馬志奇,葉紅軍,魏 亮

(中國(guó)電科網(wǎng)絡(luò)通信研究院,石家莊 050081)

0 引言

隨著北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全球組網(wǎng)成功,其具備了全天時(shí)、全天候、全區(qū)域覆蓋的導(dǎo)航定位與授時(shí)服務(wù)能力,在氣象預(yù)報(bào)、交通運(yùn)輸、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)和偵察制導(dǎo)等民用與軍用諸多領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。但是在空間復(fù)雜電磁環(huán)境的影響下,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在有效性和可靠性方面面臨著巨大的挑戰(zhàn)。由于北斗信號(hào)結(jié)構(gòu)的公開性、信號(hào)強(qiáng)度極低和信號(hào)處理的脆弱性所導(dǎo)致的自身的脆弱性[1],使其極易受到自然干擾和人為干擾等方面的影響。雖然由自然環(huán)境引起的干擾很多時(shí)候無(wú)法避免,但是這類干擾對(duì)接收機(jī)的影響并不大,很多時(shí)候會(huì)隨著環(huán)境的改變而自動(dòng)消失。因此真正對(duì)接收機(jī)構(gòu)成嚴(yán)重威脅的是人為干擾,這類干擾是由攻擊方惡意針對(duì)接收機(jī)而產(chǎn)生的干擾,對(duì)接收機(jī)性能影響最大。

實(shí)際上,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(global navigation satellite system,GNSS)的干擾問(wèn)題早已突顯。早在2011年12月,伊朗軍方就聲稱使用GPS欺騙干擾設(shè)備,通過(guò)改變航向與目的地后,成功捕獲了一架美軍偵察無(wú)人機(jī)RQ-170[2];2018年11月,伊朗再次捕獲了一架美軍MQ-9大型無(wú)人機(jī)[3];2019年11月,在北約多國(guó)聯(lián)合部隊(duì)舉辦的三叉戟軍事演習(xí)期間,芬蘭北部地區(qū)以及東北部地區(qū)GPS信號(hào)出現(xiàn)了明顯的干擾情況,從而使得大批民航客機(jī)因?yàn)闄C(jī)上的航電設(shè)備受到干擾而滯留機(jī)場(chǎng)無(wú)法起飛,芬蘭空軍原本的軍事演習(xí)計(jì)劃也受到了很大的影響[4]。由這些案例可以看出,有針對(duì)性地對(duì)GNSS進(jìn)行干擾會(huì)對(duì)GNSS造成極壞的影響。

對(duì)于使用信號(hào)強(qiáng)度作為觀測(cè)量進(jìn)行欺騙檢測(cè)的方法,許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了深入研究,文獻(xiàn)[5]利用接收機(jī)前端的AGC增益檢測(cè)欺騙信號(hào),由于欺騙裝置會(huì)產(chǎn)生比真實(shí)信號(hào)功率更強(qiáng)的信號(hào),所以可以依據(jù)AGC增益等級(jí)檢測(cè)欺騙信號(hào);文獻(xiàn)[6]通過(guò)信號(hào)載噪比和絕對(duì)功率對(duì)欺騙信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),由于欺騙信號(hào)會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)載噪比與絕對(duì)功率發(fā)生變化,所以可以通過(guò)一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的跳變情況來(lái)檢測(cè)欺騙信號(hào);文獻(xiàn)[7]提出了一種通過(guò)監(jiān)測(cè)信號(hào)功率異常和接收機(jī)跟蹤階段自相關(guān)輸出異常所組成的聯(lián)合監(jiān)測(cè)方法,并通過(guò)真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證;文獻(xiàn)[8]提出了一種基于接收信道中噪聲功率與載噪比異常變化的欺騙信號(hào)檢測(cè)方法,并通過(guò)德州大學(xué)的德州欺騙測(cè)試數(shù)據(jù)集(Texas spoofing test battery,TEXBAT)對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行了驗(yàn)證;文獻(xiàn)[9]提出了一種基于載噪比移動(dòng)方差的欺騙檢測(cè)方法,在欺騙信號(hào)功率優(yōu)勢(shì)時(shí)能達(dá)到很好的檢測(cè)效果。這些方法都驗(yàn)證了利用信號(hào)強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)欺騙式干擾的可行性,但是利用接收機(jī)前端AGC增益以及單一觀測(cè)星的載噪比值異常變化進(jìn)行欺騙干擾的檢測(cè),容易受到環(huán)境因素變化以及單星數(shù)據(jù)異常影響而產(chǎn)生虛警。本文基于在施加欺騙干擾后北斗信號(hào)同一觀測(cè)頻點(diǎn)下不同可見星信號(hào)載噪比值具有相同變化趨勢(shì)的規(guī)律,可以充分利用當(dāng)前觀測(cè)頻點(diǎn)下各高俯仰角可見星的載噪比值數(shù)據(jù)信息,避免了因環(huán)境變化或數(shù)據(jù)異常導(dǎo)致的使用單一衛(wèi)星載噪比值突變使檢測(cè)方法失效的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了對(duì)由同一干擾天線發(fā)射出的大功率優(yōu)勢(shì)欺騙信號(hào)的檢測(cè),并通過(guò)外場(chǎng)搭建環(huán)境進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了方法的有效性。

