全球定位系统

摘要:
卫星导航信号存在固有脆弱性，极易受到有意或无意的电磁干扰，因此开展卫星导航服务性能和干扰信号的监测与评估，对支持导航系统运行服务和保障时空信息应用安全具有重要意义. 本文针对卫星导航服务性能监测评估的机理特点，结合干扰监测排查的现实需求，给出了系统建设的总体架构和运行的机制流程，并就系统效能发挥的关键技术进行研究分析，为工程化构建“多源融合、广域覆盖，立体感知、快速响应”的导航应用监测保障系统提供总体指导和技术支撑.

ICG IDM情况介绍及卫星导航干扰检测定位技术发展分析

靳睿敏, 甄卫民, 韩超, 陈丽, 陈奇东, 杨会贇, 崔翔, 谷明月

2024, 49(4): 10-21. doi: 10.12265/j.gnss.2024039

[摘要](165) [HTML全文] (48) [PDF 3256KB](16)

摘要:
GNSS广泛地应用于各行各业，但是存在卫星导航信号落地功率低，极易受到各种有意和无意的电磁干扰影响，会对卫星导航应用造成严重的威胁. 随着卫星导航的广泛应用，卫星导航信号受干扰问题引起了国际的广泛关注. 全球卫星导航系统国际委员会(International Committee on Global Navigation Satellite Systems，ICG)为此成立了专门的卫星导航干扰检测与削弱(IDM)工作组，旨在开展各国在该领域的政策法规、相关技术及IDM系统建设的研讨与交流. 本文介绍和分析了ICG IDM的重要进展及研究态势，并对干扰检测定位理论技术及国内外卫星导航干扰监测系统的研究进展进行了梳理，对深化卫星导航干扰监测的理论与技术研究及保障卫星导航安全具有重要的技术借鉴与研究支撑.

基于差分隐私的卫星互联网协同定位研究

陶祎航, 李建华

2024, 49(4): 22-27. doi: 10.12265/j.gnss.2024032

[摘要](169) [HTML全文] (57) [PDF 2316KB](19)

摘要:
卫星互联网基于GNSS为用户提供定位、导航和定时服务，但GNSS协同定位过程会泄露包含用户位置信息的数据从而对用户隐私安全造成威胁. 针对当前GNSS协同定位隐私保护方面存在的问题，本文提出了一种基于差分隐私的卫星导航系统协同定位方法. 该方法首先生成扰动位置，并在满足隐私预算的前提下随机选择扰动位置计算定位协同数据，防止用户位置信息在协作过程中泄露. 实验结果表明：所提出的方法可以在保障定位准确率和实时性的前提下有效保护用户位置隐私，可为卫星互联网协同定位信息安全研究提供理论参考.

俄乌冲突导航对抗运用分析研究

贾赞杰, 于合理, 武智佳, 代桃高

2024, 49(4): 28-33, 41. doi: 10.12265/j.gnss.2024026

[摘要](133) [HTML全文] (80) [PDF 4320KB](30)

摘要:
俄乌冲突是当今国际形势的重大热点. 本文梳理了俄乌双方导航对抗装备状况，选取典型战例，利用冲突地域附近的国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)监测站数据，结合俄乌双方的军事行动，分析双方在冲突中围绕争夺导航资源控制权所采取的措施，深入研究双方导航对抗运用方法. 经分析可知，冲突地域卫星导航信号状况作为战场情报的重要来源之一，结合其他侦察手段，进行综合分析、研判，可综合反应战场军事动态.

利用接收机载噪比测量值的GNSS干扰源定位技术

刘智健, 姚志强, 邓敏, 彭德义, 姜帆

2024, 49(4): 34-41. doi: 10.12265/j.gnss.2024033

[摘要](198) [HTML全文] (39) [PDF 2609KB](25)

摘要:
由于GNSS信号在抵达地面时信号强度较低，极易遭受无意或蓄意的人为干扰，严重时甚至会导致导航和定位服务不可用，因此，定位和消除干扰源显得尤为重要. 面向常见的压制式干扰，针对目前的定位方法主要是对原始采样信号进行处理，实现起来往往具有设备复杂、计算量大、成本高的问题. 本文提出了一种利用普通商用接收机的载噪比(carrier-to-noise ratio，C/N₀)测量值进行GNSS干扰源定位的方法，通过C/N₀测量值估计干扰信号强度差，进而解算出干扰源位置. 实测结果表明：视距条件下，在约11 400 m²的监测区域中，该方法能够达到13.17 m的平均绝对定位误差，且耗时较少，可实现干扰源的有效定位. 所提方法无需对接收机进行软硬件的改动，实现简单，成本低，利于工程应用.

