本發(fā)明屬于gnss干擾信號(hào)檢測領(lǐng)域，具體涉及一種gnss干擾信號(hào)的多級(jí)辨識(shí)檢測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
物聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備的飛速發(fā)展，促使人們對(duì)定位導(dǎo)航技術(shù)的可靠性提出更高的要求。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystem,gnss)作為日常生活中廣泛應(yīng)用的定位系統(tǒng)，其可靠性卻受到諸多因素的影響。衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過兩萬多公里的距離傳播到地面，功率只有-130dbm，很容易受到各種有意或無意的干擾。這些干擾又分為欺騙干擾和壓制式干擾兩類。欺騙式干擾是發(fā)射與衛(wèi)星信號(hào)相似的的干擾信號(hào)欺騙接收機(jī)，使接收機(jī)解算出錯(cuò)誤的定位信息；而壓制式干擾則是通過大功率的帶內(nèi)噪聲、連續(xù)波、掃頻波等干擾信號(hào)壓制衛(wèi)星信號(hào)，使得gnss接收機(jī)無法正常工作。
在gnss干擾檢測上，主要有采用能量檢測法、前端agc模塊的輸出等進(jìn)行檢測干擾的存在，但是卻不能檢測出干擾的類型；也有采用改進(jìn)的dft算法進(jìn)行窄帶干擾的檢測，但是檢測只適用用于窄帶干擾；采用多相關(guān)器的方法可以進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量的監(jiān)測，但是對(duì)信號(hào)異常的原因也沒能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
基于相關(guān)器的輸出功率、載波相位波動(dòng)、偽距變化等參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)干擾檢測能夠進(jìn)行高斯白噪、連續(xù)波、脈沖波等干擾的檢測，但是檢測所需參數(shù)是在信號(hào)跟蹤部分，受捕獲成功率的限制，在檢測工作的可實(shí)現(xiàn)上還需要進(jìn)一步研究。
總體上，目前大量的干擾檢測技術(shù)使用范圍比較單一，在不同種類的壓制式干擾和欺騙干擾的檢測上，全面性還有所不足，不能實(shí)現(xiàn)多種干擾的識(shí)別檢測。而干擾檢測的最終目標(biāo)是為了抑制干擾，但是目前大量的干擾抑制算法只針對(duì)性某一種或幾種干擾具有良好的抑制效果，不能很好的對(duì)各種干擾都進(jìn)行抑制，因此在不能確定干擾類型時(shí)很難準(zhǔn)確全面地去抑制干擾。因此具有干擾辨識(shí)能力的檢測算法，也保證了后續(xù)對(duì)不同干擾的抑制，為提高抑制方案的全面性打下基礎(chǔ)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
正常衛(wèi)星信號(hào)在傳播的過程中，環(huán)境中的其他無線電波會(huì)發(fā)出各種連續(xù)波、掃頻波、噪聲等信號(hào)，因此，天線接收到的信號(hào)本身就帶有不同的干擾。有些在固定頻段的干擾可能在射頻前端處理的中頻階段就與正常信號(hào)不同，可以辨識(shí)；但是噪聲干擾、欺騙干擾等干擾在前面環(huán)節(jié)是看不出來的，要到捕獲跟蹤階段才能發(fā)現(xiàn)和正常信號(hào)的區(qū)別。
基于上述考慮，本發(fā)明提出了一種gnss干擾信號(hào)的多級(jí)辨識(shí)檢測技術(shù)。具體技術(shù)方案如下：
本發(fā)明公開一種gnss干擾信號(hào)多級(jí)辨識(shí)檢測系統(tǒng)，包括射頻前端模塊、一級(jí)檢測器、捕獲處理模塊、二級(jí)檢測器、多通道跟蹤處理模塊、三級(jí)檢測器、干擾判定模塊及定位解算模塊，其中，射頻前端模塊的輸入端連接衛(wèi)星天線，射頻前端模塊的第一輸出端連接捕獲處理模塊的輸入端，第二輸出端連接一級(jí)檢測器的輸入端；捕獲處理模塊的第一輸出端連接多通道跟蹤處理模塊的輸入端，第二輸出端連接二級(jí)檢測器的輸入端；多通道跟蹤處理模塊的第一輸出端連接至定位解算模塊，第二輸出端連接至三級(jí)檢測器的輸入端；一級(jí)檢測器、二級(jí)檢測器和三級(jí)檢測器的輸出端均連接至干擾判定模塊。
