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doi: 10.12265/j.gnss.2024104
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为推动GNSS在高生命安全领域的应用，出现了以星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)为代表的增强手段，全面提升了GNSS服务的精度、完好性、连续性和可用性. 美国、日本等国家及欧洲均已启动了SBAS性能提升工作，从单频增强系统向双频增强系统进行过渡，以期进一步提升星基增强服务能力. 本文对国际SBAS的组成、服务性能、进展情况和后续发展规划进行了总结, 并重点介绍了我国北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS)的系统架构、服务能力、应用验证评估工作和国际化推进情况. 随着国际民用航空组织(International Civil Aviation Organization，ICAO)最新版国际民用航空公约附件10的生效，BDSBAS已成为国际认可的星基增强服务系统. 后续，为了推动BDSBAS在高生命安全领域的应用，需要尽快完成民航应用验证评估工作，使得BDSBAS跻身正式服务行列.
为推动GNSS在高生命安全领域的应用，出现了以星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)为代表的增强手段，全面提升了GNSS服务的精度、完好性、连续性和可用性. 美国、日本等国家及欧洲均已启动了SBAS性能提升工作，从单频增强系统向双频增强系统进行过渡，以期进一步提升星基增强服务能力. 本文对国际SBAS的组成、服务性能、进展情况和后续发展规划进行了总结, 并重点介绍了我国北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS)的系统架构、服务能力、应用验证评估工作和国际化推进情况. 随着国际民用航空组织(International Civil Aviation Organization，ICAO)最新版国际民用航空公约附件10的生效，BDSBAS已成为国际认可的星基增强服务系统. 后续，为了推动BDSBAS在高生命安全领域的应用，需要尽快完成民航应用验证评估工作，使得BDSBAS跻身正式服务行列.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024043
摘要:
对于卫星导航系统，定位误差受对流层大气折射率影响，提高对流层大气折射率预测的精确性能够降低导航定位误差. 对流层大气折射率是研究对流层对电磁波传播影响的主要参数，其预测的精确性对于无线电系统有重要意义. 本文提出一种基于反向传播(back propagation，BP)的对流层折射率预测方法，将年、月、日、时刻、地表折射率、海拔高度作为网络模型的输入，输入海拔高度处的折射率作为模型的输出；类似地，通过调整输入和输出参数，还可以利用BP神经网络预测近地面1 km折射率梯度. 在此基础上，利用香港地区和太原地区历史探空气象数据对新提出算法进行了计算分析，并与现有文献中的方法作了比较，结果表明：本文提出的方法在计算的精确性方面有一定的优势.
对于卫星导航系统，定位误差受对流层大气折射率影响，提高对流层大气折射率预测的精确性能够降低导航定位误差. 对流层大气折射率是研究对流层对电磁波传播影响的主要参数，其预测的精确性对于无线电系统有重要意义. 本文提出一种基于反向传播(back propagation，BP)的对流层折射率预测方法，将年、月、日、时刻、地表折射率、海拔高度作为网络模型的输入，输入海拔高度处的折射率作为模型的输出；类似地，通过调整输入和输出参数，还可以利用BP神经网络预测近地面1 km折射率梯度. 在此基础上，利用香港地区和太原地区历史探空气象数据对新提出算法进行了计算分析，并与现有文献中的方法作了比较，结果表明：本文提出的方法在计算的精确性方面有一定的优势.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024148
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低轨卫星导航定位是新一代卫星导航技术发展的重要方向，使用低轨卫星提供高精度定位、导航、授时(positioning, navigation，timing，PNT)服务，需要能够利用下行数据对其进行精密定轨. 目前低轨卫星定轨相关研究多以星载GNSS数据和星间链路数据为研究对象，缺少针对低地球轨道(low earth orbit，LEO)下行数据定轨能力的分析. 为分析低轨卫星下行数据定轨性能，模拟仿真了轨道高度1000 km、轨道倾角48°的Walker 90/10/1 低轨卫星导航星座、150个地面测站及相应轨道、钟差和观测数据. 分别使用测站数为60、90、120和150的全球测站网络观测数据进行LEO卫星精密定轨，并对定轨精度和可视测站卫星位置精度衰减因子(satellite position dilution of precision，SPDOP)值进行分析. 结果表明: 测站数从60增加至150可使LEO卫星轨道1d 均方根(root mean square，RMS)从117.5 mm提升至39.8 mm；当测站稀疏时，LEO卫星定轨精度降低迅速；增加测站可以有效改善陆地范围可视测站SPDOP和LEO卫星定轨精度，但由于测站跟踪范围有限，海洋区域可视测站SPDOP和LEO卫星定轨精度难以获得改善，需引入新的观测数据源. 研究结果可为低轨导航卫星系统建设提供支持.