从信息安全角度浅析RDSS系统的安全性

张涛, 聂桂根, 马俊

2024, 49(4): 42-47. doi: 10.12265/j.gnss.2024055

[摘要](106) [HTML全文] (31) [PDF 2732KB](12)

摘要:
针对卫星无线电测定业务(radio determination satellite service，RDSS)系统的信号结构和运行机制，分析了RDSS系统的安全优势，从信息安全的保密性、完整性和可用性三个角度研究了RDSS系统可能存在的安全隐患和应对措施，特别是采用射频录制和回放(record and replay，RAR)手段对RDSS系统可能存在的仿冒与欺骗安全隐患做了验证. 证明RDSS系统在抗RAR攻击方面存在漏洞，容易被RAR攻击欺骗，这种欺骗攻击暴露了RDSS系统存在完整性和可用性上的安全隐患，可能使得终端用户造成信息混乱，也可能使终端用户被触发频次限制，无法得到正常的服务. 最后提出了针对此类安全隐患提高系统安全性的几种措施.

基于开/闭环交替的GNSS/INS一致性欺骗检测技术

程予洋, 彭新智, 封帆, 徐奕禹, 袁雪林, 朱祥维

2024, 49(4): 48-55, 65. doi: 10.12265/j.gnss.2024020

[摘要](124) [HTML全文] (46) [PDF 3392KB](15)

摘要:
GNSS与惯性导航系统(inertial navigation system，INS)在车辆、无人机等领域广泛应用，但GNSS接收机容易受到欺骗信号影响，因此本文提出一种利用INS观测量的一致性欺骗检测技术. 惯性器件有着不易受欺骗信号干扰和易产生累计误差的特性，通过开/闭环交替反馈估计误差来构建GNSS/INS组合导航，在开环期间设置欺骗检测窗口，将惯性器件和GNSS得到的加速度、角速度统计检测量进行一致性检测，判断是否存在欺骗. 实验结果证明：当窗口时间为70 s时，检测概率达到99.2%，虚警概率为5.2%.

基于新型SQM的GNSS欺骗式干扰检测技术

邓敏, 廖欣璐, 郭莹莹, 姚志强

2024, 49(4): 56-65. doi: 10.12265/j.gnss.2024017

[摘要](208) [HTML全文] (52) [PDF 3167KB](20)

摘要:
GNSS在基础设施应用的定位、导航、授时领域具有重要的战略意义. 鉴于GNSS信号落地功率极低、民码结构透明等特点，民用卫星信号极易受到干扰和欺骗攻击，使得GNSS在获得广泛应用的同时也受到严重的干扰问题. 本文针对传统信号质量监测(signal quality monitoring，SQM )检测量检测概率低和可靠性差的问题，提出一种无需使用跟踪支路载波相位信息的新型SQM检测量，将检测数据值进行滑动平均处理，减少异常波动值造成检测虚警率增高的情况，并推导了检测量的统计分布特性，设置在无先验信息下的计算门限与测量门限，能够避免出现在欺骗与真实导航卫星信号相对载波相位为π的整数倍时，检测失效的情况. 在美国德克萨斯大学奥斯汀分校的公共数据库TEXBAT (texas spoofing test battery)的实采信号上进行的对比实验结果表明，所提基于I、Q支路能量变化的双重门限SQM检测算法在不同实采信号场景下均能够在较短的时间内以较优的准确度检测出欺骗攻击. 研究成果对未来抗欺骗通信设备开发具有一定的参考价值，不仅能够有效提高检测性能，且无需对接收机硬件结构进行大规模的改变.进行大规模的改变.

