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基于波束賦形和DOA估計(jì)的抗GNSS欺騙式干擾研究

發(fā)布時(shí)間：2020-10-09 11:04

　　全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)廣泛應(yīng)用于基于位置和時(shí)間服務(wù)的各行各業(yè),如精密授時(shí)、陸海空的交通運(yùn)輸、飛行器導(dǎo)航、手機(jī)定位、電網(wǎng)系統(tǒng)、救援服務(wù)和跟蹤犯罪分子等。GNSS系統(tǒng)的脆弱性主要體現(xiàn)在被動(dòng)式的定位方式、公開的導(dǎo)航信息結(jié)構(gòu)及極低的信號(hào)功率,故GNSS易于受到各類干擾。有意干擾可以分為欺騙型干擾和壓制型干擾,而欺騙型干擾更具有隱蔽性。本文研究的重點(diǎn)是欺騙式干擾�？蛊垓_式干擾技術(shù)按照效果可以分為欺騙檢測(cè)技術(shù)和欺騙抑制技術(shù),欺騙檢測(cè)的技術(shù)有很多,如0C/N監(jiān)測(cè)、絕對(duì)功率監(jiān)測(cè)、殘余信號(hào)檢測(cè)、碼和相位一致性檢測(cè)等,而欺騙抑制的技術(shù)較少,主要有多天線技術(shù)和RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)檢測(cè),對(duì)于較復(fù)雜的欺騙策略,現(xiàn)有的欺騙檢測(cè)技術(shù)和欺騙抑制技術(shù)的可靠性較差。按照欺騙源的空間分布,欺騙式干擾可以分為兩類。一類是聚合式欺騙式干擾,另一類是分布式欺騙式干擾。本文提出了基于波束賦形的抗GNSS聚合式欺騙式干擾技術(shù)和基于DOA(Direction of Arrival)估計(jì)的抗GNSS分布式欺騙式干擾技術(shù)。對(duì)于聚合式欺騙式干擾,提出了利用波束賦形的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)欺騙信號(hào)的抑制。首先建立聚合式欺騙式干擾的系統(tǒng)模型,利用聚合式欺騙式干擾具有明顯的空間特征,引入了功率倒置算法,功率倒置算法能在強(qiáng)干擾處形成零陷且不需要已知干擾信號(hào)的來波方向,與聚合式欺騙式干擾模型的場(chǎng)景非常地?cái)M合。本文提出了改進(jìn)型的功率倒置算法,能帶來10d B以上的零陷增益。對(duì)于分布式欺騙式干擾,提出了利用DOA估計(jì)與投影子空間的方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)欺騙信號(hào)的抑制。首先建立分布式欺騙式干擾的系統(tǒng)模型,分布式欺騙式干擾不像聚合式欺騙式干擾具有明顯的空間特征,需要利用對(duì)欺騙式干擾的參數(shù)進(jìn)行估計(jì),給出了可以用于欺騙信號(hào)估計(jì)的參數(shù)估計(jì)量,并通過理論推導(dǎo)證明了功率參數(shù)不需要用于估計(jì),這樣對(duì)參數(shù)估計(jì)量進(jìn)行了優(yōu)化,選擇了對(duì)欺騙信號(hào)的DOA估計(jì)來對(duì)欺騙信號(hào)進(jìn)行識(shí)別,引入RELAX算法對(duì)欺騙信號(hào)進(jìn)行DOA估計(jì),并提出了改進(jìn)型RELAX算法,旨在提高RELAX算法的DOA估計(jì)精度。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN967.1
【部分圖文】：

特性圖,互相關(guān),自相關(guān)特性,特性

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I 碼生成器的結(jié)構(gòu)圖如圖 2-6 所示，對(duì)于 B1I 碼，通過計(jì)算可以得到為 2047，于是可以計(jì)算得出 B1I 碼的自相關(guān)取值為 63 / 2047 ， 1 047和 1，互相關(guān)取值為 1 / 2047， 6 5 / 2047和 63 / 2047 。由于 B1 C/A 碼，于是北斗系統(tǒng)的 B1I 碼比 GPS 系統(tǒng)的 C/A 碼具有更好的 2-7 通過仿真給了 BD 系統(tǒng)的 B1I 碼的相關(guān)特性，最下面那個(gè)子圖中 B1I 碼的互相關(guān)特性，從圖中可以看出，B1I 碼具有優(yōu)良的自相特性。

對(duì)比圖,波方向,來波方向,干信比

參數(shù) 值采樣頻率 5MHz欺騙信號(hào)源的 DOA 20 天線陣列陣元個(gè)數(shù) 10每個(gè)真實(shí)信號(hào)的信噪比 -18dB每個(gè)欺騙信號(hào)的干信比 6dB圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6 給出了在欺騙信號(hào)來波方向?yàn)?20 ，欺騙信號(hào)數(shù)為 3 個(gè)、4 個(gè)、5 個(gè)的 PI 算法的抑制效果。從圖 3-4 可以看出，PI 算法在 2上形成了零陷，零陷深度為-18dB，對(duì)聚合式欺騙信號(hào)實(shí)現(xiàn)了欺騙抑制，然的深度不夠深，其他方向上也存在將近-5dB 的抑制。圖 3-5 給出了在 4 個(gè)號(hào)的條件下，在欺騙信號(hào)的來波方向上形成了零陷深度為-26dB 的零陷，也對(duì)聚合式欺騙信號(hào)的抑制。圖 3-6 給出了 5 個(gè)欺騙信號(hào)的條件，可以看出在號(hào)的來波方向上形成了零陷深度為-30dB 的零陷，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚合式欺擾的抑制。對(duì)比圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)欺騙信號(hào)的數(shù)目越多，騙信號(hào)的 DOA 方向上的功率也會(huì)越大，PI 算法對(duì)其抑制的效果也會(huì)越好。

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