低轨卫星导航定位是新一代卫星导航技术发展的重要方向，使用低轨卫星提供高精度定位、导航、授时(positioning, navigation，timing，PNT)服务，需要能够利用下行数据对其进行精密定轨. 目前低轨卫星定轨相关研究多以星载GNSS数据和星间链路数据为研究对象，缺少针对低地球轨道(low earth orbit，LEO)下行数据定轨能力的分析. 为分析低轨卫星下行数据定轨性能，模拟仿真了轨道高度
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doi: 10.12265/j.gnss.2024083
摘要:
本文研究了一种在卫星授时下，提高授时信号的授时精度和守时能力方法，即利用晶振计数器，记录下每个秒脉冲时刻的晶振频率信息；将记录历史信息输入到扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter，EKF)中进行滤波，消除卫星秒脉冲信号的随机误差，提取北斗卫星前$N$ 秒秒脉冲的累计时间${t_{CN}}$ 、$k$ 时刻的晶振频率$fre(k)$ 、$k$ 时刻晶振变化速率$v(k)$ ；并将经过EKF输出的历史数据作为训练集，输入到长短期记忆 (long short-term memory，LSTM)神经网络中建立预测模型；通过控制变量法进行算法参数调试，找到最适合的预测模型. 试验结果表明：授时算法输出的授时信号精度最大误差为34 ns；授时算法8 h累计误差为1.001 μs，平均误差小于0.125 μs/h. 有效地提高了系统授时和守时精度.
本文研究了一种在卫星授时下，提高授时信号的授时精度和守时能力方法，即利用晶振计数器，记录下每个秒脉冲时刻的晶振频率信息；将记录历史信息输入到扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter，EKF)中进行滤波，消除卫星秒脉冲信号的随机误差，提取北斗卫星前
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doi: 10.12265/j.gnss.2024069
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本文针对午后太阳辐射较大时段网络实时动态定位(real-time kinematic，RTK)电离层延迟建模精度不高的问题，提出了一种基于条件平差的电离层改正数偏差修正方法. 利用闭合三角形单元中三条基线双差电离层延迟理论闭合差为0这一条件，对建模得到的电离层改正数进行平差处理，修正其偏差，并对修正过程中的权阵确定方案进行了相关讨论. 实验表明：当电离层改正数模型值精度不高时，修正算法可以有效提高电离层改正数的精度，同时基于已知基线的模糊度固定情况来确定权阵能达到较好的修正效果，电离层改正数偏差最大值减小58.0%，精度总体提高51.1%.
本文针对午后太阳辐射较大时段网络实时动态定位(real-time kinematic，RTK)电离层延迟建模精度不高的问题，提出了一种基于条件平差的电离层改正数偏差修正方法. 利用闭合三角形单元中三条基线双差电离层延迟理论闭合差为0这一条件，对建模得到的电离层改正数进行平差处理，修正其偏差，并对修正过程中的权阵确定方案进行了相关讨论. 实验表明：当电离层改正数模型值精度不高时，修正算法可以有效提高电离层改正数的精度，同时基于已知基线的模糊度固定情况来确定权阵能达到较好的修正效果，电离层改正数偏差最大值减小58.0%，精度总体提高51.1%.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024091
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卫星导航地基增强系统(Ground Based Augmentation System，GBAS)，可以提高卫星导航的精度、完好性、连续性和可用性，使飞机在复杂天气和恶劣环境下依然能够实现安全、高效的进近和着陆，满足民航精密进近和着陆引导等高精度导航需求.目前GBAS一类精密进近(CAT I)服务水平已经完成验证和应用，但是其定位精度等服务水平仍不能完全满足民航需求. 具有更好服务水平的GBAS二类/三类精密进近(CAT II/III)，其技术和应用仍在开发验证中. 为了提高民航运行效率和安全，急需开展基于CAT II/III与CAT III的飞行校验活动. 当前GBAS主要采用基于单频GPS的工作模式，在系统可用性、安全性和自主性方面非常受限，因此需要开发自主可控的兼容北斗的GBAS系统. 本文设计了飞行校验方案，使用自主研制的国产GBAS设备，设计了飞行校验方案，在西安咸阳机场完成了CAT II/III盲降精密进近着陆引导的GBAS飞行校验. 试验结果表明：兼容北斗的国产GBAS具备支持CAT II/III精密进近的能力，并且其性能远超传统仪表着陆系统. 这一成果的取得为我国航空运输的安全性提供了有力保障.
