[發明專利]基于TDOA和功率測量值的GNSS欺騙干擾定位方法

有效

• 申請號: 201610055511.2
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105607092B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 唐小妹;馬鵬程;肖嶺;黃龍;樓生強;彭競;劉哲;肖志斌;伍微
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陳立新,胡偉華

1.一種基于TDOA和功率測量值的GNSS欺騙干擾定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：利用多個位置已知且靜止的GNSS接收機組成一個欺騙干擾源定位系統，將偽距單差TDOA和與偽距單差TDOA對應的功率比的開方作為GNSS欺騙干擾源定位求解過程中的變量；

此欺騙干擾源定位系統由N個GNSS接收機組成，在柯西參考坐標系下，N個GNSS接收機分別位于已知的位置r_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，欺騙干擾源位于s^o＝[x^o,y^o,z^o]^T；

偽距單差TDOA模型，以第1個GNSS接收機為參考接收機可以表示為：

ki1=li-l1=dio-d1o+ϵd,i-ϵd,1---(5)]]>

其中，k_i1表示第i個GNSS接收機與第1個GNSS接收機的偽距單差TDOA，l_i為第i個GNSS接收機偽距測量值，l₁為第1個GNSS接收機偽距測量值，為欺騙干擾源到第i個GNSS接收機之間的歐拉距離，為欺騙干擾源到第1個GNSS接收機之間的歐拉距離，ε_d,i為第i個GNSS接收機偽距測量噪聲，ε_d,1為第1個GNSS接收機偽距測量噪聲；

記k＝[k₂₁,...,k_N1]^T，其中k₂₁,...,k_N1由(5)式定義，則k的協方差Q_k[i-1,j-1]為：

Qk[i-1,j-1]=σd,12,i≠jσd,12+σd,i2,i=j---(6)]]>

其中i,j＝2,3,...,N，為第i個GNSS接收機偽距測量噪聲方差，為第1個GNSS接收機偽距測量噪聲方差；

與偽距單差TDOA對應的功率比的開方為：

qi1=p1/g1pi/gi=diod1o(1+d1o2ϵp,1pTg1)(1+dio2ϵp,ipTgi)-1---(7)]]>

式中，p_i為第i個GNSS接收機的功率測量值，g_i為第i個GNSS接收機的增益，p_T為欺騙信號的發射功率，ε_p,i為第i個GNSS接收機信號功率測量噪聲，ε_p,1為第1個GNSS接收機信號功率測量噪聲，當信號的SNR足夠大時，滿足則對式(7)進行泰勒展開，并忽略2次及以上的項，可得：

qi1≈diod1o1+d1o2ϵp,1pTg1-dio2ϵp,ipTgi≈diod1o(1-12(d1o2ϵp,1pTg1-dio2ϵp,ipTgi))=diod1o-12(d1odioϵp,ipTg1-dio3ϵp,ipTgid1o)---(8)]]>

記q＝[q₂₁,...,q_N1]^T，其中q₂₁,...,q_N1由(8)式定義，則q的協方差為：

Qq[i-1,j-1]=d1o2diodjoσp,124pT2g12,i≠jd1o2dio2σp,124pT2g12+dio6σp,i24pT2gi2d1o2,i=j---(9)]]>

S2：采用加權最小二乘法估計欺騙干擾源信號到達GNSS接收機的時間TOA；

S2.1：將式(5)、(8)分別移項可得相應的測量誤差方程分別為：

Δki1=ki1-(dio-d1o)---(10)]]> 1

Δqi1=qi1-diod1o---(11)]]>

式中Δk_i1,Δq_i1分別表示TDOA測量誤差和距離比測量誤差；

S2.2：將式(11)等號兩邊同時乘以得：

d1oΔqi1=d1oqi1-dio---(12)]]>

式(10)和(12)均為未知量的線性函數，它們的矩陣形式表示為：

e₁＝h₁-G₁d^o (13)

其中：

e1=[Δk21,...,ΔkN1,d1oΔq21,...,d1oΔqN1]T---(14)]]>

h₁＝[k^T,0_1×N-1]^T (15)

G1=-1N-1×1IN-1-qIN-1---(16)]]>

式中，0_1×N-1表示N-1維全0列向量，1_N-1×1表示N-1維全1行向量，I_N-1表示N維單位矩陣；

S2.3：加權矩陣W₁定義為：

W1=E[e1e1T]-1=diag{Qγ-1,1d1o2Qq-1}---(17)]]>

其中，E[·]^-1表示將均值矩陣取逆，diag{}表示取矩陣主對角線上的元素，表示偽距單差向量k的協方差矩陣取逆，表示將功率比的開方q的協方差矩陣取逆，則可得使最小的加權最小二乘解為：

d=(G1TW1G1)-1G1TW1h1---(18)]]>

式中d表示TOA估計值；

S3：利用S2得到的TOA估計值，采用最小二乘算法完成欺騙干擾源位置定位；

設欺騙干擾源初始位置為s_g，迭代求解過程為式(19)：

m=0,s(0)=sgwhile||Δs(m)||>ηΔs(m+1)=(G2TG2)-1G2Tbs(m+1)=s(m)+Δs(m+1)m=m+1---(19)]]>

式中，

G2=[(s-r1)||s-r1||,...,(s-rN)||s-rN||]T---(20)]]>

b＝[d₁-||s-r₁||,...,d_N-||s-r_N||]^T(21)

Δs＝[Δx,Δy,Δz]^T (22)

m表示迭代次數在while循環中的變量，η為判決門限，其值應大于克拉美羅下限CRLB，Δs^(m)表示第m次循環的最小二乘解，Δs^(m+1)表示第m+1次循環的最小二乘解，s^(m)表示第m次循環所求得的欺騙干擾源位置，s^(m+1)表示第m+1次循環所求得的欺騙干擾源位置，s表示循環過程中獲得的欺騙干擾源位置矩陣，r₁表示第1個GNSS接收機的位置，r_N表示第N個GNSS接收機的位置，d₁表示第1個GNSS接收機的TOA估計值，d_N表示第N個GNSS接收機的TOA估計值，Δs＝[Δx,Δy,Δz]^T表示循環當中的最小二乘解；當第m次循環的最小二乘解Δs_(m)的模大于判決門限η時，循環結束，此時所獲得s^(m+1)的即為欺騙干擾源位置。