基于子空间投影的gnss抗欺骗式干扰技术研究

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1、硕士学位论文基于子空间投影的GNSS抗欺骗式干扰技术研究RESEARCHONGNSSANTI-SPOOFINGTECHNOLOGYBASEDONSUBSPACEPROJECTION张宇哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号:TN927.2学校代码：10213国际图书分类号:621.39密级：公开工程硕士学位论文基于子空间投影的GNSS抗欺骗式干扰技术研究硕士研究生：张宇导师：韩帅副教授申请学位：工程硕士学科、专业：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工

2、业大学Classifiedindex:TN927.2U.D.C:621.39DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONGNSSANTI-SPOOFINGTECHNOLOGYBASEDONSUBSPACEPROJECTIONCandidate:ZhangYuSupervisor:Asso.Prof.HanShuaiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:Electronic

3、sandCommunicationEngineeringAffiliation:SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefense:June,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology：哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近年来，全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)的飞速发展，使得GNSS作为一种基础设施成为人

4、们生产生活以及军事领域愈发依赖的对象。随着卫星导航在一些关键服务中的深入应用，GNSS的数据准确度和服务可靠性也开始备受关注。由于GNSS信号功率较低而且民用频段信号结构的公开，使其特别容易受到各种各样形式的干扰，主要包括压制式干扰和欺骗式的干扰，但是由于压制式干扰对目标区域所有设备都有影响，而且较易于发现，因而应用场景十分受限。欺骗式干扰则是通过伪造与真实信号类似的干扰，使接收机难以察觉，能够实现单次欺骗干扰或者诱导接收机沿着设定的轨道行走。由于欺骗式干扰应用更加灵活广泛且威胁性更强，因而本文将GNSS

5、抗欺骗式干扰作为研究重点。现有的抗欺骗式干扰方法以干扰检测为主，主要包括功率，载噪比以及信号质量等方面的检测。干扰抑制的策略较少，主要包括多天线技术和接收机完好性监测(ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring，RAIM)，而且可靠性和场景适应性较差。本文主要是从欺骗式信号的空间特性和扩频码的特性入手，分别提出了空域的子空间投影算法和数据域的子空间投影算法，可以同时进行干扰检测和干扰抑制。传统的多天线技术仅适用于单个欺骗式干扰源的场景。针对多个干扰源的场景，本文提出了空域的

6、子空间投影算法，它同时也适用于单个干扰源的场景。空域处理通过RELAX算法对欺骗式信号的波达方向(DirectionofArrival，DOA)进行估计，利用虚警概率设定门限确定其中的干扰信号，然后构造欺骗信号的子空间投影将干扰消除，同时本文推导证明了子空间投影可以将欺骗信号完全消除。在这个过程中由于欺骗信号子空间与真实信号的子空间并不完全正交，本文推导求取了补偿矩阵，它可以对真实信号的功率进行补偿，使得空域处理之后真实信号的功率输出最大化。通过仿真验证了空域处理能够以较高的检测概率和较低的虚警概率将空间

7、中的大功率干扰信号消除，同时也消除了强互相关干扰对数据域处理的影响；补偿矩阵可以对真实信号功率进行补偿而且不会影响已经消除的欺骗信号。针对小功率干扰信号，本文提出了数据域的子空间投影算法，它主要是利用欺骗信号的伪码特点进行设计构造子空间。数据域处理首先通过捕获跟踪可-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文以对欺骗信号的主要参数包括多普勒频移，码延迟以及具体的伪随机码(PseudoRandomNoise，PRN)等进行估计，利用这些参数可以构造出欺骗信号的子空间投影，进而可以对欺骗信号进行消除。同时推导证明了数

8、据域处理可以将欺骗信号完全消除掉，对真实信号近乎没有影响。由于数据域构造子空间投影所需参数较多，本文对这些参数进行了优化，推导证明了信号功率与子空间构造的无关性，在特定条件下导航数据和载波初始相位与子空间构造的无关性；评估了多普勒估计误差带来的影响。同时增加了多径判决模块，成功排除了多径信号的影响，减小了误判以及不必要的运算。通过仿真进一步验证了数据域处理在无强互相关干扰时的有效性。最后设计了接收机结构，包含空域处理和数据域处