卫星导航地基增强系统(Ground Based Augmentation System，GBAS)，可以提高卫星导航的精度、完好性、连续性和可用性，使飞机在复杂天气和恶劣环境下依然能够实现安全、高效的进近和着陆，满足民航精密进近和着陆引导等高精度导航需求.目前GBAS一类精密进近(CAT I)服务水平已经完成验证和应用，但是其定位精度等服务水平仍不能完全满足民航需求. 具有更好服务水平的GBAS二类/三类精密进近(CAT II/III)，其技术和应用仍在开发验证中. 为了提高民航运行效率和安全，急需开展基于CAT II/III与CAT III的飞行校验活动. 当前GBAS主要采用基于单频GPS的工作模式，在系统可用性、安全性和自主性方面非常受限，因此需要开发自主可控的兼容北斗的GBAS系统. 本文设计了飞行校验方案，使用自主研制的国产GBAS设备，设计了飞行校验方案，在西安咸阳机场完成了CAT II/III盲降精密进近着陆引导的GBAS飞行校验. 试验结果表明：兼容北斗的国产GBAS具备支持CAT II/III精密进近的能力，并且其性能远超传统仪表着陆系统. 这一成果的取得为我国航空运输的安全性提供了有力保障.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024087
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北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS)通过B2a信号播发双频增强电文实现同时增强多个卫星星座，为用户提供更为精确、可靠的定位和导航服务. 针对民航对BDSBAS在进近阶段定位性能的需求，本文研究了BDSBAS双频定位算法，并基于静态站数据和飞行实测数据从精度、完好性两个方面对BDSBAS双频服务性能进行评估. 静态试验数据选取2024年1月17日北京、西安、嘉峪关BDSBAS站的全天数据，飞行实测数据采集于辽宁省沈阳市法库财湖通用航空机场进行的航空试验. 静态评估结果表明：评估期间北京、西安和嘉峪关BDSBAS站的定位误差相对稳定, 95%水平定位精度优于2 m，95%垂直定位精度优于3 m. 水平方向上可用性优于99.998%, 垂直方向上可用性优于99.984%. 飞行试验结果表明：测试期间水平精度和垂直精度分别为1.8269 m和2.6014 m，且未发生完好性事件. 静态和动态评估结果均满足国际民用航空组织(International Civil Aviation Organization，ICAO) APV-I指标对精度和完好性的相关要求. 文中研究结果对BDSBAS性能评估具有一定的参考意义.
北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS)通过B2a信号播发双频增强电文实现同时增强多个卫星星座，为用户提供更为精确、可靠的定位和导航服务. 针对民航对BDSBAS在进近阶段定位性能的需求，本文研究了BDSBAS双频定位算法，并基于静态站数据和飞行实测数据从精度、完好性两个方面对BDSBAS双频服务性能进行评估. 静态试验数据选取2024年1月17日北京、西安、嘉峪关BDSBAS站的全天数据，飞行实测数据采集于辽宁省沈阳市法库财湖通用航空机场进行的航空试验. 静态评估结果表明：评估期间北京、西安和嘉峪关BDSBAS站的定位误差相对稳定, 95%水平定位精度优于2 m，95%垂直定位精度优于3 m. 水平方向上可用性优于99.998%, 垂直方向上可用性优于99.984%. 飞行试验结果表明：测试期间水平精度和垂直精度分别为
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doi: 10.12265/j.gnss.2024103
摘要:
星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)利用伪距测量校正值实现对导航卫星的差分完好性增强，码噪声和多路径误差处理精度是影响系统服务性能和用户定位精度的重要因素. 本文详细介绍了三种不同的原始伪距码噪声和多路径误差处理方法，包括单频平滑方法、码噪声和多路径改正方法(code noise and multipath correction，CNMC)以及广域增强系统(Wide Area Augmentation System，WAAS)使用的码噪声多路径方法(code noise multipath，CNMP)，并通过正式运行的SBAS数据，验证了不同的码噪声和多路径误差方法对于用户定位精度的影响. 结果表明：CNMP能够有效消除SBAS服务性能评估中的原始伪距码噪声和多路径误差影响，相较于CNMC方法，全球参考系统(wide-area reference station，WRS)站点95%水平定位精度提升0.2 m，95%垂直定位精度提升0.47 m.