1 衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙干擾形式

欺騙干擾是指攻擊方利用干擾信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)之間的強(qiáng)相關(guān)性來(lái)實(shí)施干擾行為,最終導(dǎo)致導(dǎo)航系統(tǒng)提供錯(cuò)誤的導(dǎo)航信息,而且欺騙干擾信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)的相關(guān)性越強(qiáng),干擾效果越好。按照欺騙干擾的欺騙方式進(jìn)行分類,可以將欺騙干擾分成生成式欺騙干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾[10]。

轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是先通過(guò)接收機(jī)獲取真實(shí)信號(hào),然后對(duì)獲取的真實(shí)信號(hào)進(jìn)行碼延遲、增加功率等處理后進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)傳播,如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾示意圖

生成式欺騙干擾是通過(guò)干擾源產(chǎn)生所需的欺騙信號(hào),同時(shí),為了保證干擾源產(chǎn)生的信號(hào)和真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)具有相同的載波頻率等信號(hào)特征,生成式欺騙干擾源通常還需要先解算出真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)的信息,然后再根據(jù)真實(shí)信號(hào)的信息來(lái)合成所需要的欺騙信號(hào)。因此,根據(jù)是否需要解算真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行劃分,生成式欺騙干擾源可以分成兩類,如圖2所示。

圖2 生成式欺騙干擾示意圖

以圖2中的生成式欺騙干擾源-1為例,生成式欺騙干擾源的工作流程一般是先通過(guò)定向接收天線將不同真實(shí)衛(wèi)星的信號(hào)接收下來(lái),之后將接收到的真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解調(diào),得到相應(yīng)的真實(shí)載波頻率、電文等信息,攻擊方再根據(jù)這些信息利用干擾源產(chǎn)生新的欺騙信號(hào),最后將欺騙信號(hào)通過(guò)發(fā)射端發(fā)送給用戶接收機(jī)。

欺騙式干擾導(dǎo)致導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的接收機(jī)出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象可分為三類[11]:

1)接收信號(hào)參數(shù)異常:信號(hào)頻帶內(nèi)功率異常、信號(hào)載噪比異常、相關(guān)峰畸變和載波多普勒與偽碼多普勒一致性異常;

2)接收信號(hào)方向異常;

3)解算結(jié)果異常:定位結(jié)果跳變、多個(gè)位于不同位置的接收機(jī)定位結(jié)果一致和偽距殘差過(guò)大。

由此可見,欺騙干擾對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的危害十分顯著,采用欺騙檢測(cè)方法及時(shí)檢測(cè)出欺騙干擾信號(hào)對(duì)保障終端接收機(jī)正常有效工作具有重要意義。

2 基于信號(hào)強(qiáng)度的欺騙干擾檢測(cè)方法

在一般欺騙干擾場(chǎng)景中,攻擊方為了能夠達(dá)到較好的欺騙效果,會(huì)使欺騙信號(hào)的功率高于真實(shí)信號(hào)功率。所以通過(guò)檢測(cè)接收信號(hào)的能量,可以判斷接收機(jī)是否受到欺騙干擾。能量檢測(cè)可以分為絕對(duì)功率檢測(cè)和相對(duì)功率檢測(cè)兩種檢測(cè)方式[12]。絕對(duì)功率檢測(cè)是指直接對(duì)接收信號(hào)的功率大小進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)到的信號(hào)功率超過(guò)所設(shè)閾值時(shí),就認(rèn)為該信號(hào)為欺騙信號(hào);相對(duì)功率檢測(cè)是指通過(guò)監(jiān)測(cè)接收信號(hào)的載噪比等間接方式來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 二元假設(shè)檢驗(yàn)