多相关器联合功率GNSS欺骗干扰检测方法研究

赵慎, 廖一霏, 李世玲, 周开军

2024, 49(4): 66-74. doi: 10.12265/j.gnss.2023235

[摘要](130) [HTML全文] (34) [PDF 3548KB](13)

摘要:
GNSS民用信号因其公开性和脆弱性易受外界欺骗干扰. 作为欺骗干扰检测的有效方法，信号质量监测(signal quality monitoring，SQM)技术通过检测接收机跟踪环路早码、即时码、晚码(early late phase，ELP)的相关结果，与无欺骗时的相关特性对比，判断是否存在欺骗干扰. 常规SQM算法仅利用ELP三个信息，检测性能受限，为此提出多相关器联合功率(SQM detection of power combined Multi-correlator groups，SPCM)算法. 以ELP之间多个等间隔相关器输出功率的加权为检测量，且取相关时刻与即时码时间差的反比为加权系数；进一步分析检测量的概率分布特性，并基于Neyman-Pearson理论确定最佳检测阈值，通过比较检测量与检测阈值的大小，判断是否存在欺骗干扰. 基于美国德克萨斯大学奥斯汀分校公开的场景四数据集进行试验，结果表明：与Ratio和ELP等典型SQM算法相比，在不同虚警率条件下，所提出SPCM算法兼具高检测概率和快速预警响应时间性能.

基于阵列天线信号处理的防欺骗技术

卢建军, 彭新智, 封帆, 黄楚涵, 袁雪林, 朱祥维

2024, 49(4): 75-85. doi: 10.12265/j.gnss.2024019

[摘要](158) [HTML全文] (45) [PDF 2491KB](21)

摘要:
GNSS在国家基础设施以及生命安全应用中扮演重要角色，但日益增长的欺骗干扰事件给GNSS带来了巨大威胁. 本文介绍了基于阵列天线信号处理的防欺骗技术，根据阵列构型的不同，从均匀阵列和稀疏阵列两个方面总结了欺骗干扰检测与欺骗干扰抑制方法. 其中稀疏阵列相较均匀阵列，在相同天线阵元数的情况下，拥有更大的阵列孔径及自由度，极大地降低了设备成本，但其对相干信号处理技术要求更高. 最后本文给出了防欺骗干扰技术面临的难题以及其未来的发展趋势.

基于长短期记忆网络的授时欺骗检测方法

盛孟刚, 盛思缘, 邓敏, 王礼亮, 姚志强

2024, 49(4): 86-91. doi: 10.12265/j.gnss.2024034

[摘要](131) [HTML全文] (60) [PDF 2628KB](13)

摘要:
时空信息安全是国家关键基础设施安全的基础，时间系统被阻断或受到干扰会对国家经济带来巨大损失，甚至对国防安全造成重大威胁. 现有授时欺骗检测方法主要对接收机时钟模型变化特点建立模型，对欺骗进行检测. 由于攻击方式的不确定性和建立的接收机时钟模型计算拟合过程中自身存在的系统误差，时钟模型参数准确拟合难度较大. 环境适应能力较低. 基于此，本文提出一种基于长短期记忆网络(long short-term memory，LSTM)的授时欺骗检测方法. 该方法无需考虑授时欺骗的攻击方式，泛化能力强. 根据授时欺骗前后接收机钟差变化的特点，利用LSTM优异的时间序列预测能力对接收机钟差变化趋势进行准确跟踪，实现对授时欺骗干扰的有效检测. 最后使用TEXBAT(texas spoofing test battery)授时欺骗场景数据进行实验与分析，将LSTM与多层感知机(multilayer perceptron，MLP)进行实验对比. 结果表明：LSTM授时欺骗检测的性能优于MLP.

一种卫星导航分布式压制干扰优化布站方法

肖逸凡, 刘伟平, 蔚佳树

2024, 49(4): 92-98. doi: 10.12265/j.gnss.2024028

[摘要](135) [HTML全文] (39) [PDF 2705KB](16)

摘要:
卫星导航已广泛应用于人类生产生活的各个领域. 然而，由于落地信号微弱等原因，卫星导航信号容易受到干扰. 在实际应用中，分布式压制干扰因其覆盖范围大、不易被探测等优点，成为卫星导航干扰的一种有效手段. 本文采用基于参考面的可视域算法计算单个干扰站在特定地形内的干扰范围. 在此基础上，采用循环迭代的方法来寻找分布式压制干扰的最优布站方案.实验分析表明：在本文实验条件下，分布式压制干扰覆盖率达到了98%以上，明显优于传统大功率单干扰源的74.18%，同时，通过合理设置红区和绿区，还可进一步突出重点压制干扰目标，实现多重压制干扰.