星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)利用伪距测量校正值实现对导航卫星的差分完好性增强，码噪声和多路径误差处理精度是影响系统服务性能和用户定位精度的重要因素. 本文详细介绍了三种不同的原始伪距码噪声和多路径误差处理方法，包括单频平滑方法、码噪声和多路径改正方法(code noise and multipath correction，CNMC)以及广域增强系统(Wide Area Augmentation System，WAAS)使用的码噪声多路径方法(code noise multipath，CNMP)，并通过正式运行的SBAS数据，验证了不同的码噪声和多路径误差方法对于用户定位精度的影响. 结果表明：CNMP能够有效消除SBAS服务性能评估中的原始伪距码噪声和多路径误差影响，相较于CNMC方法，全球参考系统(wide-area reference station，WRS)站点95%水平定位精度提升0.2 m，95%垂直定位精度提升0.47 m.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024123
摘要:
卫星导航欺骗信号是卫星导航系统服务的重要威胁之一，严重影响导航、定位、授时(positioning, navigaing, timing，PNT)服务，如何提升导航系统服务的安全性，已成为卫星导航服务亟待解决的问题. 卫星导航信号认证是卫星导航系统端提升民用信号防欺骗的新兴技术手段，也是目前各大卫星导航系统的重要发展方向和研究热点. 星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)作为卫星导航系统的核心增强系统，目前正在国际民航组织(International Civil Aviation Organization，ICAO)框架下推进SBAS电文认证标准，以期在未来提供SBAS电文认证服务. 伴随着我国北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS)建设完成以及下一代北斗导航系统的设计与研制，BDSBAS需要考虑在ICAO下提供SBAS电文认证服务，为用户提供更加安全可信的PNT服务. 本文首先阐述了SBAS电文认证概念，然后梳理了SBAS电文认证发展历程，进一步分析了SBAS电文认证技术面临的热点问题，以期为BDSBAS电文认证服务设计提供技术支撑.
卫星导航欺骗信号是卫星导航系统服务的重要威胁之一，严重影响导航、定位、授时(positioning, navigaing, timing，PNT)服务，如何提升导航系统服务的安全性，已成为卫星导航服务亟待解决的问题. 卫星导航信号认证是卫星导航系统端提升民用信号防欺骗的新兴技术手段，也是目前各大卫星导航系统的重要发展方向和研究热点. 星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)作为卫星导航系统的核心增强系统，目前正在国际民航组织(International Civil Aviation Organization，ICAO)框架下推进SBAS电文认证标准，以期在未来提供SBAS电文认证服务. 伴随着我国北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS)建设完成以及下一代北斗导航系统的设计与研制，BDSBAS需要考虑在ICAO下提供SBAS电文认证服务，为用户提供更加安全可信的PNT服务. 本文首先阐述了SBAS电文认证概念，然后梳理了SBAS电文认证发展历程，进一步分析了SBAS电文认证技术面临的热点问题，以期为BDSBAS电文认证服务设计提供技术支撑.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024050
摘要:
随着路港航运输产业的不断发展和运营规模的扩大，高效的运维监测对确保整个物流链的安全性和运作效率至关重要. 本研究提出了基于北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)的路港航智慧运维监测平台的设计方案，以提升路港航运维的效率和安全性. 利用BDS的定位和通信能力，通过集成先进的传感器和物联网技术，实现对船舶、车辆和设备的实时监测和管理，并提供相关的数据分析和决策支持功能，有效地提升了运输过程中的可视化和追踪能力，保障了恶劣环境下稳定的信息交换. 同时利用集成大数据技术对大量运维数据进行实时分析和处理，提高了风险预防和管理的主动性和准确性，有效解决了路港航运输产业在运维监测方面面临的核心难题，为运输行业向更高效、更安全、更智能化的方向发展作出贡献. 本文从智慧运维监测系统建设原则、平台建设方案、数据服务平台、地理信息平台四个部分进行了具体的研究探讨，实现了基于北斗的全方位、多维度的智能化运维解决方案，提升了整个路港航运维的效率与安全性.