進(jìn)一步的，一級(jí)檢測器用于檢測單頻或多頻干擾信號(hào)，二級(jí)檢測器用于檢測噪聲干擾信號(hào)和部分欺騙干擾信號(hào)，三級(jí)檢測器用于檢測欺騙干擾信號(hào)和脈沖干擾信號(hào)。
進(jìn)一步的，一級(jí)檢測器所采用的檢測算法是：通過提取中頻信號(hào)的時(shí)域變化值及頻域譜值，做差分和高階統(tǒng)計(jì)量后得到反應(yīng)不同干擾信號(hào)各自特點(diǎn)的特征參數(shù)。如，一級(jí)檢測器提取從射頻前端模塊接收的中頻信號(hào)的時(shí)域和頻域，進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，通過窗函數(shù)移動(dòng)得到信號(hào)頻譜隨時(shí)間的變化規(guī)律，并從中提取干擾信號(hào)的頻率。
進(jìn)一步的，二級(jí)檢測器所采用的檢測算法是：通過提取信號(hào)在捕獲處理階段的參數(shù)，進(jìn)行積分和差分處理后得到反應(yīng)s2中未分辨的其他干擾信號(hào)特點(diǎn)的特征參數(shù)。如，二級(jí)檢測器通過增長相干積分和非相干積分的時(shí)間，以增大信號(hào)的信噪比，并通過配置積分時(shí)間進(jìn)行噪聲干擾的檢測。二級(jí)檢測器還用于檢測部分欺騙干擾信號(hào)，采用多門限設(shè)置或多相關(guān)峰檢測能夠?qū)ζ垓_距離較明顯的欺騙干擾和互相關(guān)干擾。
進(jìn)一步的，二級(jí)檢測器還用于檢測部分欺騙干擾信號(hào)。
進(jìn)一步的，二級(jí)檢測算法采用多門限設(shè)置法或多相關(guān)峰法對(duì)部分欺騙干擾進(jìn)行檢測。
進(jìn)一步的，三級(jí)檢測器所采用的檢測算法是：通過提取信號(hào)在跟蹤階段處理的參數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量計(jì)算和分布擬合后得到反應(yīng)s2和s3中未分辨的剩余干擾信號(hào)特點(diǎn)的特征參數(shù)。如，三級(jí)檢測器將從多通道跟蹤處理模塊接收到的信號(hào)與本地相關(guān)信號(hào)通過相關(guān)器進(jìn)行采樣，并得到相鄰采樣點(diǎn)的曲線斜率，根據(jù)信號(hào)相關(guān)值的分布和信號(hào)相關(guān)曲線變化檢測欺騙信號(hào)和脈沖干擾信號(hào)。
進(jìn)一步的，射頻前端模塊被配置為將接收的衛(wèi)星信號(hào)處理成中頻信號(hào)，射頻前端模塊包括帶通濾波器、放大器、混頻器、a/d轉(zhuǎn)換器及自動(dòng)增益控制器。
本發(fā)明還公開一種gnss干擾信號(hào)多級(jí)辨識(shí)檢測方法，包括以下步驟：
s1.天線接收到的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過射頻前端模塊處理得到中頻信號(hào)，
s2.中頻信號(hào)經(jīng)一級(jí)檢測器提取單頻干擾或多頻干擾的特征參數(shù)，并輸入至干擾判別模塊；
s3.s2中未檢測出干擾信號(hào)，在捕獲階段經(jīng)二級(jí)檢測器提取噪聲干擾的特征參數(shù)，并輸入至干擾判別模塊；
s4.s2和s3中未檢測出干擾信號(hào)，在跟蹤階段經(jīng)三級(jí)檢測器提取脈沖干擾和欺騙干擾的特征參數(shù)，并輸入至干擾判別模塊；
s5.干擾判別模塊將各級(jí)檢測器輸入進(jìn)來的特征參數(shù)與各類干擾信號(hào)的公認(rèn)的特征進(jìn)行比對(duì)，以檢測出最終的干擾類型。若s2～s4中均未檢測出干擾，則認(rèn)為信號(hào)未受干擾，直接進(jìn)行定位解算。
