基于信号分离估计理论的GNSS欺骗式干扰抑制算法研究

By retransmiting or mimicing authentic satellite signal, spoofing interference aims to mislead or control target receiver, which has been a great threat for the GNSS (Global Navigation Satellite System) applications in military and safety critical fields (civil aviation、smart grid、wirless communication,etc.). However, as the power of spoofing is much lower than that of noise, the spoofing mitigation is very difficulty. This project mainly focuses on the spoofing mitigation based on decoupled parameter estimation. The main research contents include: spoofing detection and mitigation utilizing single antenna, spoofing detection and mitigation utilizing multi-antenna with precise struction information, spoofing detection and mitigation utilizing multi-antenna with unknown struction information, simultaneously detection and suppression of jamming and spoofing interferences. Relevant outcomes can advance the GNSS (especially Beidou) apllications in China and the theory development in the fields of sensor array signal processing, adaptive signal processing and modern spectral analysis.

通过转发或者伪造真实卫星信号,欺骗式干扰能够达到错误引导甚至控制目标接收机的目的，这对于全球导航卫星（GNSS）系统在军事与安全相关领域（民航、智能电网、移动通信等）的应用造成了巨大的威胁。由于欺骗式干扰的功率远低于噪声功率，对其检测和抑制十分困难。本项目重点研究基于信号分离估计理论抑制欺骗式干扰的算法。主要研究内容包括：基于单天线的欺骗式干扰检测与抑制、基于阵列流形已知天线阵的欺骗式干扰检测与抑制、基于阵列流形未知天线阵的欺骗式干扰检测与抑制、压制性干扰和欺骗式干扰共存时的干扰检测与抑制。有关成果不仅可以推动GNSS（尤其是北斗）在我国的应用，还可以推进阵列信号处理、自适应信号处理和现代谱分析等相关理论的发展。

本项目针对全球导航卫星系统（GNSS）中的欺骗式干扰抑制问题展开了相关研究，主要包括基于单天线的、基于阵列流形已知天线阵的、基于阵列流形未知天线阵的、压制性干扰和欺骗式干扰共存时的干扰检测与抑制。..在基于单天线的欺骗式干扰检测与抑制方面，首先开展了基于RAIM的算法。该算法利用欺骗式干扰和卫星故障的不同，来检测欺骗式干扰。此外，项目组还提出了基于合成阵列的欺骗式干扰抑制算法。通过让单天线运动起来，把时间采样信号转换成空间采样信号，形成合成阵列的多个虚拟阵元。..在阵列流形已知时，首先提出了基于DOA估计的单欺骗源干扰抑制算法。它主要利用单个转发式干扰源同时发射多个欺骗卫星信号的特点，先估计出干扰的来向，再利用正交投影实现干扰抑制。此外，还提出了基于信号分离估计理论的多欺骗源干扰抑制算法。它首先估计出每个干扰源的幅度和来向，并利用干扰源方向功率大于真实卫星信号的特点识别干扰源数目，再利用正交投影矩阵实现干扰抑制。..在阵列流形未知时，首先研究了阵列幅相误差校正算法。它通过利用相位恢复算法，对阵列的幅相误差进行校正。此外，还提出了基于解扩重扩的多欺骗源干扰抑制算法。由于解扩重扩加权矢量正比于信号导向矢量，结合真实卫星和欺骗卫星信号不同的空域特性，来检测并抑制欺骗式干扰。此外，项目组还研究了解重扩算法与矢量跟踪环路结合的算法。..在压制性干扰和欺骗式干扰共存时，首先提出了基于负对角加载的算法。负对角加载降低了噪声水平，将欺骗式干扰由弱干扰变成了强干扰，而压制式干扰变得更强。此外，还提出了基于解扩重扩的干扰抑制算法。当压制式干扰与欺骗式干扰共存时，压制式干扰通常非常强，而欺骗式干扰的功率往往小于噪声功率。根据这个特点，提出的算法首先对压制式干扰进行抑制，然后利用解重扩算法对欺骗式干扰进行抑制。.项目组出版学术专著3部。发表相关研究论文41篇，其中SCI检索12篇，EI检索17篇，在国际卫星导航权威会议GNSS+2015上项目组宣读抗干扰领域论文4篇（我国共有7篇）。申请和授权国家发明专利6项。