随着路港航运输产业的不断发展和运营规模的扩大，高效的运维监测对确保整个物流链的安全性和运作效率至关重要. 本研究提出了基于北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)的路港航智慧运维监测平台的设计方案，以提升路港航运维的效率和安全性. 利用BDS的定位和通信能力，通过集成先进的传感器和物联网技术，实现对船舶、车辆和设备的实时监测和管理，并提供相关的数据分析和决策支持功能，有效地提升了运输过程中的可视化和追踪能力，保障了恶劣环境下稳定的信息交换. 同时利用集成大数据技术对大量运维数据进行实时分析和处理，提高了风险预防和管理的主动性和准确性，有效解决了路港航运输产业在运维监测方面面临的核心难题，为运输行业向更高效、更安全、更智能化的方向发展作出贡献. 本文从智慧运维监测系统建设原则、平台建设方案、数据服务平台、地理信息平台四个部分进行了具体的研究探讨，实现了基于北斗的全方位、多维度的智能化运维解决方案，提升了整个路港航运维的效率与安全性.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024079
摘要:
大气可降水量(precipitable water vapor，PWV)为单位横截面积垂直气柱内地面至对流层顶部的液态水汽含量，可反映大气中的水汽浓度. 本文首先利用2014—2019年长三角地区7个探空站资料，分析了PWV与对流层天顶总延迟(zenith tropospheric delay，ZTD)、天顶静力学延迟(zenith hydrostatic delay，ZHD)、对流层湿延迟(zenith wet delay, ZWD)、水汽压(Es)、大气压(Ps)、地面温度(Ts)、加权平均温度(Tm)之间的相关性，再基于梯度提升机(light gradient boosting machine，LightGBM)构建了一套适用于长三角地区的PWV预测模型，并分析了LightGBM-PWV模型的预测精度. 结果表明，PWV与Tm、Ts、Ps、Es、ZHD、ZWD和ZTD之间的相关系数(R)分别为0.74、0.76、–0.59、0.76、–0.43、1.00和0.94；全年、分季度和分月LightGBM-PWV模型的平均偏差分别为0.10 mm、0.11 mm和0.12 mm，均方根误差(root mean square error，RMSE)分别为0.25 mm、0.26 mm和0.31 mm，模型精度依次递减，异于传统线性拟合PWV模型；全年LightGBM-PWV预测模型精度最高，可用于长三角地区的GNSS-PWV预测、分析和研究.
大气可降水量(precipitable water vapor，PWV)为单位横截面积垂直气柱内地面至对流层顶部的液态水汽含量，可反映大气中的水汽浓度. 本文首先利用2014—2019年长三角地区7个探空站资料，分析了PWV与对流层天顶总延迟(zenith tropospheric delay，ZTD)、天顶静力学延迟(zenith hydrostatic delay，ZHD)、对流层湿延迟(zenith wet delay, ZWD)、水汽压(Es)、大气压(Ps)、地面温度(Ts)、加权平均温度(Tm)之间的相关性，再基于梯度提升机(light gradient boosting machine，LightGBM)构建了一套适用于长三角地区的PWV预测模型，并分析了LightGBM-PWV模型的预测精度. 结果表明，PWV与Tm、Ts、Ps、Es、ZHD、ZWD和ZTD之间的相关系数(R)分别为0.74、0.76、–0.59、0.76、–0.43、1.00和0.94；全年、分季度和分月LightGBM-PWV模型的平均偏差分别为0.10 mm、0.11 mm和0.12 mm，均方根误差(root mean square error，RMSE)分别为0.25 mm、0.26 mm和0.31 mm，模型精度依次递减，异于传统线性拟合PWV模型；全年LightGBM-PWV预测模型精度最高，可用于长三角地区的GNSS-PWV预测、分析和研究.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024076
摘要:
北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS)通过境内的监测站为中国及周边地区用户提供电离层改正及电离层完好性监测服务，因此其对电离层算法的可用性要求较高. 本文采用附加Kriging估计的调整球谐函数建模方法(SHAKING)解算BDSBAS电离层参数信息. 通过对现有星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)电离层的性能分析可以发现，部分SBAS播发了标记为未监测点的延迟修正信息. 通过对中国区域SBAS格网点需求分析可以发现：在卫星截止高度角为15°时，SHAKING方法提供的电离层可用点为189个、不可用点为3个，满足服务需求；结合BDSBAS提供的钟轨改正信息，SHAKING方法较反距离加权插值(inverse distance weighted，IDW)方法的垂直制导进近可用性范围提高约30%.
