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利用部分可信信號的導航終端欺騙干擾檢測方法

王環(huán)宇 林紅磊 歐鋼 唐小妹

王環(huán)宇, 林紅磊, 歐鋼, 唐小妹. 利用部分可信信號的導航終端欺騙干擾檢測方法[J]. 電子與信息學報, 2024, 46(10): 4053-4061. doi: 10.11999/JEIT240067
引用本文: 王環(huán)宇, 林紅磊, 歐鋼, 唐小妹. 利用部分可信信號的導航終端欺騙干擾檢測方法[J]. 電子與信息學報, 2024, 46(10): 4053-4061. doi: 10.11999/JEIT240067
WANG Huanyu, LIN Honglei, OU Gang, TANG Xiaomei. The Spoofing Detection Method of Navigation Terminal Using Partial Authenticated Signals[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2024, 46(10): 4053-4061. doi: 10.11999/JEIT240067
Citation: WANG Huanyu, LIN Honglei, OU Gang, TANG Xiaomei. The Spoofing Detection Method of Navigation Terminal Using Partial Authenticated Signals[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2024, 46(10): 4053-4061. doi: 10.11999/JEIT240067

利用部分可信信號的導航終端欺騙干擾檢測方法

doi: 10.11999/JEIT240067
詳細信息
    作者簡介:

    王環(huán)宇:女,博士生,研究方向為衛(wèi)星導航信號認證

    林紅磊:男,副研究員,研究方向為衛(wèi)星導航系統(tǒng)與信號處理

    歐鋼:男,教授,研究方向為衛(wèi)星導航定位、綜合導航定位授時

    唐小妹:女,研究員,研究方向為導航信號體制設計、導航安全對抗等

    通訊作者:

    林紅磊 linhonglei@nudt.edu.cn

  • 中圖分類號: TN967.1

The Spoofing Detection Method of Navigation Terminal Using Partial Authenticated Signals

  • 摘要: 導航信號認證服務處于初步部署階段,認證信號對地覆蓋重數(shù)無法滿足獨立定位授時需求,現(xiàn)有研究對這一階段利用部分通過認證的信號,即可信信號,實現(xiàn)欺騙檢測的方法關注度較低。針對這一現(xiàn)狀,該文根據(jù)欺騙攻擊原理,提出以可信信號為基準,基于可信信號偽距殘差的欺騙檢測方法,建立該場景下的欺騙檢測模型,并分析影響所提方法檢測性能的因素。經(jīng)過仿真,在可信衛(wèi)星數(shù)目為3顆、用戶定位精度約10 m條件下,當欺騙導致的定位偏差為100 m時,該方法的平均欺騙檢測概率可達0.96。此外,該文對算法欺騙檢測盲區(qū)進行了分析,證明所提算法對于絕大部分欺騙導致的定位結果均有效。
  • 圖  1  不同可信衛(wèi)星數(shù)目下時間欺騙導致的偽距拉偏距離與平均欺騙檢測概率的關系曲線

    圖  2  M=2時接收機鐘差變化量對算法檢測性能的影響曲線

    圖  3  不同安全認證信號數(shù)目的檢測性能

    圖  4  觀測時刻不同用戶測距誤差的標準差與不同可信衛(wèi)星數(shù)目單點定位精度統(tǒng)計結果對比圖

    圖  5  不同衛(wèi)星數(shù)目觀測時刻檢測統(tǒng)計量取值統(tǒng)計結果對比圖

    圖  6  偽距測量誤差標準差與平均欺騙檢測概率的關系

    圖  7  欺騙導致的定位偏差r與平均欺騙檢測概率之間的關系曲線

    圖  8  $ \Delta {d'^2} $與欺騙信號檢測概率之間的曲線對比圖(接收機位于北京,r=50 m, ${P_{{\text{fa}}}} = 0.01$, ${\sigma _{{\text{URE}}}} = 5.9{\text{ m}}$)

    圖  9  算法檢測盲區(qū)理論計算分布圖

    表  1  只存在時間欺騙時,不同可信衛(wèi)星數(shù)目下,算法可檢測出的接收機鐘差欺騙距離的理論值(s)

    可信衛(wèi)星數(shù)目M 1 2 3
    算法可檢測出的接收機鐘差欺騙 $ \ge 7.7 \times {10^{ - 8}}$ $ \ge 5.9 \times {10^{ - 8}}$ $ \ge 5.0 \times {10^{ - 8}}$
    下載: 導出CSV

    表  2  仿真場景參數(shù)

    參數(shù) 描述
    仿真時段 2023年9月2日16:00-2023年9月3日16:00,觀測時間間隔為10 min,觀測歷元共144個
    北斗星座 本文采用北斗三號衛(wèi)星星座,包括:24顆MEO衛(wèi)星,Walker24/3/1星座,衛(wèi)星軌道高度為21 528 km,軌道傾角為55°;
    3顆GEO衛(wèi)星,軌道高度為35 786 km,分別定位于東經(jīng)80°, 110.5°, 140°;3顆IGSO衛(wèi)星,軌道高度35 786 km,
    軌道傾角55°,相位間隔120°
    低軌星座 衛(wèi)星播發(fā)認證信號,為近極地星座,為Walker類型,共有60顆衛(wèi)星,6個軌道面,相位因子為1,軌道高度為1 175 km,
    軌道傾角為86.5°
    接收機位置 隨機選擇國內(nèi)5個城市作為接收機所在位置(地心地固坐標),包括:
    哈爾濱(–2661.32,3576.94,4546.01) km、北京(–2176.85,4387.47,4071.96) km、蘭州(–1231,5014.65,3736.14) km、
    成都(–1334.67,5326.66,3234.39) km、海口(–2083.66,5620.29,2172.46) km
    接收機天線 最低仰角為15°
    下載: 導出CSV
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  • 加載中
圖(9) / 表(2)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2024-01-29
  • 修回日期:  2024-09-05
  • 網(wǎng)絡出版日期:  2024-09-09
  • 刊出日期:  2024-10-30

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