基于信道差异的转发式gnss欺骗干扰检测方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于通信技术领域，设及欺骗干扰检测方法，具体设及一种基于信道差异 的转发式GNSS欺骗干扰检测。
【背景技术】
[0002] 欺骗干扰通常是干扰机发射与真实卫星导航信号相类似的干扰信号，误导卫星导 航接收机偏离准确的导航和定位。由于卫星信号功率微弱且民码完全公开，使得卫星信号 极易受到干扰和欺骗。如何实现对卫星导航欺骗干扰及时准确的检测成为当前卫星通信安 全领域的重要技术问题之一。
[0003] 现有的卫星导航欺骗干扰检测方法可分为两大类，一类是基于一个或多个常规参 数，如载噪比、时钟偏移、电文加密认证等；另一类是依赖辅助设备信息，如辅助天线、参考 接收机、惯导系统等。然而，现有的研究忽视了卫星信道与欺骗干扰信道之间存在的统计特 性上的差异。当假定欺骗干扰机位于地面时，虽然转发式欺骗干扰能够做到在信息码、扩频 码和载波频率等信号参数上与真实卫星信号完全一致，但干扰信道与导航卫星信道的统计 特性存在较大差异，因而可W利用信道差异来实现GNSS欺骗干扰检测。
【发明内容】
[0004] 为了识别欺骗干扰和真实信号，本发明提出了一种基于信道差异的转发式GNSS欺 骗干扰检测方法。导航卫星信道可W用Lutz模型来表述，该模型将卫星与地面之间的信道 环境分为"好状态"和"坏状态"两种状态，在"好状态"下，卫星信号存在直射分量，其包络服 从Rice分布;在"坏状态"下，卫星信号无直射分量，其包络服从Raylei曲分布与Lognormal 分布的组合。假定干扰场景为欺骗干扰信号来自地面干扰机，干扰信道无直射分量，则其包 络服从Raylei曲分布。由此可知卫星信号的包络与干扰信号的包络具有不同的统计分布特 性。基于运一统计特性上的差异，并考虑到拟合优度检测非常适合检测概率累积分布函数 (CDF)不同的信号。因此，本发明基于Lutz卫星信道模型提出基于拟合优度的欺骗干扰检测 方法。
[0005] 本发明采取W下技术方案：
[0006] 基于信道差异的转发式GNSS欺骗干扰检测方法，按如下步骤进行：
[0007] 第一步：判定当前导航卫星信道的状态。Lutz模型将卫星与地面之间的信道环境 分为"好状态"和"坏状态"两种状态。
[000引 1丄utz卫星信道模型
[0009] 当卫星信道环境为"好状态"时，假设只存在直射分量和多径分量没有阴影遮蔽， 则接收信号的包络服从Ri ce分布，其概率密度函数(PD巧为
[0010]
(1)
[00川其中，r是信号的包络，σ,2是"好状态'下Rice分布的方差，z是直射信号分量，Io(x) 是第一类零阶贝塞尔函数。
[0012] 当卫星信道环境为"坏状态"时，假设只有多径分量，没有直射分量，并且存在阴影 衰落，运种情况下，接收到的信号的包络服从Ray 1 e i曲-Lognorma 1分布。其PDF为
[0013]
闽
[0014] 其中，fRay(u)和fLog(u)分别为Raylei曲分布与Lognormal分布，即
[0017] 其中，巧J:为Raylei曲分布的方差，μ、crj分别为Inu的均值和方差。
[0018] 2.转发式GNSS欺骗干扰信道模型
[0019] 假定干扰场景为转发式GNSS欺骗干扰信号来自地面干扰机，干扰信道无直射分 量，则其包络服从Ray 1 e i曲分布，PDF为
[0020]
巧
[0021] 其中，仿^:为3曰7161曲分布的方差。
[0022] 第二步:基于拟合优度的欺骗干扰检测。
[0023] 检测问题可W表示为
[0024]
從I
[0025] 其中，册表示存在欺骗干扰，出表示不存在欺骗干扰，F(x)为总体X的分布函数，Fn (X) =k/N，（祉含X < ，k=l，2. . .N)为X的经验分布函数，N为样本个数。干扰信号的累积 分布函数作为拟合优度检测的理论分布函数。
[00%]采用Ξ种拟合优度检测方法：
[0027] 1 .Kolmogorov-Smirnov 化S)检测
[0028] KS检测的统计量定义为
[0029]
[0030] 2.Cramer-Von Mises(CVM)检测