北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS)通过境内的监测站为中国及周边地区用户提供电离层改正及电离层完好性监测服务，因此其对电离层算法的可用性要求较高. 本文采用附加Kriging估计的调整球谐函数建模方法(SHAKING)解算BDSBAS电离层参数信息. 通过对现有星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System，SBAS)电离层的性能分析可以发现，部分SBAS播发了标记为未监测点的延迟修正信息. 通过对中国区域SBAS格网点需求分析可以发现：在卫星截止高度角为15°时，SHAKING方法提供的电离层可用点为189个、不可用点为3个，满足服务需求；结合BDSBAS提供的钟轨改正信息，SHAKING方法较反距离加权插值(inverse distance weighted，IDW)方法的垂直制导进近可用性范围提高约30%.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024140
摘要:
电离层F2层的临界频率(foF2)的平方与峰值电子密度(NmF2)成正比，是影响GNSS性能的关键参数之一，提升电离层foF2的预测精度对于优化GNSS广播电离层模型性能并提升GNSS的定位精度具有重要意义. 本文基于中国及周边区域的18个测高仪台站和COSMIC(constellation observing system for meteorology, ionosphere, and climate)掩星观测数据，综合考虑世界时、年积日、地理位置、太阳和地磁活动等多维特征，利用随机森林(random forest，RF)算法构建了电离层foF2预测模型. 通过与国际参考电离层(international reference ionosphere, IRI)-2020模型对比分析，验证了该模型的预测精度. 研究结果表明，与IRI 国际无线电咨询委员会(International Radio Consultative Committee, CCIR)和IRI 国际无线电科学联盟(International Union of Radio Science, URSI)模型相比，RF模型的平均绝对误差(mean absdute error, MAE)分别降低了14.81%和17.11%，均方根误差(root mean squared error, RMSE)分别降低了11.21%和13.14%. 此外，该模型在不同纬度、地方时、太阳活动和地磁活动条件下，均展现出优于IRI-2020的预测精度. 本研究不仅有效提升了中国及周边区域电离层foF2的预测精度，还为提高GNSS的准确性和可靠性奠定了重要基础.
电离层F2层的临界频率(foF2)的平方与峰值电子密度(NmF2)成正比，是影响GNSS性能的关键参数之一，提升电离层foF2的预测精度对于优化GNSS广播电离层模型性能并提升GNSS的定位精度具有重要意义. 本文基于中国及周边区域的18个测高仪台站和COSMIC(constellation observing system for meteorology, ionosphere, and climate)掩星观测数据，综合考虑世界时、年积日、地理位置、太阳和地磁活动等多维特征，利用随机森林(random forest，RF)算法构建了电离层foF2预测模型. 通过与国际参考电离层(international reference ionosphere, IRI)-2020模型对比分析，验证了该模型的预测精度. 研究结果表明，与IRI 国际无线电咨询委员会(International Radio Consultative Committee, CCIR)和IRI 国际无线电科学联盟(International Union of Radio Science, URSI)模型相比，RF模型的平均绝对误差(mean absdute error, MAE)分别降低了14.81%和17.11%，均方根误差(root mean squared error, RMSE)分别降低了11.21%和13.14%. 此外，该模型在不同纬度、地方时、太阳活动和地磁活动条件下，均展现出优于IRI-2020的预测精度. 本研究不仅有效提升了中国及周边区域电离层foF2的预测精度，还为提高GNSS的准确性和可靠性奠定了重要基础.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024078
摘要:
姿态测量技术是载体运动状态和安全监测的基础. 载体自旋运动使得飞行器各姿态角之间互相耦合，对载体的飞行控制带来严重影响. 针对载体滚转下GNSS信号入射方向周期性变化特征，本文提出一种长短期记忆神经网络的深度学习方法，以确定载体的实时滚转角. 通过对载体滚转状态下单天线接收卫星信号能量特征的分析，得到载体实时滚转角与接收信号能量幅值关联变化模型，并分析了卫星在轨运行时其空间位置改变对该模型的影响；然后采用长短期记忆(long short termmemory, LSTM)神经网络方法对实测信号中的周期性变化特征进行训练，得到网络各项参数；最后将训练参数用于对实时接收的信号能量进行预测及降噪，并将预测结果通过模型匹配进行载体实时滚转角测算. 为验证文中所提出方法的性能，开展了对天滚转实验. 实验结果表明：LSTM深度学习方法可还原复杂的信号能量特征，并实现实时载体滚转角测算.
