留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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

邓敏, 廖欣璐, 郭莹莹, 姚志强. 基于新型SQM的GNSS欺骗式干扰检测技术[J]. 全球定位系统, 2024, 49(4): 56-65. doi: 10.12265/j.gnss.2024017
引用本文: 邓敏, 廖欣璐, 郭莹莹, 姚志强. 基于新型SQM的GNSS欺骗式干扰检测技术[J]. 全球定位系统, 2024, 49(4): 56-65. doi: 10.12265/j.gnss.2024017
DENG Min, LIAO Xinlu, GUO Yingying, YAO Zhiqiang. A novel GNSS spoofing interference detection technology based on SQM[J]. GNSS World of China, 2024, 49(4): 56-65. doi: 10.12265/j.gnss.2024017
Citation: DENG Min, LIAO Xinlu, GUO Yingying, YAO Zhiqiang. A novel GNSS spoofing interference detection technology based on SQM[J]. GNSS World of China, 2024, 49(4): 56-65. doi: 10.12265/j.gnss.2024017

基于新型SQM的GNSS欺骗式干扰检测技术

doi: 10.12265/j.gnss.2024017
基金项目: 湖南创新型省份建设专项经费资助(2023GK1040);湖南省教育厅项目(22C0055);国家自然科学基金青年项目(62103348)
详细信息
    作者简介:

    邓敏:(1987—),女,副教授,研究方向为导航干扰与抗干扰技术、资源调度、认知无线电. E-mail: iemdeng@xtu.edu.cn

    廖欣璐:(2000—),女,硕士研究生,研究方向为导航干扰与抗干扰技术. E-mail: 202221623157@smail.xtu.edu.cn

    郭莹莹:(1997—),女,硕士研究生,研究方向为导航干扰检测技术. E-mail: 2221027024@qq.com

    姚志强:(1975—),男,教授,研究方向为研究方向为导航定位、下一代宽带无线通信. E-mail: yaozhiqiang@xtu.edu.cn

    通信作者:

    姚志强 E-mail:yaozhiqiang@xtu.edu.cn

  • 中图分类号: P228;TN972.3

A novel GNSS spoofing interference detection technology based on SQM

  • 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IQ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.

     

