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利用部分可信信号的导航终端欺骗干扰检测方法

王环宇 林红磊 欧钢 唐小妹

王环宇, 林红磊, 欧钢, 唐小妹. 利用部分可信信号的导航终端欺骗干扰检测方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT240067
引用本文: 王环宇, 林红磊, 欧钢, 唐小妹. 利用部分可信信号的导航终端欺骗干扰检测方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT240067
WANG Huanyu, LIN Honglei, OU Gang, TANG Xiaomei. The Spoofing Detection Method of Navigation Terminal Using Partial Authenticated Signals[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT240067
Citation: WANG Huanyu, LIN Honglei, OU Gang, TANG Xiaomei. The Spoofing Detection Method of Navigation Terminal Using Partial Authenticated Signals[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT240067

利用部分可信信号的导航终端欺骗干扰检测方法

doi: 10.11999/JEIT240067
详细信息
    作者简介:

    王环宇:女,博士生,研究方向为卫星导航信号认证

    林红磊:男,副研究员,研究方向为卫星导航系统与信号处理

    欧钢:男,教授,研究方向为卫星导航定位、综合导航定位授时

    唐小妹:女,研究员,研究方向为导航信号体制设计、导航安全对抗等

    通讯作者:

    林红磊 linhonglei@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: TN967.1

The Spoofing Detection Method of Navigation Terminal Using Partial Authenticated Signals

  • 摘要: 导航信号认证服务处于初步部署阶段,认证信号对地覆盖重数无法满足独立定位授时需求,现有研究对这一阶段利用部分通过认证的信号,即可信信号,实现欺骗检测的方法关注度较低。针对这一现状,该文根据欺骗攻击原理,提出以可信信号为基准,基于可信信号伪距残差的欺骗检测方法,建立该场景下的欺骗检测模型,并分析影响所提方法检测性能的因素。经过仿真,在可信卫星数目为3颗、用户定位精度约10 m条件下,当欺骗导致的定位偏差为100 m时,该方法的平均欺骗检测概率可达0.96。此外,该文对算法欺骗检测盲区进行了分析,证明所提算法对于绝大部分欺骗导致的定位结果均有效。
  • 图  1  不同可信卫星数目下时间欺骗导致的伪距拉偏距离与平均欺骗检测概率的关系曲线

    图  2  M=2时接收机钟差变化量对算法检测性能的影响曲线

    图  3  不同安全认证信号数目的检测性能

    图  4  观测时刻不同用户测距误差的标准差与不同可信卫星数目单点定位精度统计结果对比图

    图  5  不同卫星数目观测时刻检测统计量取值统计结果对比图

    图  6  伪距测量误差标准差与平均欺骗检测概率的关系

    图  7  欺骗导致的定位偏差r与平均欺骗检测概率之间的关系曲线

    图  8  $ \Delta {d'^2} $与欺骗信号检测概率之间的曲线对比图(接收机位于北京,r=50 m, ${P_{{\text{fa}}}} = 0.01$, ${\sigma _{{\text{URE}}}} = 5.9{\text{ m}}$)

    图  9  算法检测盲区理论计算分布图

    表  1  只存在时间欺骗时,不同可信卫星数目下,算法可检测出的接收机钟差欺骗距离的理论值(s)

    可信卫星数目M 1 2 3
    算法可检测出的接收机钟差欺骗 $ \ge 7.7 \times {10^{ - 8}}$ $ \ge 5.9 \times {10^{ - 8}}$ $ \ge 5.0 \times {10^{ - 8}}$
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    表  2  仿真场景参数

    参数 描述
    仿真时段 2023年9月2日16:00-2023年9月3日16:00,观测时间间隔为10 min,观测历元共144个
    北斗星座 本文采用北斗三号卫星星座,包括:24颗MEO卫星,Walker24/3/1星座,卫星轨道高度为21 528 km,轨道倾角为55°;
    3颗GEO卫星,轨道高度为35 786 km,分别定位于东经80°, 110.5°, 140°;3颗IGSO卫星,轨道高度35 786 km,
    轨道倾角55°,相位间隔120°
    低轨星座 卫星播发认证信号,为近极地星座,为Walker类型,共有60颗卫星,6个轨道面,相位因子为1,轨道高度为1 175 km,轨道倾角为86.5°
    接收机位置 随机选择国内5个城市作为接收机所在位置(地心地固坐标),包括:
    哈尔滨(–2661.32,3576.94,4546.01) km、北京(–2176.85,4387.47,4071.96) km、兰州(–1231,5014.65,3736.14) km、
    成都(–1334.67,5326.66,3234.39) km、海口(–2083.66,5620.29,2172.46) km
    接收机天线 最低仰角为15°
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-29
  • 修回日期:  2024-09-05
  • 网络出版日期:  2024-09-09

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