姿态测量技术是载体运动状态和安全监测的基础. 载体自旋运动使得飞行器各姿态角之间互相耦合，对载体的飞行控制带来严重影响. 针对载体滚转下GNSS信号入射方向周期性变化特征，本文提出一种长短期记忆神经网络的深度学习方法，以确定载体的实时滚转角. 通过对载体滚转状态下单天线接收卫星信号能量特征的分析，得到载体实时滚转角与接收信号能量幅值关联变化模型，并分析了卫星在轨运行时其空间位置改变对该模型的影响；然后采用长短期记忆(long short termmemory, LSTM)神经网络方法对实测信号中的周期性变化特征进行训练，得到网络各项参数；最后将训练参数用于对实时接收的信号能量进行预测及降噪，并将预测结果通过模型匹配进行载体实时滚转角测算. 为验证文中所提出方法的性能，开展了对天滚转实验. 实验结果表明：LSTM深度学习方法可还原复杂的信号能量特征，并实现实时载体滚转角测算.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024067
摘要:
充足的水汽和云相态变化是降雨发生的两个必要条件. 北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3 Navigation Satellite System，BDS-3)可以反演水汽，具有时间分辨率高、精度高的优点；风云四号A星(FY-4A)可提供分辨率为15 min的云相态参数. 本文使用BDS-3和FY-4A数据分析了2022-08-17大通降水发生前后的大气可降水和云相态的时空变化规律，通过对比得到了大通“817”极端降雨三个特征：一是降雨前1 h大气可降水量(perceptible water vapor，PWV)快速上升，速率达到3.17 mm/h，显著超过同期一般降雨水平；二是降雨前云类型存在多层云与不透明冰云的多次变换，最后以不透明冰云形式发生极端降雨；三是极端降雨云顶高度通常大于10 000 m.
充足的水汽和云相态变化是降雨发生的两个必要条件. 北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3 Navigation Satellite System，BDS-3)可以反演水汽，具有时间分辨率高、精度高的优点；风云四号A星(FY-4A)可提供分辨率为15 min的云相态参数. 本文使用BDS-3和FY-4A数据分析了2022-08-17大通降水发生前后的大气可降水和云相态的时空变化规律，通过对比得到了大通“817”极端降雨三个特征：一是降雨前1 h大气可降水量(perceptible water vapor，PWV)快速上升，速率达到3.17 mm/h，显著超过同期一般降雨水平；二是降雨前云类型存在多层云与不透明冰云的多次变换，最后以不透明冰云形式发生极端降雨；三是极端降雨云顶高度通常大于10 000 m.
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doi: 10.12265/j.gnss.2024107
摘要:
太阳风暴会造成地球电离层剧烈扰动，影响导航定位性能. 针对2024-05-08—16太阳风暴期间发生的电离层扰动事件，分析了东、西半球不同纬度台站的电离层总电子含量(total electron content，TEC)、电离层TEC变化率、电离层F2层临界频率、卫星导航单点定位误差等. 分析认为：电离层向日面会对X射线耀斑发生响应，但是扰动主要来源是太阳风南向磁场能量注入引起的地磁暴；太阳风暴期间电离层顶部和底部的响应并不是同步的；卫星导航单点定位误差在太阳风暴期间会有明显增大，尤其在垂直方向会增大至±10 m, 且在电离层暴恢复相期间会持续存在，并随电离层状态趋于平静呈逐渐减弱趋势.
太阳风暴会造成地球电离层剧烈扰动，影响导航定位性能. 针对2024-05-08—16太阳风暴期间发生的电离层扰动事件，分析了东、西半球不同纬度台站的电离层总电子含量(total electron content，TEC)、电离层TEC变化率、电离层F2层临界频率、卫星导航单点定位误差等. 分析认为：电离层向日面会对X射线耀斑发生响应，但是扰动主要来源是太阳风南向磁场能量注入引起的地磁暴；太阳风暴期间电离层顶部和底部的响应并不是同步的；卫星导航单点定位误差在太阳风暴期间会有明显增大，尤其在垂直方向会增大至±10 m, 且在电离层暴恢复相期间会持续存在，并随电离层状态趋于平静呈逐渐减弱趋势.
