GPS欺骗技术中的信号同步问题研究

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全球定位系统(Global Positioning System,GPS)已经被广泛的运用在各行各业中,尤其它在民用领域的定位和授时技术应用,比如通信网络、智能电网、交通运输以及民航领域等。然而,GPS信号传输到地面时已经十分微弱,导致了其易受到各类的干扰。在各类的干扰中,欺骗式干扰的危害性最大,由于其隐蔽性以及和真实的卫星导航信号在结构上的相似性。它们能在攻击中产生一个虚假的GPS信号来误导接收机认可此信号,从而产生定位或授时错误。因此,研究GPS欺骗技术的原理和工作方式就显得相当重要,这将为抗欺骗技术的研究提供有力的支持,同时也可以为国防安全提供一定的保障。在现有的研究及公开的文献中,关于GPS欺骗技术的文献比较少,尤其是有关其欺骗信号如何在目标接收机端稳定同步的研究更少。在本文的研究中,分析欺骗信号如何进入目标接收机捕获环路并最终控制其跟踪环路,并给出了产生欺骗信号的系统机构以及各部分组成,计算了产生信号时需要补偿的各项误差,并分析这些误差对接收机处理过程中的影响,以及针对常用的欺骗检测措施,如何控制误差范围来避免被检测到。最后,利用半实物仿真平台实验对前文的欺骗同步可行性进行了论证。论文的主要研究内容归纳如下:1.介绍了GPS欺骗的分类,分析了目前公开的欺骗检测技术,并总结了欺骗及对应检测技术的应用场景及局限性;2.建立欺骗场景,给出欺骗信号的生成流程,总结在信号生成中的各项误差并计算需要补偿的时间误差;3.分析了接收机信号捕获条件,并研究了欺骗信号的加入对接收机捕获环路的影响,以及分析欺骗信号和真实卫星信号在接收机端相互作用产生的结果,从分析中给出欺骗信号的功率控制方案;4.给出了两种欺骗跟踪策略,分析了欺骗信号的加入对接收机跟踪环路的影响,讨论了如何调整欺骗信号以逐渐控制跟踪环路,并通过计算和仿真分析各同步参数的变化对跟踪结果的影响,以及如何尽量消除这些影响,以避免被常用检测技术识别出来;5.利用半实物仿真实验来验证所述信号同步方案的可行性。
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