【摘要】：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)在社會各方面發(fā)揮著不可替代的作用,但由于衛(wèi)星信號到達(dá)地面的強(qiáng)度很低,易受到電磁干擾影響,對GNSS可靠性和可用性提出了巨大挑戰(zhàn)。因此提高GNSS的抗干擾能力顯得尤為重要,由于干擾性質(zhì)類型多樣,對干擾信號進(jìn)行分類和辨識是研究針對性、高效抗干擾技術(shù)的必要步驟。為此,本文以GPS L1為例,針對壓制式和欺騙式兩種不同性質(zhì)干擾的作用機(jī)理、辨識方法及對未知干擾的分類方案展開研究工作。本文以壓制式和欺騙式干擾的作用機(jī)理為研究出發(fā)點(diǎn),深入分析了常見壓制式(連續(xù)波、掃頻波、脈沖調(diào)制連續(xù)波)干擾和欺騙攻擊對GNSS接收機(jī)性能的影響,分析結(jié)果表明壓制式干擾會造成接收機(jī)中頻信號功率譜的明顯畸變,而欺騙信號對功率譜影響較弱,但會引起基帶相關(guān)函數(shù)的畸變;連續(xù)波干擾超-70dBm、掃頻波干擾超-60dBm會導(dǎo)致接收機(jī)捕獲、跟蹤性能驟降,而隨脈沖干擾(T=1ms~10ms)功率的增大,接收機(jī)性能逐漸下降;本文根據(jù)該影響變化,將不同功率的壓制式干擾分為極弱、弱、強(qiáng)和極強(qiáng)四個干擾威脅層次。根據(jù)不同壓制式干擾造成功率譜畸變特點(diǎn)不同,提出了基于滑動累積功率譜的干擾信號頻率估計方案,有效檢測并估計弱干擾等級以上的干擾帶寬;利用時頻分析實(shí)現(xiàn)對干擾周期的估計,并針對傳統(tǒng)時頻分析估計極弱干擾估計誤差大和無法估計極弱寬帶干擾的問題,提出周期譜圖積分消噪和區(qū)塊二值化濾波的優(yōu)化算法;最終聯(lián)合頻、時頻域分析,提出壓制式干擾辨識與參數(shù)估計方案,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方案對于-90dBm以上連續(xù)波和掃頻波干擾的辨識成功率高于99%,且對-80dBm以上干擾信號,頻率估計誤差低于5%,掃頻波周期估計誤差接近0;-80dBm以上的短周期(1ms)脈沖調(diào)制連續(xù)波干擾辨識率92%以上,頻率和周期估計誤差接近0,占空比估計誤差低于6.9%。針對欺騙式干擾對中頻信號頻譜無明顯影響,傳統(tǒng)相關(guān)函數(shù)檢測技術(shù)對大功率、小延時欺騙不敏感的問題,利用慣性信息輔助進(jìn)行欺騙干擾辨識。在研究欺騙干擾對松組合導(dǎo)航的影響的基礎(chǔ)上,提取新息信息檢測欺騙信號。對小延時欺騙,欺騙位置跳變7m(相對欺騙偽距12m)以上的欺騙攻擊或欺騙速度0.2m/s(相對欺騙偽距率0.35m/s)以上的牽引式欺騙的檢測率高于92%;對于大延時欺騙,基于參數(shù)估計的接收機(jī)可以估計但無法辨識欺騙信號的問題,本文提出偽距差變化率的欺騙辨識算法,相對欺騙偽距率1m/s以上的欺騙偽距成功辨識的概率為95%以上。最后,對于GNSS受干擾環(huán)境未知的實(shí)際問題,設(shè)計并實(shí)現(xiàn)應(yīng)對壓制和欺騙干擾多級辨識器,測試結(jié)果表明,本文提出的GNSS干擾辨識與分類方案能夠有效區(qū)分不同性質(zhì)、種類的干擾,實(shí)現(xiàn)干擾信號的檢測和辨識。同時本文所提方案也可為GNSS抗干擾算法提供重要的干擾特征參數(shù),進(jìn)而改進(jìn)抗干擾算法的適應(yīng)性。
【圖文】：

號譜圖的能量集中在以中頻 IF（4.123968MHz）為中心，2M 前端帶寬范圍內(nèi)，由于 GPS 信號被噪聲信號淹沒，能量分布隨機(jī)。而 CW 干擾下，經(jīng)過前端下變頻處理，干擾頻率從 1575.42MHz降頻到4.123968MHz附近，中頻處譜值增大，且不隨時間變化；圖3.13(3)以單邊帶寬為3.069MHz的掃頻干擾為例，其頻率約在 1~7MHz 成周期性變化；而脈沖干擾與前述兩種干擾不同，當(dāng)脈沖未達(dá)到時，譜圖特征與正常信號一致，，而脈沖到達(dá)時，則呈現(xiàn)單頻干擾。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN967.1

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本文編號：2671204