進(jìn)一步的，一級(jí)檢測器所采用的檢測算法是：通過提取中頻信號(hào)的時(shí)域變化值及頻域譜值，做差分和高階統(tǒng)計(jì)量后得到反應(yīng)不同干擾信號(hào)各自特點(diǎn)的特征參數(shù)；二級(jí)檢測器所采用的檢測算法是：通過提取信號(hào)在捕獲處理階段的參數(shù)，進(jìn)行積分和差分處理后得到反應(yīng)s2中未分辨的其他干擾信號(hào)特點(diǎn)的特征參數(shù)；三級(jí)檢測器所采用的檢測算法是：通過提取信號(hào)在跟蹤階段處理的參數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量計(jì)算和分布擬合后得到反應(yīng)s2和s3中未分辨的剩余干擾信號(hào)特點(diǎn)的特征參數(shù)。
進(jìn)一步的，經(jīng)二級(jí)檢測器還可提取部分欺騙干擾的特征參數(shù)，并輸入至干擾判別模塊。
進(jìn)一步的，二級(jí)檢測算法采用多門限設(shè)置法或多相關(guān)峰法對(duì)部分欺騙干擾進(jìn)行檢測。
本發(fā)明所公開的gnss干擾信號(hào)多級(jí)辨識(shí)檢測系統(tǒng)及方法具有以下有益效果：
1)綜合分析不同干擾信號(hào)在接收機(jī)處理信號(hào)各個(gè)環(huán)節(jié)的影響特點(diǎn)，提取干擾特征參數(shù)，優(yōu)化在每個(gè)環(huán)節(jié)的檢測算法，提高檢測的準(zhǔn)確度。
2)與射頻前端對(duì)接收信號(hào)處理、基帶信號(hào)的捕獲和跟蹤階段(即接收機(jī)的處理解算信號(hào))同步進(jìn)行工作，保證了干擾檢測的實(shí)時(shí)性、快速性和低成本的優(yōu)勢。
3)流程檢測的方案具有后續(xù)環(huán)節(jié)對(duì)前面檢測環(huán)節(jié)的檢測結(jié)果進(jìn)行修正和補(bǔ)缺的功能，復(fù)雜程度低，檢測結(jié)果的可信度高。
4)實(shí)現(xiàn)了從信號(hào)采集到信號(hào)解算的一套流程檢測方案，極大的削弱了干擾對(duì)后續(xù)定位解算環(huán)節(jié)的影響能力，從而保證了接收機(jī)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。
5)檢測出的干擾類型能夠針對(duì)干擾類型采取不同的干擾檢測方案，提高系統(tǒng)抑制干擾的成功率；同時(shí)，檢測出干擾的類型，后續(xù)接收機(jī)的處理環(huán)節(jié)可以針對(duì)性的采用不同的策略減小干擾的影響，提高定位解算的精度。
說明書附圖
圖1為gnss干擾信號(hào)的多級(jí)辨識(shí)檢測系統(tǒng)框圖
具體實(shí)施方式
如圖1所示，gnss干擾信號(hào)的多級(jí)辨識(shí)檢測系統(tǒng)的環(huán)路結(jié)構(gòu)如下：
天線接收到衛(wèi)星信號(hào)輸入到接收機(jī)的射頻前端，前端的輸出分為兩路：一路輸入到一級(jí)檢測器，一級(jí)檢測器的輸出輸入到干擾判定模塊；另一路前端處理的輸出輸入到捕獲處理模塊。捕獲的輸出也分為兩路：一路輸入到二級(jí)檢測器，二級(jí)檢測器的輸出輸入到干擾判定模塊；另一路捕獲處理的輸出輸入到多通道跟蹤處理模塊。跟蹤處理模塊的輸出同樣分為兩路：一路輸入到三級(jí)檢測器，三級(jí)檢測器的輸出輸入到干擾判定模塊；另一路跟蹤處理的輸出輸入到定位解算模塊。最后干擾判定模塊輸出gnss的干擾類型。
三個(gè)級(jí)別提取信號(hào)中對(duì)應(yīng)的干擾類型的特征參數(shù)，輸入到干擾判定模塊后統(tǒng)一進(jìn)行處理和判定，最終得到干擾的類型。
gnss干擾信號(hào)的多級(jí)辨識(shí)檢測系統(tǒng)的工作原理包括如下兩個(gè)階段：
第一階段是各級(jí)檢測算法的確定：
s11、在gnss軟件接收機(jī)的信號(hào)處理過程基礎(chǔ)上，拓展改進(jìn)信號(hào)處理的過程進(jìn)行g(shù)nss干擾信號(hào)的檢測；
