基于新息速率抗差估计的INS/GNSS组合导航系统欺骗检测算法

在INS/GNSS组合导航系统中常采用基于新息的欺骗检测算法。针对现有算法对同步式欺骗干扰的检测时间较长、漏警率和误警率较高的问题,提出了一种基于新息速率抗差估计的INS/GNSS组合导航系统欺骗检测算法。该算法将Kalman滤波估计得到的新息速率作为检测量来判断是否存在欺骗干扰,并利用抗差估计削弱欺骗干扰对新息序列的影响,通过调整等价权函数的参数进一步提高算法的检测能力。仿真结果表明:该算法对诱导速率为0.1 m/s的同步式欺骗干扰的检测时间缩短了60%以上,在3路以下的卫星信号被欺骗时,通过选择合适的检测门限,误警率和漏警率均能维持在4%以内。

北斗中长基线三频模糊度解算的自适应抗差滤波算法

针对经典TCAR(three carrier ambiguity resolution)算法受电离层延迟及测量噪声的影响,在中长基线下难以正确固定模糊度的问题,提出一种顾及电离层延迟影响并具有良好自适应抗差特性的改进TCAR算法。在无几何TCAR模型的基础上,通过对模糊度固定的超宽巷进行线性组合得到电离层延迟,再求解宽巷模糊度,通过构造最优组合观测量后用自适应抗差滤波求解窄巷模糊度,以提高窄巷模糊度固定正确率,减小粗差的不利影响。试验结果表明,改进TCAR算法可保证较高的宽巷模糊度固定正确率,有效提高了窄巷模糊度固定正确率,并具有良好抵抗粗差的能力。

欺骗干扰对GNSS/INS系统定位性能的影响

全球卫星导航系统(GNSS)/惯性导航系统(INS)的组合导航系统中,GNSS模块易受欺骗干扰的影响,通过开展欺骗干扰对GNSS/INS系统定位性能的影响分析,有助于发掘潜在的GNSS/INS组合系统欺骗干扰检测和抑制方法。将欺骗干扰分为阶跃式位置欺骗、斜坡式位置欺骗、阶跃式速度欺骗和斜坡式速度欺骗四类,根据相应类型的特点建立了欺骗干扰模型,基于该模型理论推导了欺骗干扰影响下位置偏差和速度偏差的变化规律:阶跃式位置欺骗产生阶跃的位置偏差和脉冲的速度偏差;斜坡式位置欺骗产生呈比例变化的位置偏差和阶跃的速度偏差;阶跃式速度欺骗产生阶跃变化的位置和速度偏差;斜坡式速度欺骗产生呈比例变化的位置和速度偏差。仿真结果表明,四类欺骗干扰对应的位置和速度偏差与理论分析一致,通过调整观测噪声矩阵中伪距测量噪声标准差,位置偏差最高减少了34.5%,速度偏差减少了99.5%,有效降低欺骗干扰对位置速度影响的程度。

卫星导航欺骗及检测(三):基于辅助信息的欺骗检测

简单介绍了相对位置已知的多天线欺骗检测技术和视觉、磁强计等其他传感器辅助的导航欺骗技术;详细论述了基于惯性导航辅助信息的卫星导航欺骗检测技术的研究现状和发展动态,指出可以利用惯性导航短时间精度较高的特性对卫星导航欺骗进行检测;最后,对基于辅助信息的欺骗检测技术发展趋势和应关注的研究方面进行了展望。

卫星导航欺骗及检测(一):典型事件及欺骗技术发展

简单论述了卫星导航欺骗式干扰与压制式干扰的区别,指出卫星导航欺骗式干扰更具有危害性。介绍了典型的导航欺骗攻击事件,论述了几次典型的导航欺骗攻击实验。从初级导航欺骗技术、中级导航欺骗技术和高级导航欺骗技术三个方面,详细阐述了卫星导航欺骗技术的发展。最后,探讨了卫星导航欺骗技术的发展方向。

卫星导航欺骗及检测(二):基于接收机改进的欺骗检测

为了进一步研究检测虚假的导航信息,从接收机改进的角度进行探讨:从扩频码加密和导航消息位身份验证等2个方面,介绍基于导航信号加密认证的全球卫星导航系统欺骗检测技术的研究现状和发展动态;然后,主要从卫星导航信号功率、多普勒频移一致性、信号质量监测、信号空间处理等4个方面,给出基于信号特征的欺骗检测技术研究动态;最后,在对欺骗检测技术进行分析的基础上,提出基于接收机改进的欺骗检测技术的发展建议。

卫星导航欺骗式干扰技术现状及展望

在卫星导航对抗技术迅速发展的背景下,卫星导航欺骗式干扰技术逐渐引起各国尤其是军事部门的重视。本文详细阐述了卫星导航欺骗式干扰的分类和实际设备的发展趋势,归纳了欺骗式干扰技术主要研究方向的发展现状,分别是生成式欺骗干扰、转发式欺骗干扰和欺骗信号功率控制策略,并分别预测了卫星导航欺骗式干扰技术的未来发展趋势。

