欺騙干擾信號來自地面干擾機，干擾信道無直射分量，則其包 絡服從Raylei曲分布。由此可知衛星信號的包絡與干擾信號的包絡具有不同的統計分布特 性。基于運一統計特性上的差異，并考慮到擬合優度檢測非常適合檢測概率累積分布函數 (CDF)不同的信號。因此，本發明基于Lutz衛星信道模型提出基于擬合優度的欺騙干擾檢測 方法。
[0005] 本發明采取W下技術方案：
[0006] 基于信道差異的轉發式GNSS欺騙干擾檢測方法，按如下步驟進行：
[0007] 第一步：判定當前導航衛星信道的狀態。Lutz模型將衛星與地面之間的信道環境 分為"好狀態"和"壞狀態"兩種狀態。
[000引 1丄utz衛星信道模型
[0009] 當衛星信道環境為"好狀態"時，假設只存在直射分量和多徑分量沒有陰影遮蔽， 則接收信號的包絡服從Ri ce分布，其概率密度函數(PD巧為
[0010]
(1)
[00川其中，r是信號的包絡，σ,2是"好狀態'下Rice分布的方差，z是直射信號分量，Io(x) 是第一類零階貝塞爾函數。
[0012] 當衛星信道環境為"壞狀態"時，假設只有多徑分量，沒有直射分量，并且存在陰影 衰落，運種情況下，接收到的信號的包絡服從Ray 1 e i曲-Lognorma 1分布。其PDF為
[0013]
閩
[0014] 其中，fRay(u)和fLog(u)分別為Raylei曲分布與Lognormal分布，即
[0017] 其中，巧J:為Raylei曲分布的方差，μ、crj分別為Inu的均值和方差。
[0018] 2.轉發式GNSS欺騙干擾信道模型
[0019] 假定干擾場景為轉發式GNSS欺騙干擾信號來自地面干擾機，干擾信道無直射分 量，則其包絡服從Ray 1 e i曲分布，PDF為
[0020]
巧
[0021] 其中，仿^:為3曰7161曲分布的方差。
[0022] 第二步:基于擬合優度的欺騙干擾檢測。
[0023] 檢測問題可W表示為
[0024]
從I
[0025] 其中，冊表示存在欺騙干擾，出表示不存在欺騙干擾，F(x)為總體X的分布函數，Fn (X) =k/N，（祉含X < ，k=l，2. . .N)為X的經驗分布函數，N為樣本個數。干擾信號的累積 分布函數作為擬合優度檢測的理論分布函數。
[00%]采用Ξ種擬合優度檢測方法：
[0027] 1 .Kolmogorov-Smirnov 化S)檢測
[0028] KS檢測的統計量定義為
[0029]
[0030] 2.Cramer-Von Mises(CVM)檢測
[0031] CVM檢測的統計量定義為
[0032]
[0033] 3. Anderson-Da;rling(AD)檢測
[0034] AD檢測的統計量定義為
[0035]
[0036] 在顯著度水平α下，擬合優度檢測通過比較統計量T(Dn，W2，^^)與口限丫的大小， 接受或拒絕原假設化。是否存在欺騙干擾的口限γ可由下式求得
[0037] Ρτ{Τ>γ|Ηο}=α (10)
[003引其中，T(DN，W2，_^^,)為檢測統計量，丫為口限，α為顯著水平，在運里也叫虛警概率， 即將假設化判為化的概率。若Τ含γ，則判為化，接收到的為真實信號，若Τ< γ，則判為化，接 收到的為欺騙干擾信號。
[0039] 第Ξ步:得到欺騙干擾檢測性能。
[0040] 令A為陰影遮蔽的時間百分比，接收信號功率S的PDF可W表示為
[0041] fs(s) = (l-A)fs_Rice(s)+Afs_Rayl_LN(s) (11)
[00創其中，fs_Rice(S)為"好狀態"下接收信號功率的PDF，fs_Rayl_LN(S)為"壞狀態"下接收 信號功率的PDF。
[0043] 完整的轉發式GNSS欺騙干擾檢測概率為
[0044] Pd = ( 1 ~A) Pd, good+Apd, bad (12)
[0045] 其中，Pd, good，Pd,bad分別表示"好狀態"和"壞狀態"下的欺騙干擾檢測概率。
[0046] 在"好狀態"下，衛星信號的包絡服從Rice分布，在"壞狀態"下，衛星信號的包絡服 從Ray 1 ei曲-Lognorma 1分布，而欺騙干擾信號的包絡服從Ra^e i曲分布。所W，本發明基于 Ξ種擬合優度檢測方法檢測接收到的信號的包絡是否服從Raylei曲分布，若服從Raylei曲 分布則為欺騙干擾信號，否則為衛星信號。通過仿真實驗，驗證了本發明方法在兩種狀態下 的有效性。
[0047] 本發明根據GNSS轉發式欺騙干擾信道與導航衛星信道存在的統計特性差異，基于 Lutz衛星信道模型，提出基于擬合優度的GNSS轉發式欺騙干擾檢測方法;仿真實驗結果表 明本發明具有良好的檢測性能。
【附圖說明】
[004引圖1是擬合優度檢測算法框圖。
[0049] 圖2是"好狀態"下立種檢測方法對比。
[0050] 圖3是"壞狀態"下立種檢測方法對比。
[0051] 圖4是不同時間百分比的檢測性能對比。
【具體實施方式】
[0052] 本發明針對GNSS欺騙干擾檢測問題展開研究，在"好狀態"下，衛星信號的包絡服 從化ce分布，在勺不狀態"下，衛星信號的包絡服從Raylei曲-Lognormal分布，而欺騙干擾信 號的包絡服從Raylei曲分布。由此可知，衛星信號的包絡與干擾信號的包絡服從不同的分 布特性。因此，本發明基于Lutz衛星信道模型提出基于擬合優度的欺騙干擾檢測方法。
[0053] W下結合附圖對本發明作進一步說明，本發明一種優選的步驟如下：
[0054] 第一步:判定當前導航衛星信道的狀態。根據接收到的信號中是否存在直射信號 分量，Lutz模型將衛星與地面之間的信道環境分為"好狀態"和"壞狀態"兩種狀態。GNSS接 收機可W根據當前接收到的信號的功率大小來判定當前導航衛星信道的狀態，如果接收信 號功率超過某一 口限值，可認為當前為"好狀態"，否則為"壞狀態"。
[0化日]1丄utz衛星信道模型
[0056]當衛星信道環境為"好狀態"時，假設只存在直射分量和多徑分量沒有陰影遮蔽， 則接收信號的包絡服從Ri ce分布，其概率密度函數(PD巧為
[0化7]
[0化引其中，巧"是"好狀態"下Rice分布的方差，Z是直射信號分量，Io(x)是第一類零階貝 塞爾函數。
[0059] 當衛星信道環境為"壞狀態"時，假設只有多徑分量，沒有直射分量，并且存在陰影 衰落，運種情況下，接收到的信號的包絡服從Ray 1 e i曲-Lognorma 1分布。其PDF為
[0060]
[0001 ] 其中，fRay(u)和fLog(u)分別為Raylei曲分布與Lognormal分布，即
[0064] 其中，巧I為Raylei曲分布的方差，μ、σ/分別為Inu的均值和方差。
[0065] 2.欺騙干擾信道模型<