【CN109683178A】卫星导航欺骗检测方法和装置【专利】
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
述欺骗检测结果为欺骗信号。 8 .一种卫星导航欺骗检测装置，其特征在于，包括： 运动记录单元，用于获取信号接收设备在垂直往复运动时的各跟踪通道的多普勒值； 变化幅 值单元 ，用于基于所述各跟踪通道的 多普勒值 ，获取所述各跟踪通道的 多普勒
变化幅值； 检 测单元 ，用于基于所述各跟踪通道的 多普勒变化幅 值 ，以 及所述各跟踪通道对应卫
权利要求书2页 说明书9页 附图2页
CN 109683178 A
CN 109683178 A
权 利 要 求 书
1/2 页
1 .一种卫星导航欺骗检测方法，其特征在于，包括： 获取信号接收设备在垂直往复运动期间的各跟踪通道的多普勒值； 基于所述各跟踪通道的多普勒值，获取所述各跟踪通道的多普勒变化幅值； 基于所述各跟踪通道的多普勒变化幅值，以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦 值，获取欺骗检测结果。 2 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述各跟踪通道的多普勒值，获 取所述各跟踪通道的多普勒变化幅值，具体包括： 对任一所述跟踪通道的 多普勒值进行去中心化处理 ，得到所述任一跟踪通道的 多普勒 变化值； 基于所述各跟踪通道的多普勒变化值构建矩阵 ，对所述矩阵进行奇异值分解，得到所 述各跟踪通道的多普勒变化幅值。 3 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述各跟踪通道的多普勒变化幅 值，以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦值，获取欺骗检测结果，具体包括： 计算所述各跟踪通道的多普勒变化幅值以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦 值之间的相关系数； 基于所述相关系数获取所述欺骗检测结果。 4 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述各跟踪通道的多普勒变化幅 值，以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦值，获取欺骗检测结果，之前还包括： 接收导航信号； 基于所述导航信号分别获取用户位置和各跟踪通道对应的卫星位置； 基于所述用户位置和各跟踪通道对应的卫星位置，计算所述各跟踪通道对应卫星的俯 仰角正弦值。 5 .根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对任一所述跟踪通道的多普勒值进行 去中心化处理，得到所述任一跟踪通道的多普勒变化值，之前还包括： 基于预设时间段，对任一所述跟踪通道的多普勒值进行分段平均。 6 .根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述各跟踪通道的多普勒值构建 矩阵 ，具体包括 ： 基于所述各跟踪通道的多普勒值构建观测矩阵 和/或相关矩阵 ； 对应地，所述对所述矩阵进行奇异值分解，得到所述各跟踪通道的多普勒变化幅值，具 体包括： 基于下式对所述观测矩阵和/或相关矩阵进行奇异值分解：
2/2 页
式中，ρ为所述相关系数， 为所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦值， 为所述各
跟踪通道的多普勒变化幅值； 所述基于所述相关系数获取所述欺骗检测结果，具体包括： 通过下式获取检测统计量γ： γ＝-log10(1-ρ) ； 若所述检测统计量大于预设阈值，则确定所述欺骗检测结果为真实信号；否则，确定所
代理人 王莹 吴欢燕
(51)Int .Cl . G01S 19/21(2010 .01)
(10)申请公布号 CN 109683178 A (43)申请公布日 2019.04.26
( 54 )发明 名称 卫星导航欺骗检测方法和装置
( 57 )摘要 本发明实施例提供一种卫星导航欺骗检测
方法 和装置 ，其中所述方法包括 ：获取 信号接收 设备在垂直往复运动期间的各跟踪通道的多普 勒值 ；基于所述各跟踪通道的 多普勒值 ，获取所 述各跟踪通道的多普勒变化幅值；基于所述各跟 踪通道的多普勒变化幅值，以及所述各跟踪通道 对应卫星的 俯 仰 角正弦值 ，获取欺骗检 测结果。 本发明实施例提供的方法和装置，通过信号接收 设备垂直往复运动获取多普勒变化幅值，并基于 多普勒变化幅值和卫星的俯仰角正弦值，进行欺 骗检测，成本低廉，实现简单，不仅可以检测来自 于同一天线的欺骗干扰，而且可以检测来自于不 同 天线的 分布式 欺骗干扰 ，适 用范围 更广 ，性能 更优。
其中， 为所述观测矩阵， 为所述相关矩阵， 为奇异值， 为所述各跟踪通道的多普勒变化幅值， 为所述信号接收设备的垂直
往复运动的归一化速度。 7 .根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述各跟踪通道的多普勒变化幅
2
CN 109683178 A
权 利 要 求 书
值以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦值之间的相关系数，具体包括： 通过下式获取所述相关系数：
