[發明專利]一種基于殘差卡方檢驗法的GPS誘騙識別和閾值決策方法

有效

• 申請號: 201710299472.5
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107121684B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 王養柱;韓震;丁典
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

1.一種基于殘差卡方檢驗法的GPS誘騙識別和閾值決策方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：建立組合導航的松組合模型；

松組合模型的狀態量為：

X＝[δL δλ δh δV_E δV_N δV_U]

其中，δL是緯度誤差，δλ是經度誤差，δh是高度誤差，δV_E是東向速度誤差，δV_N是北向速度誤差，δV_U是天向速度誤差

則用于GPS誘騙識別的松組合濾波模型：

表示系統模型狀態向量的導數，Z表示系統量測值；

其中，F表示濾波模型的系統矩陣，具體參數為：

其中，V_E是東向速度，V_N是北向速度，V_U是天向速度，L是緯度，R是地球半徑，h是高度，ω_ie是地球自轉角速率；

H為：

W是系統噪聲矩陣，V是量測噪聲矩陣，這兩矩陣為相互獨立的高斯白噪聲矩陣，方差分別為Q和r；

將系統誤差狀態矩陣進行離散化，可得：

X_k＝AX_k-1+W_k (4)

其中，X_k表示系統的n維狀態向量；A為系統的一步狀態轉移矩陣，W_k為系統噪聲矩陣，A為：

其中，I為維數與F相同的單位矩陣，T為濾波周期；

濾波后的校正采用反饋校正的方式；

步驟二：優化檢驗算法；

選取系統狀態量來構建誤差量e_k：

e_k＝Z_k-H_kX_k (9)

其中，H_k為量測矩陣，Z_k表示實際測量所得的量測值；

殘差向量的方差矩陣為：

E[(Z_k-H_kX_k)(Z_k-H_kX_k)^T]＝E[((I-H_kK_k)(Z_k-H_kX_k/k-1))((I-H_kK_k)(Z_k-H_kX_k/k-1))^T]

＝(I-H_kK_k)(H_kP_k/k-1H_k+R)(I-H_kK_k)^T (10)

其中，K_k是卡爾曼濾波中的增益矩陣；P_k/k-1是一步預測方差矩陣；

因此，殘差向量的方差矩陣S_k為：

S_k＝(I-H_kK_k)(H_kP_k/k-1H_k+R)(I-H_kK_k)^T (11)

令誘騙識別函數D_k為：

步驟三：確定檢驗閾值，并定期更新閾值，利用優化后的濾波模型和檢驗算法對GPS誘騙進行識別；

判斷是否已存在閾值，若還未設定閾值，則需要計算出閾值與最小可識別誘騙，若閾值已經完成設定但需要更新，則同樣需要計算出最新的閾值和對應的最小可識別誘騙來取代原來的數據；若閾值已確定，且不需要更新，則讀取INS和GPS的信號數據以及其他輔助傳感器所給出的速度信息，利用松組合模型估算出狀態估計量，將狀態估計量帶入步驟二建立的優化檢驗算法中，可以計算出識別函數的具體數值，根據識別函數的數值，來判斷GPS是否受到誘騙，若在一定濾波周期內，識別函數的數值大于閾值，則認為GPS被誘騙；若數值不大于閾值，則認為GPS未被誘騙或誘騙信號的變化率過小，若識別任務完成，則終止，否則再次判斷閾值是否需要更新，并重復獲取INS和GPS信號數據。