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doi: 10.12265/j.gnss.2023202
摘要:
数据预处理是GNSS实现高精度定位的前提，也是数据处理重要且必须的环节. 随着卫星系统和数量的增加、与接收机无关的交换格式(receiver independent exchange format, RINEX)版本的更新，GNSS的数据类型及格式日益复杂. 虽然目前数据预处理软件数量较多，但常需要多个软件联合才能完成预处理流程，过程繁杂，效率低下. 为实现高效的全流程数据预处理，RINGO数据预处理软件应运而生，其支持所有RINEX版本的多系统数据预处理工作. 研究演示了RINGO的主要功能、使用方法及原理，着重探究和阐释了易出现混淆的钟跳修正等功能. 测试表明，使用RINGO软件可高效独立的实现对海量多系统GNSS数据的预处理工作，有助于简化复杂的GNSS数据管理任务及RINEX最新版本观测记录的推广与使用.
数据预处理是GNSS实现高精度定位的前提，也是数据处理重要且必须的环节. 随着卫星系统和数量的增加、与接收机无关的交换格式(receiver independent exchange format, RINEX)版本的更新，GNSS的数据类型及格式日益复杂. 虽然目前数据预处理软件数量较多，但常需要多个软件联合才能完成预处理流程，过程繁杂，效率低下. 为实现高效的全流程数据预处理，RINGO数据预处理软件应运而生，其支持所有RINEX版本的多系统数据预处理工作. 研究演示了RINGO的主要功能、使用方法及原理，着重探究和阐释了易出现混淆的钟跳修正等功能. 测试表明，使用RINGO软件可高效独立的实现对海量多系统GNSS数据的预处理工作，有助于简化复杂的GNSS数据管理任务及RINEX最新版本观测记录的推广与使用.
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doi: 10.12265/j.gnss.2023174
摘要:
为了保障GNSS正常应用，需要对GNSS干扰辐射源进行监测和定位，文中进行了辐射源定位系统架构设计. 通过对系统功能、体系架构、网格化监测设备和工作流程进行设计，采用北斗/GPS授时+高稳晶振和广义加权时延估计算法实现高精度时间同步和高可靠时差测量，保障了到达时间差(time difference of arrival, TDOA)的定位精度. 经系统应用试验实现了辐射源的有效定位.
为了保障GNSS正常应用，需要对GNSS干扰辐射源进行监测和定位，文中进行了辐射源定位系统架构设计. 通过对系统功能、体系架构、网格化监测设备和工作流程进行设计，采用北斗/GPS授时+高稳晶振和广义加权时延估计算法实现高精度时间同步和高可靠时差测量，保障了到达时间差(time difference of arrival, TDOA)的定位精度. 经系统应用试验实现了辐射源的有效定位.
2024, 49(4): 3-9.
doi: 10.12265/j.gnss.2024113
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.
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.
2024, 49(4): 10-21.
doi: 10.12265/j.gnss.2024039
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.
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.
2024, 49(4): 22-27.
doi: 10.12265/j.gnss.2024032
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.
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.
2024, 49(4): 28-33, 41.
doi: 10.12265/j.gnss.2024026
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.
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.
2024, 49(4): 34-41.
doi: 10.12265/j.gnss.2024033
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.
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.
2024, 49(4): 42-47.
doi: 10.12265/j.gnss.2024055
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.
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.
2024, 49(4): 48-55, 65.
doi: 10.12265/j.gnss.2024020
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%.
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%.
2024, 49(4): 56-65.
doi: 10.12265/j.gnss.2024017
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.
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.
2024, 49(4): 66-74.
doi: 10.12265/j.gnss.2023235
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.
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.
2024, 49(4): 75-85.
doi: 10.12265/j.gnss.2024019
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.
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.
2024, 49(4): 86-91.
doi: 10.12265/j.gnss.2024034
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.
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.
2024, 49(4): 92-98.
doi: 10.12265/j.gnss.2024028
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.
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.
2024, 49(4): 99-106.
doi: 10.12265/j.gnss.2023234
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.
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.
2024, 49(4): 107-112.
doi: 10.12265/j.gnss.2024057
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.
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.
2024, 49(4): 113-120, 126.
doi: 10.12265/j.gnss.2024025
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.
2024, 49(4): 121-126.
doi: 10.12265/j.gnss.2024068
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.
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.