對(duì)于導(dǎo)航欺騙干擾檢測(cè)問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為二元假設(shè)檢驗(yàn)問(wèn)題[13],即

H0:當(dāng)前接收數(shù)據(jù)只有真實(shí)信號(hào);

H1:當(dāng)前接收信號(hào)存在欺騙信號(hào)。

本文選取北斗接收機(jī)跟蹤階段輸出的載噪比(carrier-to-noise ratio,C/N0)建立檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量,則假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢员硎緸?/p>

(1)

式中,ωn為高斯白噪聲向量。

假設(shè)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)量C在H0和H1下的概率密度函數(shù)分別為p(C;H0)和p(C;H1),由奈曼-皮爾遜準(zhǔn)則可得似然比為

(2)

設(shè)置檢測(cè)門限γ,若L(C)>γ,則判定為H1成立,即存在欺騙干擾;否則判定H0成立,即不存在欺騙信號(hào),僅存在真實(shí)信號(hào)。漏警概率PMD和虛警概率PFA分別表示為

PMD=P(L(C)<γ|H1|)

(3)

PFA=P(L(C)>γ|H0|)

(4)

在確定虛警概率PFA的情況下,檢測(cè)門限γ可由式(5)求出

(5)

由于欺騙干擾環(huán)境的靈活性和多變性,所以在H1條件下的統(tǒng)計(jì)分布情況并不容易得知,但是在H0條件下的分布可以近似看作是高斯分布,可以表示為

(6)

2.2 K-means聚類算法

K-means聚類算法(也稱為K均值聚類算法)是一類基于距離的經(jīng)典算法。K-means聚類算法以距離指標(biāo)作為評(píng)判依據(jù),如果兩個(gè)對(duì)象之間的距離越小,那么就認(rèn)為它們之間的相似度越高,算法認(rèn)為距離相互靠近的對(duì)象構(gòu)成類簇,并且最終可以得到獨(dú)立緊湊的簇。

K-means算法的基本原理是給定數(shù)據(jù)樣本X,X={x1,x2,…,xn},n個(gè)對(duì)象,每個(gè)對(duì)象均包括m個(gè)維度的屬性。首先,初始化k個(gè)聚類中心{c1,c2,…,ck}(1

(7)

式中,Xi表示第i個(gè)樣本;Cj表示第j個(gè)聚類中心;t為屬性順序。通過(guò)式(7)計(jì)算所得距離,然后互相進(jìn)行比較,根據(jù)最近原則將樣本分配得到k個(gè)類簇{S1,S2,…,Sk}。

類簇中心計(jì)算公式如式(8)所示

(8)

其算法流程可以歸結(jié)如下。

1)選點(diǎn):從樣本數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取k個(gè)樣本作為初始中心點(diǎn);

2)歸類:根據(jù)計(jì)算所得每個(gè)樣本到每個(gè)聚類中心的歐氏距離劃分類簇;

3)迭代:重新計(jì)算簇中心點(diǎn),重復(fù)前面步驟,直至中心點(diǎn)收斂。

2.3 基于載噪比同步變化的欺騙干擾檢測(cè)方法

由于導(dǎo)航衛(wèi)星處于距離地面幾萬(wàn)千米的高空中,所以對(duì)于真實(shí)的導(dǎo)航信號(hào)來(lái)說(shuō),正常情況下接收到的載噪比值并不會(huì)有很大的變化[16]。在一般欺騙干擾環(huán)境當(dāng)中,由于不同衛(wèi)星的欺騙信號(hào)是通過(guò)同一欺騙干擾天線發(fā)射出的,所以接收機(jī)在受到欺騙干擾攻擊后,同一頻點(diǎn)下不同可見星的載噪比值會(huì)產(chǎn)生相同的變化趨勢(shì)。在外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中,分別對(duì)北斗B1I頻點(diǎn)與B3I頻點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。通過(guò)接收軟件進(jìn)行正常對(duì)天收星,在施加欺騙干擾前后各可見星的載噪比值發(fā)生了明顯的變化。