星的俯仰角正弦值，获取欺骗检测结果。 9 .一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和总线，其中，处理器，通
信接口 ，存储器通过总线完成相互间的通信 ，处理器可以 调用存储器中的辑指令 ，以执行 如权利要求1至7任一所述的方法。
10 .一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机 程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一所述的方法。
3
CN 109683178 A
说 明 书
1/9 页
卫星导航欺骗检测方法和装置
技术领域 [0001] 本发明实施例涉及全球导航卫星系统技术领域，尤其涉及一种卫星导航欺骗检测 方法和装置。
背景技术 [0002] 全球定位系统(Global Positioning System，GPS)在当今社会的众多领域发挥着 不可或缺的作用，但其本身极易受到同频段的无线信号干扰，且由于其民 用信号的结构和 特性公开可知，导致其很容易被伪造。 [0003] 近年来，随着电子技术的迅猛发展，如今人们已经可以利用公开资料构造出威胁 其他 用户正常获取定位、导航与定时 (Position ，Navigation ，Time ，PNT) 服务的设备。近十 年来，一种被称为导航欺骗(GPS Spoofing)的手段由于其潜在危害极大而成为导航业界关 心的话题。导航欺骗通过技术手段仿造出与真实GPS信号几乎一样的信号。然后将其发送给 目标接收 机 ，能使其在几乎没有任何异常的 情况下锁定在伪造的 假信号上 ，从而向 用户提 供虚假的定位、定时结果，达到欺骗的目的。 [0004] 为了抵御导航欺骗信号影响，人们提出了许多反导航欺骗的算法。其中，对导航欺 骗信号的检测是后续进行反欺骗的基本手段。目前，已经有众多的欺骗检测方法被提出来， 按照其基本原理不同可以大体分为三类：信号设计类、外部辅助类和信号处理类。这其中基 于单天线的导航信号信息处理类方法因其实现成本复杂度较低而备受瞩目。 [0005] 然而，由于现有技术的导航信号信息处理类方法基本都从先假设欺骗设备仅有一 个发射天线出发 ，进而寻找其与真实 信号在信号特征上的 不同 来检测欺骗信号是否存在。 随 着欺骗技术的日 渐发展 ，这 种假设在许多欺骗场景下将不再成立 ，基于这 种假设的 欺骗 检测方法将无法成立。当前的导航信号信息处理类方法中 ，尚 无能 够有效抵抗基于多发射 天线的欺骗设备的方法。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910032676 .1
(22)申请日 2019 .01 .14
(71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园北京 100084-82信箱
(72)发明人 何力 李洪 魏熠民 陆明泉
(74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002
变化幅值； 检 测单元 ，用于基于所述各跟踪通道的 多普勒变化幅 值 ，以 及所述各跟踪通道对应卫
权利要求书2页 说明书9页 附图2页
CN 109683178 A
CN 109683178 A
权 利 要 求 书
1/2 页
1 .一种卫星导航欺骗检测方法，其特征在于，包括： 获取信号接收设备在垂直往复运动期间的各跟踪通道的多普勒值； 基于所述各跟踪通道的多普勒值，获取所述各跟踪通道的多普勒变化幅值； 基于所述各跟踪通道的多普勒变化幅值，以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦 值，获取欺骗检测结果。 2 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述各跟踪通道的多普勒值，获 取所述各跟踪通道的多普勒变化幅值，具体包括： 对任一所述跟踪通道的 多普勒值进行去中心化处理 ，得到所述任一跟踪通道的 多普勒 变化值； 基于所述各跟踪通道的多普勒变化值构建矩阵 ，对所述矩阵进行奇异值分解，得到所 述各跟踪通道的多普勒变化幅值。 3 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述各跟踪通道的多普勒变化幅 值，以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦值，获取欺骗检测结果，具体包括： 计算所述各跟踪通道的多普勒变化幅值以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦 值之间的相关系数； 基于所述相关系数获取所述欺骗检测结果。 4 .根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述各跟踪通道的多普勒变化幅 值，以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦值，获取欺骗检测结果，之前还包括： 接收导航信号； 基于所述导航信号分别获取用户位置和各跟踪通道对应的卫星位置； 基于所述用户位置和各跟踪通道对应的卫星位置，计算所述各跟踪通道对应卫星的俯 仰角正弦值。 5 .根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对任一所述跟踪通道的多普勒值进行 去中心化处理，得到所述任一跟踪通道的多普勒变化值，之前还包括： 基于预设时间段，对任一所述跟踪通道的多普勒值进行分段平均。 6 .根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述各跟踪通道的多普勒值构建 矩阵 ，具体包括 ： 基于所述各跟踪通道的多普勒值构建观测矩阵 和/或相关矩阵 ； 对应地，所述对所述矩阵进行奇异值分解，得到所述各跟踪通道的多普勒变化幅值，具 体包括： 基于下式对所述观测矩阵和/或相关矩阵进行奇异值分解：
