基于GNSS/INS组合导航的抗欺骗干扰关键技术研究

来源 :战略支援部队信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kobeantoni198774
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当前,卫星导航系统已与行业发展和军事活动紧密联系在一起,关系到国家经济和国防安全的命脉。因此,卫星导航的安全性逐渐成为重点关注的问题。对卫星导航造成干扰的主要有压制干扰和欺骗干扰两类。压制式干扰最早得到关注和应用,压制式干扰源通过发射较强干扰信号,影响导航接收机接收卫星信号。欺骗式干扰源则是通过发射虚假的卫星信号,使用户得到错误的导航信息,其危害更为严重。近些年,不断出现的欺骗干扰事件,说明了欺骗式干扰已逐渐成熟并切实威胁军民导航安全。然而,作为欺骗干扰的应对方,抗欺骗技术的发展还处于起步阶段。尽管少部分研究者已率先开展研究,但抗欺骗理论和技术体系复杂,当前抗欺骗方法仍未成熟。面对日益严峻复杂的欺骗干扰环境,卫星抗欺骗干扰在当前及未来很长一段时期内,都将是导航安全的主题。目前,学术界主要基于GNSS信号开展抗欺骗技术研究。然而,单一依赖GNSS信号的检测识别技术,难以应对复杂欺骗干扰场景。GNSS/INS组合导航技术融合了卫星导航和惯性导航,在欺骗识别和抵抗,欺骗发生后的继续可信导航方面具备优势,是卫星抗欺骗干扰技术发展的重要方向。因此,本文基于GNSS/INS开展抗欺骗干扰技术研究,对于保障卫星导航安全,夺取“导航战”先机优势,维护国家经济和军事利益,具有重要价值。本文的主要工作和贡献如下:1.针对目前欺骗仿真场景单一、针对性不强,且欺骗轨迹仅适用于空中目标的局限,分析并设计了多种应用于地面车辆载体的欺骗场景,为后续研究奠定基础。2.分析了多种一致性检测算法并仿真验证了算法性能。相比于单一的一致性检测算法,联合一致性检测算法能够适应更广泛的欺骗场景,并具有更快的检测响应速度。3.提出了基于滑窗的一致性欺骗检测算法(简称滑窗检测算法),有效解决了GNSS/INS一致性检测在区分粗差和欺骗信号时存在的模糊问题。分析了粗差与欺骗信号概率上的差异性,然后改进了常规一致性检测算法。实验结果显示:采用基于滑窗的一致性检测算法,能够有效区分偶然性粗差和欺骗信号,避免把偶然粗差当成欺骗信号而关闭卫星导航通道,造成更大的导航误差。4.提出了一种滑窗开关的在线抗欺骗算法。该算法是利用滑窗检测算法在线识别出欺骗信号后关闭卡尔曼滤波组合导航模式,自动转入纯惯性导航程序的算法。在顾及INS性能维持能力的基础上,给出了不同精度组合导航系统重新恢复组合导航模式的置信区间,为智能欺骗抑制策略提供决策辅助。5.设计了附加道路约束的抗欺骗干扰算法,解决了欺骗发生后低精度INS自主导航能力弱的短板。在弃用GNSS量测更新后,该算法可有效抑制INS定位精度的快速衰减,从而增强GNSS/INS抗欺骗能力。实验结果表明:该算法能有效弥补低精度INS导航精度维持时间短的不足,在一定程度上增强GNSS/INS的抗欺骗能力。
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