[0031] CVM检测的统计量定义为
[0032]
[0033] 3. Anderson-Da;rling(AD)检测
[0034] AD检测的统计量定义为
[0035]
[0036] 在显著度水平α下，拟合优度检测通过比较统计量T(Dn，W2，^^)与口限丫的大小， 接受或拒绝原假设化。是否存在欺骗干扰的口限γ可由下式求得
[0037] Ρτ{Τ>γ|Ηο}=α (10)
[003引其中，T(DN，W2，_^^,)为检测统计量，丫为口限，α为显著水平，在运里也叫虚警概率， 即将假设化判为化的概率。若Τ含γ，则判为化，接收到的为真实信号，若Τ< γ，则判为化，接 收到的为欺骗干扰信号。
[0039] 第Ξ步:得到欺骗干扰检测性能。
[0040] 令A为阴影遮蔽的时间百分比，接收信号功率S的PDF可W表示为
[0041] fs(s) = (l-A)fs_Rice(s)+Afs_Rayl_LN(s) (11)
[00创其中，fs_Rice(S)为"好状态"下接收信号功率的PDF，fs_Rayl_LN(S)为"坏状态"下接收 信号功率的PDF。
[0043] 完整的转发式GNSS欺骗干扰检测概率为
[0044] Pd = ( 1 ~A) Pd, good+Apd, bad (12)
[0045] 其中，Pd, good，Pd,bad分别表示"好状态"和"坏状态"下的欺骗干扰检测概率。
[0046] 在"好状态"下，卫星信号的包络服从Rice分布，在"坏状态"下，卫星信号的包络服 从Ray 1 ei曲-Lognorma 1分布，而欺骗干扰信号的包络服从Ra^e i曲分布。所W，本发明基于 Ξ种拟合优度检测方法检测接收到的信号的包络是否服从Raylei曲分布，若服从Raylei曲 分布则为欺骗干扰信号，否则为卫星信号。通过仿真实验，验证了本发明方法在两种状态下 的有效性。
[0047] 本发明根据GNSS转发式欺骗干扰信道与导航卫星信道存在的统计特性差异，基于 Lutz卫星信道模型，提出基于拟合优度的GNSS转发式欺骗干扰检测方法;仿真实验结果表 明本发明具有良好的检测性能。
【附图说明】
[004引图1是拟合优度检测算法框图。
[0049] 图2是"好状态"下立种检测方法对比。
[0050] 图3是"坏状态"下立种检测方法对比。
[0051] 图4是不同时间百分比的检测性能对比。
【具体实施方式】
[0052] 本发明针对GNSS欺骗干扰检测问题展开研究，在"好状态"下，卫星信号的包络服 从化ce分布，在勺不状态"下，卫星信号的包络服从Raylei曲-Lognormal分布，而欺骗干扰信 号的包络服从Raylei曲分布。由此可知，卫星信号的包络与干扰信号的包络服从不同的分 布特性。因此，本发明基于Lutz卫星信道模型提出基于拟合优度的欺骗干扰检测方法。
[0053] W下结合附图对本发明作进一步说明，本发明一种优选的步骤如下：
[0054] 第一步:判定当前导航卫星信道的状态。根据接收到的信号中是否存在直射信号 分量，Lutz模型将卫星与地面之间的信道环境分为"好状态"和"坏状态"两种状态。GNSS接 收机可W根据当前接收到的信号的功率大小来判定当前导航卫星信道的状态，如果接收信 号功率超过某一 口限值，可认为当前为"好状态"，否则为"坏状态"。
[0化日]1丄utz卫星信道模型
[0056]当卫星信道环境为"好状态"时，假设只存在直射分量和多径分量没有阴影遮蔽， 则接收信号的包络服从Ri ce分布，其概率密度函数(PD巧为
[0化7]
[0化引其中，巧"是"好状态"下Rice分布的方差，Z是直射信号分量，Io(x)是第一类零阶贝 塞尔函数。
[0059] 当卫星信道环境为"坏状态"时，假设只有多径分量，没有直射分量，并且存在阴影 衰落，运种情况下，接收到的信号的包络服从Ray 1 e i曲-Lognorma 1分布。其PDF为
[0060]
[0001 ] 其中，fRay(u)和fLog(u)分别为Raylei曲分布与Lognormal分布，即
[0064] 其中，巧I为Raylei曲分布的方差，μ、σ/分别为Inu的均值和方差。
[0065] 2.欺骗干扰信道模型<