基于PCS与Ratio融合的GNSS欺骗检测方法研究

赵慎, 胡勇, 李世玲, 夏意

2024, 49(4): 99-106. doi: 10.12265/j.gnss.2023234

[摘要](107) [HTML全文] (48) [PDF 2994KB](11)

摘要:
针对功率监测与信号质量监测(signal quality monitoring，SQM)融合(power combined with SQM，PCS)的欺骗检测算法的检测性能在牵引阶段波动性大的问题，提出一种基于PCS与Ratio融合(PCSR)的欺骗检测算法，以改善检测性能. PCSR算法的融合过程使用加权因子将处理后的PCS与Ratio两者的幅值进行线性加权，并通过改变加权因子调整PCS和Ratio对PCSR的贡献. 实验使用美国德克萨斯大学奥斯汀分校的欺骗测试数据集(texas spoofing test battery，TEXBAT)的场景4(data scenario 4，DS4)数据集，比较并分析PCS、Ratio和PCSR算法的欺骗检测性能. 实验结果表明： PCSR具有更高检测概率、检测精度、更好的即时性和稳健性以及更宽检测范围. 提出的PCSR算法兼顾PCS和Ratio两种算法的优点，拥有更优的欺骗检测性能.

基于北斗短报文和紧急无线示位标的海上搜救终端

马骏, 聂桂根, 廖密, 高文亮

2024, 49(4): 107-112. doi: 10.12265/j.gnss.2024057

[摘要](97) [HTML全文] (50) [PDF 2310KB](10)

摘要:
针对海上遇险报警终端定位精度和实时性不足等问题，设计一种兼具北斗短报文和紧急无线示位标(emergency position indicating radio beacon，EPIRB)功能的海上搜救终端. 结合指挥中心和相关软件系统，实现遇险快速上报和精确定位. 北斗短报文可以实现终端和卫星之间的通讯. 全球卫星搜救系统(COSPAS-SARSAT)是由国际海事卫星组织推行的海上遇险搜救系统的重要组成部分，通过EPIRB发送的信号，来定位事故地点和事故信息. 将北斗短报文和EPIRB结合，并联合定位模块和温度、心率等传感器. 当持有者遇险时，海上搜救终端会立刻不断向指挥中心发送遇险信息，通过指挥中心解析可对救援任务展开提供支持. 经测试，其动态、静态定位精度达到10 m级；具有北斗短报文，紧急无线示位标通讯功能.

加权K-Means与DRSS定位结合的GNSS干扰源定位方法

程涵清, 张国梅, 彭可军

2024, 49(4): 113-120, 126. doi: 10.12265/j.gnss.2024025

[摘要](83) [HTML全文] (31) [PDF 2975KB](8)

摘要:
针对基于载噪比(carrier to noise ratio，CNR)的GNSS干扰源定位，在存在多个干扰源、多径传输且接收机间距较远时定位难度大、精度低的问题，提出了一种加权K均值(K-Means)聚类算法与基于差分接收信号强度(differential received signal strength，DRSS)的方程解算定位相结合的多干扰源定位方法. 在假设干扰源个数确定以及单个接收机只受到一个干扰源影响的前提下，设计了改进的加权K-Means聚类算法实现对多个干扰源位置的初步估计. 为了进一步降低在观测接收机相距较远时加权K-Means方法的定位误差，在聚类后选取各簇内受干扰影响显著的接收CNR构建基于DRSS的定位方程组，通过方程解算得到更加精细的定位结果. 仿真结果表明，所提出的定位方案可以实现对多干扰源的定位，结合DRSS参数定位后，单干扰源场景下定位误差可降低19%以上，存在两个单音干扰源的场景下定位误差可降低38%以上.

针对无人机防御的卫星导航干扰方法研究

耿泽淇, 于合理, 贾赞杰, 蔡勇, 唐斌

2024, 49(4): 121-126. doi: 10.12265/j.gnss.2024068

[摘要](132) [HTML全文] (50) [PDF 2560KB](24)

摘要:
针对日益增多的恶性无人机“黑飞”现象，并考虑到其卫星导航终端会装载多阵元自适应调零抗干扰天线以提高导航资源使用能力，分析了采用卫星导航干扰进行无人机防御的优点，探索出一种针对无人机防御的卫星导航干扰方法. 阐述从单干扰源到多干扰源的导航干扰实施策略，并给出了评估指标. 本文研究有助于帮助防护人员准确探索有效防御边界，判断薄弱区域，优化干扰源部署策略，提高防护效率. 同时，开发了一款防御效果评估软件，其可呈现防御态势，使得防御效果显示更加直观.