B1I頻點(diǎn)施加欺騙前后各可見星的載噪比值情況如圖3和圖4所示,此時(shí)對(duì)天可見星分布如圖5所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)一無(wú)欺騙干擾下正常收星載噪比值情況

圖4 施加B1I頻點(diǎn)欺騙干擾下收星載噪比值情況

(a) 無(wú)欺騙正常對(duì)天可見星分布圖

B3I頻點(diǎn)施加欺騙前后各可見星的載噪比值情況如圖6和圖7所示,此時(shí)對(duì)天可見星分布圖如圖8所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)二無(wú)欺騙干擾下正常收星載噪比值情況

圖7 施加B3I頻點(diǎn)欺騙干擾下收星載噪比值情況

(a) 無(wú)欺騙正常對(duì)天可見星分布圖

觀察施加欺騙干擾前后各可見星的載噪比值情況,可以看出在施加欺騙干擾前后當(dāng)前頻點(diǎn)下的各可見星載噪比值變化明顯,B1I頻點(diǎn)下第1,7,8,10,13和29號(hào)星的載噪比值產(chǎn)生了相同的變化趨勢(shì),B3I頻點(diǎn)下第1,8,9,13,16和21號(hào)星的載噪比值產(chǎn)生了相同的變化趨勢(shì),即相較于正常情況下有明顯的增加,并且最終載噪比值幾乎相同。也就是說(shuō),無(wú)論在正常情況下當(dāng)前頻點(diǎn)各可見星的載噪比值是多少,在施加由同一天線發(fā)射出的欺騙干擾后,高俯仰角可見星的載噪比值會(huì)變化至一個(gè)基本相同的確定數(shù)值范圍內(nèi)。

基于此規(guī)律,本文提出了一種欺騙干擾檢測(cè)方法,方法流程圖如圖9所示。提取接收信號(hào)中當(dāng)前頻點(diǎn)各可見星的載噪比值作為檢測(cè)量,如果在施加欺騙前后當(dāng)前觀測(cè)頻點(diǎn)下有多于3顆可見星的載噪比值發(fā)生明顯變化并超過(guò)預(yù)設(shè)的檢測(cè)閾值,此時(shí)使用K-means聚類算法對(duì)施加欺騙前后的載噪比值進(jìn)行分析。

圖9 檢測(cè)方法流程圖

施加欺騙前后第i顆觀測(cè)星載噪比值Ci的類簇中心分別可以表示為

(9)

(10)

其中,Sl表示觀測(cè)數(shù)據(jù)區(qū)間長(zhǎng)度,然后計(jì)算每個(gè)對(duì)象到每個(gè)類簇中心的歐氏距離,互相進(jìn)行比較,根據(jù)最近原則將樣本分配到不同的類簇當(dāng)中。對(duì)于當(dāng)前觀測(cè)頻點(diǎn)下所選取的k顆高俯仰角可見星,在施加欺騙后其施加欺騙類簇中心基本相同,即

CSPOOFING,1≈CSPOOFING,2≈…≈CSPOOFING,k=CSPOOFING

(11)

當(dāng)超過(guò)檢測(cè)閾值的這些可見星在變化后的載噪比值之間的“距離”小于一個(gè)確定值(因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)衛(wèi)星的載噪比值基本為一穩(wěn)定值,可能會(huì)有1～2 dB·Hz的波動(dòng),所以可以將這個(gè)確定值設(shè)為1 dB·Hz),即

(12)

此時(shí)就可以認(rèn)為這些星的載噪比值相似度高,都進(jìn)入了CSPOOFING類簇,將此類簇定義為施加欺騙載噪比變化域,那么就可以判定這幾個(gè)信號(hào)為由同一天線發(fā)射出的欺騙信號(hào),由此實(shí)現(xiàn)對(duì)由同一干擾天線發(fā)射出的大功率優(yōu)勢(shì)欺騙信號(hào)的檢測(cè)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在外場(chǎng)實(shí)際搭建欺騙環(huán)境進(jìn)行測(cè)試,實(shí)驗(yàn)環(huán)境與設(shè)施如圖10所示。欺騙干擾源選用衛(wèi)導(dǎo)NGS4000多功能干擾源,接收板卡選用BZ4321部分頻點(diǎn)板卡,分別使用欺騙干擾源的內(nèi)置星歷發(fā)射針對(duì)B1I頻點(diǎn)的生成式欺騙干擾以及使用外接天線實(shí)時(shí)對(duì)天收星后發(fā)射針對(duì)B3I頻點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾,調(diào)整干擾源輸出功率,使得欺騙干擾信號(hào)至接收天線口面功率為-115 dBm,分別接收正常對(duì)天信號(hào)和施加欺騙干擾信號(hào)各35 min,存儲(chǔ)載噪比值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