s12、提取中頻信號(hào)的時(shí)域變化值及頻域譜值，做差分和高階統(tǒng)計(jì)量后得到反應(yīng)不同干擾信號(hào)各自的特點(diǎn)的檢測參數(shù)，確認(rèn)一級(jí)檢測算法；
s13、提取信號(hào)在捕獲處理階段的參數(shù)，進(jìn)行積分和差分處理后得到s12中未分辨的其他干擾的特性的檢測參數(shù)，確認(rèn)二級(jí)檢測算法；
s14、提取信號(hào)在跟蹤階段處理的參數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量計(jì)算和分布擬合后得到s12和s13中為分辨的剩余干擾的特性的檢測參數(shù)，確認(rèn)三級(jí)檢測算法。
第二階段是基于第一階段確定的各級(jí)檢測算法，進(jìn)行干擾類型的判定：
s21、天線接收到的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過射頻前端的處理得到中頻信號(hào)，中頻信號(hào)經(jīng)過第一階段s12所確定的一級(jí)檢測算法提取出單頻干擾、多頻干擾的不同參數(shù)，與干擾判別模塊的信號(hào)模型比較進(jìn)行類型判定；
s22、s21中若未檢測出干擾信號(hào)，在捕獲階段，利用第一階段s13所確定的二級(jí)檢測算法的參數(shù)，再次由干擾判別模塊進(jìn)行干擾類別的檢測識(shí)別，可以辨別出噪聲干擾和部分欺騙干擾；
s23、s22中若未檢測出干擾信號(hào)，在跟蹤階段，干擾判別模塊處理第一階段s14所確定的三級(jí)檢測算法的參數(shù)，進(jìn)行干擾信號(hào)的檢測，可辨別出脈沖干擾和欺騙干擾；
s24、若s21、s22和s23中均未檢測出干擾，則認(rèn)為信號(hào)未受干擾，直接進(jìn)行定位解算。
在以上步驟中，一、二、三級(jí)檢測器提供的是各種信號(hào)的初步檢測參數(shù)，而干擾判定模塊是根據(jù)各級(jí)檢測器輸入進(jìn)來的提取到的各種信號(hào)特征參數(shù)與干擾判別模塊的信號(hào)模型進(jìn)行干擾信號(hào)特征類型的比對(duì)，進(jìn)行最終的干擾類型檢測。即，若輸入的特征參數(shù)與某種干擾信號(hào)的公認(rèn)的特征相符，則認(rèn)為輸入信號(hào)中含有此類干擾。
例如，一級(jí)檢測發(fā)現(xiàn)信號(hào)中頻處的頻譜變化很大，在誤差容許范圍外，則將該中頻頻譜值輸入到干擾檢測模塊；二級(jí)檢測模塊中未發(fā)現(xiàn)異常，輸入0至干擾判定模塊；三級(jí)檢測模塊中發(fā)現(xiàn)信號(hào)即時(shí)相關(guān)值呈周期性失鎖，則將周期t輸入到干擾判定模塊。最終干擾判定模塊根據(jù)三組參數(shù)判別：一級(jí)檢測中檢測出了頻率對(duì)準(zhǔn)信號(hào)頻率的連續(xù)波干擾，二級(jí)檢測中未發(fā)現(xiàn)干擾，三級(jí)檢測中存在周期為t的脈沖干擾。故，可以得到信號(hào)中主要受到了連續(xù)波和脈沖兩種干擾，即信號(hào)中存在單頻干擾信號(hào)和脈沖干擾信號(hào)。
基于上述原理，gnss干擾信號(hào)的多級(jí)辨識(shí)檢測系統(tǒng)中各級(jí)別所采用的檢測算法如下：
一級(jí)檢測算法：將從射頻前端處理后得到的數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅立葉變換(stft)，同時(shí)觀察信號(hào)的時(shí)域和頻域特征，得到干擾在時(shí)域和頻域上的影響情況，在時(shí)域上的明顯增大，在頻域上某段頻率處的頻譜增大，依次來確定干擾的頻率點(diǎn)或頻率段。
經(jīng)過射頻前端處理后得到的數(shù)字中頻信號(hào)sif(n)為：
式中，衛(wèi)星i的中頻信號(hào)
式中，n代表離散信號(hào)的時(shí)間序列，t代表的是傳播時(shí)間延時(shí)，a為信號(hào)的幅值，c(n)為衛(wèi)星播發(fā)的c/a碼，d(n)為導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼，ωif為信號(hào)的中頻，θ為相位偏移，τ是傳播延時(shí)，n(n)為信號(hào)中的傳播誤差和噪聲，j(n)是信號(hào)受到的干擾信號(hào)，如連續(xù)波干擾、掃頻干擾、帶限噪聲、脈沖干擾、欺騙干擾等。