2/2 页
式中，ρ为所述相关系数， 为所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦值， 为所述各
跟踪通道的多普勒变化幅值； 所述基于所述相关系数获取所述欺骗检测结果，具体包括： 通过下式获取检测统计量γ： γ＝-log10(1-ρ) ； 若所述检测统计量大于预设阈值，则确定所述欺骗检测结果为真实信号；否则，确定所
代理人 王莹 吴欢燕
(51)Int .Cl . G01S 19/21(2010 .01)
(10)申请公布号 CN 109683178 A (43)申请公布日 2019.04.26
( 54 )发明 名称 卫星导航欺骗检测方法和装置
( 57 )摘要 本发明实施例提供一种卫星导航欺骗检测
方法 和装置 ，其中所述方法包括 ：获取 信号接收 设备在垂直往复运动期间的各跟踪通道的多普 勒值 ；基于所述各跟踪通道的 多普勒值 ，获取所 述各跟踪通道的多普勒变化幅值；基于所述各跟 踪通道的多普勒变化幅值，以及所述各跟踪通道 对应卫星的 俯 仰 角正弦值 ，获取欺骗检 测结果。 本发明实施例提供的方法和装置，通过信号接收 设备垂直往复运动获取多普勒变化幅值，并基于 多普勒变化幅值和卫星的俯仰角正弦值，进行欺 骗检测，成本低廉，实现简单，不仅可以检测来自 于同一天线的欺骗干扰，而且可以检测来自于不 同 天线的 分布式 欺骗干扰 ，适 用范围 更广 ，性能 更优。
其中， 为所述观测矩阵， 为所述相关矩阵， 为奇异值， 为所述各跟踪通道的多普勒变化幅值， 为所述信号接收设备的垂直
往复运动的归一化速度。 7 .根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述各跟踪通道的多普勒变化幅
2
CN 109683178 A
权 利 要 求 书
值以及所述各跟踪通道对应卫星的俯仰角正弦值之间的相关系数，具体包括： 通过下式获取所述相关系数：
星的俯仰角正弦值，获取欺骗检测结果。 9 .一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和总线，其中，处理器，通
信接口 ，存储器通过总线完成相互间的通信 ，处理器可以 调用存储器中的辑指令 ，以执行 如权利要求1至7任一所述的方法。
10 .一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机 程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一所述的方法。
3
CN 109683178 A
说 明 书
1/9 页
卫星导航欺骗检测方法和装置
技术领域 [0001] 本发明实施例涉及全球导航卫星系统技术领域，尤其涉及一种卫星导航欺骗检测 方法和装置。
背景技术 [0002] 全球定位系统(Global Positioning System，GPS)在当今社会的众多领域发挥着 不可或缺的作用，但其本身极易受到同频段的无线信号干扰，且由于其民 用信号的结构和 特性公开可知，导致其很容易被伪造。 [0003] 近年来，随着电子技术的迅猛发展，如今人们已经可以利用公开资料构造出威胁 其他 用户正常获取定位、导航与定时 (Position ，Navigation ，Time ，PNT) 服务的设备。近十 年来，一种被称为导航欺骗(GPS Spoofing)的手段由于其潜在危害极大而成为导航业界关 心的话题。导航欺骗通过技术手段仿造出与真实GPS信号几乎一样的信号。然后将其发送给 目标接收 机 ，能使其在几乎没有任何异常的 情况下锁定在伪造的 假信号上 ，从而向 用户提 供虚假的定位、定时结果，达到欺骗的目的。 [0004] 为了抵御导航欺骗信号影响，人们提出了许多反导航欺骗的算法。其中，对导航欺 骗信号的检测是后续进行反欺骗的基本手段。目前，已经有众多的欺骗检测方法被提出来， 按照其基本原理不同可以大体分为三类：信号设计类、外部辅助类和信号处理类。这其中基 于单天线的导航信号信息处理类方法因其实现成本复杂度较低而备受瞩目。 [0005] 然而，由于现有技术的导航信号信息处理类方法基本都从先假设欺骗设备仅有一 个发射天线出发 ，进而寻找其与真实 信号在信号特征上的 不同 来检测欺骗信号是否存在。 随 着欺骗技术的日 渐发展 ，这 种假设在许多欺骗场景下将不再成立 ，基于这 种假设的 欺骗 检测方法将无法成立。当前的导航信号信息处理类方法中 ，尚 无能 够有效抵抗基于多发射 天线的欺骗设备的方法。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910032676 .1
(22)申请日 2019 .01 .14
(71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园北京 100084-82信箱
(72)发明人 何力 李洪 魏熠民 陆明泉
(74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002