(a) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

對(duì)施加欺騙干擾前后北斗系統(tǒng)B1I頻點(diǎn)的第1,3,8,10和13號(hào)可見星的載噪比值實(shí)采數(shù)據(jù)結(jié)果如圖11所示。

圖11 BDS B1I頻點(diǎn) PRN1,3,8,10,13衛(wèi)星載噪比變化示意圖

通過(guò)觀察可以得出B1I頻點(diǎn)所選5顆可見星在施加欺騙前后的大致載噪比值如表1所示。

表1 B1I頻點(diǎn)PRN1,3,8,10,13可見星大致載噪比值

對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析,可以看出在正常情況下,不同編號(hào)可見星信號(hào)的載噪比值基本穩(wěn)定在某一數(shù)值附近,會(huì)因可見星俯仰角的不同而有所差異,但是在施加欺騙干擾后,高俯仰角可見星的載噪比都產(chǎn)生了一定程度的增強(qiáng),并且載噪比值最終都重合地落在了同一數(shù)值范圍,即施加欺騙載噪比變化域內(nèi),則可以判定為此時(shí)接收機(jī)受到了欺騙干擾,如圖12所示。

圖12 B1I頻點(diǎn)施加欺騙載噪比變化域示意圖

圖13 BDS B3I頻點(diǎn) PRN1,8,13,16,21衛(wèi)星載噪比變化示意圖

同樣地,對(duì)于B3I頻點(diǎn),其第1,8,13,16和21號(hào)星的載噪比值實(shí)采數(shù)據(jù)結(jié)果圖如13所示。

B3I頻點(diǎn)所選5顆可見星在施加欺騙前后的大致載噪比值如表2所示。

表2 B3I頻點(diǎn)PRN1,8,13,16,21可見星大致載噪比值

則B3I頻點(diǎn)下的施加欺騙載噪比變化域示意圖如圖14所示。

圖14 B3I頻點(diǎn)施加欺騙載噪比變化域示意圖

可見B3I頻點(diǎn)的結(jié)果如同B1I頻點(diǎn)一樣,在施加欺騙后各高俯仰角可見星的載噪比值都重合地落在了同一數(shù)值范圍內(nèi)。

將衛(wèi)星信號(hào)載噪比值作為觀測(cè)量,使用K-means算法進(jìn)行聚類分析[17]。首先將正常收天情況下的各星載噪比值作為一個(gè)類簇,即無(wú)欺騙干擾類簇,然后在施加欺騙干擾后,設(shè)置到施加欺騙載噪比變化域中心距離為1 dB·Hz,將觀測(cè)時(shí)間內(nèi)超過(guò)檢測(cè)閾值的這些高俯仰角可見星的載噪比值聚類后,若都落在施加欺騙載噪比變化域內(nèi),則將其劃分為另一個(gè)類簇,即施加欺騙干擾類簇,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)欺騙干擾的檢測(cè)。

選取實(shí)際實(shí)驗(yàn)環(huán)境下B1I頻點(diǎn)和B3I頻點(diǎn)施加欺騙干擾前后各1 min的實(shí)采數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類檢測(cè),結(jié)果示意圖分別如圖15和圖16所示。

圖15 B1I頻點(diǎn)聚類檢測(cè)結(jié)果示意圖

圖16 B3I頻點(diǎn)聚類檢測(cè)結(jié)果示意圖

通過(guò)對(duì)B1I頻點(diǎn)正常收天時(shí)間段內(nèi)各可見星載噪比值的觀察,確定一個(gè)略高于各星載噪比值的確定值作為檢測(cè)閾值,如圖15中紅色虛線,在當(dāng)前觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)將檢測(cè)閾值設(shè)置為49 dB·Hz,將超過(guò)這個(gè)門限的各星載噪比值進(jìn)行聚類分析以形成施加欺騙類簇。從圖中可以看出,利用K-means聚類后結(jié)果分為兩個(gè)類簇,分別為藍(lán)色無(wú)欺騙干擾與紅色施加欺騙類簇,并可以看出此時(shí)的B1I頻點(diǎn)施加欺騙載噪比變化域?yàn)?51±1) dB·Hz,選取的第1,3,8,10,13號(hào)5顆高俯仰角可見星施加欺騙后的載噪比值都落入此施加欺騙載噪比變化域內(nèi),即檢測(cè)到欺騙干擾。