  • 图  1  导航欺骗干扰原理示意图

    图  2  新型SQM检测量$ M\mathrm{_{value}} $的直方图与理论PDF曲线

    图  3  场景2中所提SQM检测量$ M_{\mathrm{value}} $时域瞬态响应

    图  4  场景2中的各检测量时域瞬态响应

    图  5  场景3中的新型SQM检测量$ {M_{{\text{value}}}} $时域瞬态响应

    图  6  不同场景下的新型SQM检测量$ {M_{{\text{value}}}} $欺骗判决结果图

    图  7  不同场景下的欺骗检测概率图

    图  8  ELP与新型SQM在相位差为$ {\text{π }} $的整数倍时的检测效果对比图

    表  1  数据集场景说明

    场景 功率优势/dB 频率锁定 起飞时间/s
    静态开关 - 不锁定 -
    静态超负荷时间推移 10.0 不锁定 133
    静态匹配功率时间推移 1.3 锁定 195
    静态匹配动力推移 0.4 锁定 225
    动态超负荷时间推移 9.9 不锁定 199
    动态匹配动力推移 0.8 锁定 199
    下载: 导出CSV
  • [1] MORALES-FERRE R, RICHTER P, FALLETTI E, et al. A survey on coping with intentional interference in satellite navigation for manned and unmanned aircraft[J]. IEEE communications surveys and tutorials, 2019, 22(1): 249-291. DOI: 10.1109/COMST.2019.2949178
    [2] 潘海涛, 蔡成林. 基于BP神经网络的导航信号欺骗干扰检测[J]. 现代电子技术, 2022, 45(1): 7-10.
    [3] HU Y F, BIAN S F, CAO K J, et al. GNSS spoofing detection based on new signal quality assessment model[J]. GPS solutions, 2018, 22(1): 1-13. DOI: 10.1007/s10291-017-0693-7
    [4] SUN C, CHEONG J W, DEMPSTER A G, et al. GNSS spoofing detection by means of signal quality monitoring (SQM) metric combinations[J]. IEEE access, 2018(6): 66428-66441. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2875948
    [5] PIRSIAVASH A, BROUMANDAN A, LACHAPELLE G, et al. Detection and classification of GNSS structural interference based on monitoring the quality of signals at the tracking level[C]//The 6th ESA international colloquium of scientific and fundamental aspects of Galileo, 2017: 1-10.
    [6] 邓旭, 吕志伟, 周玟龙, 等. 采用载噪比的卫星导航欺骗检测算法设计[J]. 导航定位学报, 2022, 10(2): 109-118.
    [7] 靳睿敏, 郭艺, 杨会贇, 等. 基于导航接收机的GNSS弱干扰检测识别技术[J]. 全球定位系统, 2022, 47(6): 91-95.
    [8] PIRSIAVASH A, BROUMANDAN A, LACHAPELLE G. Two-dimensional signal quality monitoring for spoofing detection[C]//The ESA/ESTEC NAVITEC 2016 Conference, Noordwijk, The Netherlands, 2016: 14-16.
    [9] MIRALLES D, BORNOT A, ROUQUETTE P, et al. An assessment of GPS spoofing detection via radio power and signal quality monitoring for aviation safety operations[J]. IEEE intelligent transportation systems magazine, 2020, 12(3): 136-146. DOI: 10.1109/MITS.2020.2994117
    [10] JAHROMI A J, BROUMANDAN A, DANESHMAND S, et al. Galileo signal authenticity verification using signal quality monitoring methods[C]//2016 International Conference on Localization and GNSS (ICL-GNSS). IEEE, 2016: 1-8.
    [11] KHAN A M, AHMAD A. Global Navigation Satellite Systems spoofing detection through measured autocorrelation function shape distortion[J]. International journal of satellite communications and networking, 2022, 40(2): 148-156. DOI: 10.1002/sat.1425
    [12] ZHANG X R, LI H, YANG C, et al. Signal quality monitoring‐based spoofing detection method for Global Navigation Satellite System vector tracking structure[J]. IET radar, sonar & navigation, 2020, 14(6): 944-953. DOI: 10.1049/iet-rsn.2020.0021
    [13] WANG X, CUI X, WANG C, et al. Signal quality monitoring of SBAS for satellite-induced elevation-dependent anomaly[J]. GPS solutions, 2023, 27(3): 1-18. DOI: 10.1007/s10291-023-01437-1
    [14] CHEN Z K, LI J Z, LI J, et al. GNSS multiparameter spoofing detection method based on support vector machine[J]. IEEE sensors journal, 2022, 22(18): 17864-17874. DOI: 10.1109/JSEN.2022.3193388
    [15] FANG J X T, YUE J, XU B, et al. A post-correlation graphical way for continuous GNSS spoofing detection[J]. Measurement, 2023(216): 112974. DOI: 10.1016/j.measurement.2023.112974
    [16] WESSON K D, GROSS J N, HUMPHREYS T E, et al. GNSS signal authentication via power and distortion monitoring[J]. IEEE transactions on aerospace and electronic systems, 2017, 54(2): 739-754. DOI: 10.1109/TAES.2017.2765258
    [17] SUN C, CHEONG J W, DEMPSTER A G, et al. Robust spoofing detection for GNSS instrumentation using Q-channel signal quality monitoring metric[J]. IEEE transactions on instrumentation and measurement, 2021(70): 1-15. DOI: 10.1109/TIM.2021.3102753
    [18] 高威雨, 李洪, 陆明泉. 一种新型相关峰畸变检测方法及其在欺骗检测中的应用[C]//第十一届中国卫星导航年会论文集——S11 抗干扰与反欺骗技术, 2020(7): 83-89.
    [19] 贾琼琼, 朱传胜. 基于多通道SQM指标联合的矢量接收机多径干扰检测方法[J]. 全球定位系统, 2023, 48(3): 110-119.
    [20] 王佳奇, 唐小妹, 孙广富. 基于牛顿迭代法的GNSS欺骗干扰参数估计[J]. 全球定位系统, 2022, 47(6): 86-90.
    [21] 高扬骏, 吕志伟. TEXBAT场景的GPS接收机授时欺骗影响分析[J]. 测绘科学技术学报, 2019, 36(2): 127-132,138.
  • 加载中
图(8) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  211
  • HTML全文浏览量:  52
  • PDF下载量:  20
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-30
  • 录用日期:  2024-01-30
  • 网络出版日期:  2024-07-15

目录

    /

    返回文章
    返回