一種基於粒子濾波的穩健gnss抗欺騙方法
2023-05-07 14:30:36 1
一種基於粒子濾波的穩健gnss抗欺騙方法
【專利摘要】一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法，本發明涉及GNSS抗欺騙方法。是要解決欺騙衛星產生偏差，無法抵抗轉髮式欺騙以及抗欺騙無法應用於已有的系統，產生成本高而提出的GNSS抗欺騙方法，該方法是通過1、得到1時刻狀態向量粒子；2、更新k時刻狀態向量粒子；3、得到觀測偽距4、更新觀測向量5、計算出未歸一化的粒子權重6、計算觀測向量的模值的最小值θ；7、根據修正8、計算k時刻定位結果9、得到剩餘的有效向量粒子的數目Meff；10、計算出11、將帶入到到步驟二等步驟實現的。本發明應用於GNSS抗欺騙領域。
【專利說明】一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法。
【背景技術】
[0002]隨著LBS (Location Based Service,基於位置的服務)需求的不斷上升和接收機價格的不斷下降，GNSS(Global Navigation Satellite System,全球導航衛星系統)已經廣泛應用於軍用和民用市場。GNSS不僅能夠提供精確的定位和授時服務，而且被普遍應用與很多新興的無線系統，比如智能電網和CDMA2000通信系統。但隨著接受度的增高，GNSS的弱點也嚴重暴露了出來，尤其是對欺騙式攻擊，幾乎毫無抵抗力。欺騙式攻擊就是利用一個無線電設備，模擬產生衛星的欺騙式導航信號。欺騙提供錯誤的偽距信息或衛星位置信息，從而誤導接收機，使它產生偏差很大的定位結果。
[0003]十幾年前，很少有人研究怎樣抵抗欺騙式攻擊的問題，因為那時候，這種攻擊的實現過於複雜。但隨著集成電路技術的快速發展，欺騙式攻擊已經具備了條件，所以必須被納入學者的考慮範圍之內。
[0004]最早的抗欺騙方法應用在美國軍事上，利用GPS軍用信號的加密偽隨機碼，只要幹擾方不知道這個擴頻碼，就無法模擬欺騙信號。但這一方法無法估計到民用用戶，而且無法抵抗轉髮式欺 騙。Logan Scott提出了一種新的信號架構來實現抗欺騙,K.Wesson也討論了這一問題，但這都需要改變信號體制，無法應用於已有的系統。C.J.Wullems和X.Jiang也提出了自己的方法，但他們的問題是需要額外的硬體設備，提高了成本。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決欺騙衛星提供錯誤的偽距信息誤導接收機，使它產生偏差很大的定位結果，無法抵抗轉髮式欺騙以及抗欺騙需要改變信號體制，無法應用於已有的系統，需要額外的硬體設備，提高了成本的問題而提出的一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法。
[0006]上述的發明目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]步驟一、確定用戶的初始狀態，在用戶初始狀態的領域內均勻分布m個初始狀態向量粒子=，同時設置迭代次數的計數值為k = I;根據用戶初始狀態
向量粒子xlf，可以得到k = I時刻用戶狀態向量粒子Xft):
[0008]X」=x『 + v;,w 丨+ if》，
[0009]其中，少i 身分另'J 表示
丨！.1, " I!丨！.1.........Xiu, Yu,!, Zlu, δ 在單位時隙中的變化量；表示第k= I時刻的狀態向量粒子44的過程噪聲，服從均值為零的高斯分布；Xlu，Yu,!, Zlu代表用戶在k = I個時刻狀態向量粒子Xfi的三維位置，S 用戶在k = I個時刻狀態與第η顆衛星的時鐘偏差；
[0010]步驟二、當k Φ I時,根據k-ι時刻的用戶狀態向量粒子更新m個在第k時刻
狀態向量粒子;
[0011]
【權利要求】
1.一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法,其特徵在於:一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法具體是按照以下步驟進行的: 步驟一、確定用戶的初始狀態，在用戶初始狀態的領域內均勻分布m個初始狀態向量粒子\~~(/7；? = 1，2，...5]141,同時設置迭代次數的計數值為1^=1 ;根據用戶初始狀態向量粒子可以得到k = I時刻用戶狀態向量粒子xifl」: 其中，vI =，ΖΟΛ，f , , ,.F,;,，( , , &υ J 分別表示 」 yu，」 Zu, 」 δ tu； !在單位時隙中的變化量；表示第k = I時刻的狀態向量粒子的過程噪聲，服從均值為零的高斯分布；Xlu，Yu, 1； Ziu代表用戶在k = I個時刻狀態粒子的三維位置，δ tlu用戶在k = I個時刻狀態與第η顆衛星的時鐘偏差； 步驟二、當k古I時，根據k-ι時刻的用戶狀態向量粒子xg更新m個在第k時刻狀態向量粒子χ|?°: V=xWH- ； *=2、3.....其中，狀態向量粒子(χυΛ，yu；k, zu；k)代表用戶在k個時刻狀態粒子的三維位置；S t?,k用戶在k個時刻狀態與第η顆衛星的時鐘偏差；模型輸入為:vA- ' = [xf,..t ^(f-k ^zu.k^tl;1 ] , x^k,yUtkJa^ J(Utk 分別表示 Xu, k，yu；k, zu；k, δ tu;k 在單位時隙中的變化量；ff1)表示用戶在第k時刻的狀態向量粒子的過程噪聲，服從均值為零的高斯分布； 步驟三、根據步驟二計算的]4">計算出用戶與第η顆衛星之間的觀測偽距Pnjt ,由下式給出:
2.根據權利要求1所述一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法，其特徵在於:步驟三中根據步驟二計算的]4_計算出用戶與第η顆衛星之間的觀測偽距,由下式給出: (1)通過用戶在第k時刻的狀態向量粒子計算得到觀測偽距&d
3.根據權利要求1所述一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法，其特徵在於:步驟五中根據更新觀測向量
4.根據權利要求1所述一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法，其特徵在於:步驟六中計算觀測向量yf)的模值的最小值Θ: 通過監測wf°來偵測欺騙衛星，具體如下:
5.根據權利要求1所述一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法,其特徵在於:步驟七中判斷θ與gamma 的大小，如果θ >gamma，根據
6.根據權利要求1所述一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法，其特徵在於:步驟八中根據未歸一化的粒子權重Hf1計算k時刻定位結果xMMSk推導過程為: 則對於X(m)k的估計為xMMSk
7.根據權利要求1所述一種基於粒子濾波的穩健GNSS抗欺騙方法，其特徵在於:步驟十中如果Mir≤2/3M, 採取M個在k時刻的狀態向量粒子X(m)k對集合{X(m)k}Mm=1重採樣，採到的概率為歸一化粒子權重W(m)k具體過程為: 對集合{X(m)k}Mm=1中的元素進行均勻採樣，依次抽取M次，得到k時刻M個新的狀態向
量粒子，用k時刻M個新的狀態向量粒子來取代之前的k時刻的M個狀態向量粒子x(m)k.
【文檔編號】G01S19/21GK103926596SQ201410169614
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】孟維曉, 鞏紫君, 韓帥, 羅德巳 申請人:哈爾濱工業大學