同理對(duì)B3I頻點(diǎn)正常收天時(shí)間段內(nèi)各可見星載噪比值的觀察,確定46 dB·Hz作為檢測(cè)閾值,如圖16中紅色虛線?？梢钥闯?此時(shí)的B3I頻點(diǎn)施加欺騙載噪比變化域?yàn)?48±1) dB·Hz,選取的第1,8,13,16,21號(hào)5顆高俯仰角可見星施加欺騙后的載噪比值都落入此施加欺騙載噪比變化域內(nèi),即檢測(cè)到欺騙干擾。

設(shè)置欺騙干擾信號(hào)相對(duì)于真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)的功率優(yōu)勢(shì)分別為3 dBm,6 dBm和9 dBm,進(jìn)行500次蒙特卡羅仿真,得到不同欺騙干擾功率優(yōu)勢(shì)情況下ROC曲線如圖17所示。

圖17 不同功率優(yōu)勢(shì)欺騙檢測(cè)ROC曲線

可以看出,此方法對(duì)欺騙干擾信號(hào)的檢測(cè)概率隨著欺騙信號(hào)相對(duì)于正常信號(hào)功率優(yōu)勢(shì)的增大而增大,對(duì)于受到的大功率優(yōu)勢(shì)(欺騙功率優(yōu)勢(shì)≥6 dBm)欺騙信號(hào),在虛警概率為0.05時(shí)檢測(cè)概率可以達(dá)到95%以上,即此方法對(duì)于大功率優(yōu)勢(shì)欺騙干擾具有很好的檢測(cè)效果。但是當(dāng)欺騙功率優(yōu)勢(shì)為3 dBm甚至更小時(shí),即所施加的欺騙干擾為隱蔽性欺騙干擾,恒虛警條件下已不能實(shí)現(xiàn)對(duì)欺騙干擾的檢測(cè),即此方法失效,此時(shí)需要結(jié)合其他檢測(cè)方法和策略進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)。

4 結(jié)論

欺騙干擾是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)安全使用的一個(gè)嚴(yán)重威脅。本文提出了一種載噪比同步變化的欺騙干擾檢測(cè)方法,以載噪比作為觀測(cè)量,利用受同一天線發(fā)射出的欺騙干擾后各高俯仰角可見星的載噪比值會(huì)落在同一施加欺騙載噪比變化域的特性,結(jié)合聚類算法對(duì)實(shí)采數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)分析,驗(yàn)證了此方法的可行性和有效性。對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果表明:

1)本文提出的方法可以充分利用當(dāng)前觀測(cè)階段各高俯仰角可見星的載噪比值數(shù)據(jù),避免了因數(shù)據(jù)異常導(dǎo)致的使用單一衛(wèi)星載噪比值突變檢測(cè)方法的失效問(wèn)題;

2)對(duì)于大功率優(yōu)勢(shì)的欺騙信號(hào),本文提出的欺騙檢測(cè)方法可以有效地檢測(cè)出欺騙,正確率可以達(dá)到95%以上;

3)對(duì)于功率相近的隱蔽式欺騙干擾,由于欺騙信號(hào)與真實(shí)信號(hào)交互作用的影響,使得此方法檢測(cè)性能大幅下降,此方法不再可靠,此時(shí)需要借助其他檢測(cè)方法進(jìn)行精細(xì)檢測(cè)。

本文提出的欺騙干擾檢測(cè)方法和策略為提高北斗接收機(jī)抗干擾能力提供了有益參考。但是此方法是在單一天線發(fā)射欺騙干擾的欺騙場(chǎng)景下進(jìn)行欺騙檢測(cè)的,適用范圍受限,在使用多天線發(fā)射欺騙干擾信號(hào)以及隱蔽式欺騙干擾的復(fù)雜欺騙干擾場(chǎng)景下,此方法失效,需要輔以其他檢測(cè)方法以提高欺騙干擾檢測(cè)的成功率和可靠性。