卫星导航干扰技术的现状及展望

随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)应用于社会生活及军事领域的各个方面,卫星导航安全也日益受到各国重视。卫星导航欺骗式干扰技术因具有较大危害性和高度隐蔽性,逐渐成为影响卫星导航应用的严重威胁,也成为干扰技术研究的热点。本研究从GNSS欺骗器的发展、信号欺骗方法和轨迹欺骗方法3个方面对卫星导航欺骗式干扰关键技术的研究现状进行了梳理,并对卫星导航欺骗式干扰技术的未来发展趋势进行了展望。

TEXBAT场景的GPS接收机授时欺骗影响分析

针对目前有关GPS欺骗干扰技术的研究较少涉及GPS时间欺骗干扰,且因实验条件限制,难以构建与重放实际欺骗场景,因此不同场景GPS时间欺骗对目标接收机影响仍不明确的问题,基于TEXBAT(Texas Spoofing Test Battery)提供的3组不同场景GPS时间欺骗数据集,建立了GPS时间欺骗模型,分析了欺骗过程中存在的两种相位对齐模式对欺骗行为的影响;利用自编软件对采集的欺骗场景的原始高保真数字实时数据进行数据处理,分别得到目标接收机受欺骗与未受欺骗时的接收机钟差及钟差变化率、多普勒频率与载噪比、载波相位与接收机天线位置随时间的变化情况;深入分析了不同场景GPS时间欺骗对目标接收机的影响。实验结果表明,不同场景GPS时间欺骗将从不同角度有效影响GPS定时结果,所得结论将为GPS时间欺骗与抗欺骗技术提供重要参考。

基于双状态Χ~2检测和快速强跟踪AUKF的组合导航算法

针对GNSS/SINS/摄影测量组合导航中某个子系统发生故障时,整个导航系统易受到故障数据污染的问题,提出了一种基于快速强跟踪AUKF的双状态卡方(Χ^2)检测数据融合方法。首先,采用快速强跟踪AUKF算法进行滤波;然后,引入卡方检验通过检测UKF子滤波器输出的状态向量来定位故障参数;最后,采用强跟踪滤波准确跟踪状态矢量突变以增强系统鲁棒性,并根据自适应因子实时调整预测协方差阵以修正增益矩阵,使滤波结果不受异常信息的干扰。将提出的改进算法与常规算法分别应用于无人机着陆导航系统,结果显示:与传统UKF相比,提出的算法得到的位置误差减少了62.6%以上;与强跟踪UKF相比,导航误差也至少减小了32.6%。

混合运动模式下的双重阈值零速区间检测算法

针对固定阈值零速检测算法在混合运动模式下容易解算出错等问题,在分析了正常行走、上楼和下楼等三种室内常见运动模式的基础上,提出了一种混合运动模式下的双重阈值零速检测算法。该算法首先采用角速度变化特征点识别出正常行走、上楼和下楼等三种运动模式,然后根据不同的运动模式匹配相应的加速度和角速度阈值以及时间窗口的大小,利用双重阈值配合时间窗口的方法检测得到零速区间。最后,采用该算法对不同的行人的步态在混合运动模式下进行了检测,结果表明该方法可有效识别每步的运动模式,并且能够完全检测出每步的零速区间。在定位结果上相比于固定阈值零速检测法,该算法的定位精度平均提升了70%以上。

改进的STUKF及其在多传感器信息融合中的应用

针对卫星导航信号不可用时引起组合导航性能降低问题,设计了适用于飞行器进近的卫星导航/捷联惯导/摄影定位(GNSS/SINS/Photogrammetry)组合系统。针对飞行器着陆时对系统位姿精度和自主性高的要求及其存在加减速、转弯等高动态的特性,以及采样点初始信息的不确定性导致UKF滤波器误差变大或者发散的问题,各子滤波器的状态估计采用改进的强跟踪无迹卡尔曼滤波(STUKF)方法。数字仿真表明,与传统UKF算法相比,改进的算法对载体的位姿估计精度更高,且只需一次UT变换,无需求解雅可比矩阵;计算复杂度降低对飞行器进近的过程有一定适应性。

GNSS欺骗干扰效能指标检测方法

近年“导航战”日益得到各国的重视,欺骗式干扰技术已经从早期的理论研究与仿真阶段,迈向具体试验阶段。有效地评估装备作战效能和论证其应用于现实需求条件下的实际效能,将成为增强现代化卫星导航信息对抗作战能力及改善装备核心性能的重要因素。全文以前人研究的欺骗干扰关键技术为基础,从导航信号、定位结果、软硬件性能等方面入手,从基本指标到欺骗效能指标,构建效能指标;并结合欺骗干扰原理、计算方法,总结各项指标的具体检测方法及计算模型,全面完善效能评估研究,为后期评估试验平台搭建及实施打基础。