短時(shí)傅里葉變換能夠同時(shí)觀測到信號(hào)的時(shí)域和頻域特征，得到更多的信息量，更好的觀測信號(hào)特征，因此將(1)式進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換:
式中，ω(n)為窗函數(shù)，m為離散時(shí)間序列。通過窗函數(shù)移動(dòng)，得到信號(hào)頻譜隨時(shí)間n的變化規(guī)律。從中提取干擾信號(hào)的頻率，能夠進(jìn)行單頻或多頻干擾的檢測。
二級(jí)檢測算法：增長相干積分和非相干積分的時(shí)間，能夠增大信號(hào)的信噪比，通過合理配置積分時(shí)間，進(jìn)行噪聲干擾的檢測。具體的，當(dāng)捕獲的積分時(shí)間較短時(shí)，噪聲比較明顯，甚至有些信號(hào)被噪聲淹沒，通過增大相干積分和非相干積分的時(shí)間，捕獲的成功率會(huì)提高，由此檢測出噪聲干擾。
多門限設(shè)置和多相關(guān)峰檢測能夠?qū)ζ垓_距離較明顯的欺騙干擾和互相關(guān)干擾進(jìn)行檢測。故，二級(jí)檢測算法還可以結(jié)合了多門限設(shè)置法和和多相關(guān)峰法以對(duì)欺騙干擾和互相關(guān)干擾進(jìn)行檢測。
其中，多門限設(shè)置方法是：接收機(jī)搜索先搜索44db·hz的正常強(qiáng)度的衛(wèi)星信號(hào)，在降低捕獲門限去搜索39db·hz以上的弱信號(hào)，若在檢測弱信號(hào)的過程中發(fā)現(xiàn)其多普勒頻移與之前已捕獲到的強(qiáng)信號(hào)的頻移相差1khz的整數(shù)倍，則該信號(hào)可能是欺騙信號(hào)或互相干干擾。類似逐步降低檢測門限，逐漸搜索各級(jí)弱信號(hào)。
因?yàn)槎嘞嚓P(guān)峰法和多門限法原理近似，這里不再贅述。
三級(jí)檢測算法：收到從捕獲模塊輸出的信號(hào)x1(t)，與本地估計(jì)的與輸入信號(hào)類似的信號(hào)
另外，本地產(chǎn)生了相對(duì)輸入信號(hào)δτ和2δτ等延時(shí)的其他復(fù)現(xiàn)信號(hào)，輸入信號(hào)同時(shí)與延時(shí)信號(hào)通過對(duì)應(yīng)的延時(shí)相關(guān)器進(jìn)行相關(guān)操作，得到相關(guān)值：
不同延時(shí)信號(hào)對(duì)應(yīng)了不同的采樣點(diǎn)，因此根據(jù)不同延時(shí)的相關(guān)器輸出的相關(guān)值，可以得到相鄰采樣點(diǎn)的曲線斜率：
lr1＝rr1-r0，lr2＝rr2-r1(7)
根據(jù)不同延時(shí)的相關(guān)值擬合出相關(guān)曲線，根據(jù)斜率判斷等判斷信號(hào)相關(guān)曲線的對(duì)稱性、平滑性等，相關(guān)曲線若左右不對(duì)稱、或斜率出現(xiàn)多次跳變則說明信號(hào)中存在欺騙干擾；若即時(shí)相關(guān)值的分布不符合正態(tài)分布，且存在周期性的失鎖跳變，則說明存在脈沖干擾信號(hào)。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非本發(fā)明任何形式上和實(shí)質(zhì)上的限值，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還將可以做出若干改進(jìn)和補(bǔ)充，這些改進(jìn)和補(bǔ)充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，當(dāng)可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而做出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)上述實(shí)施例所做的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。