一种卫星导航系统干扰源查找定位方法

技术领域

本发明属于干扰源查找定位方法技术领域，具体涉及一种卫星导航系统干扰源查找定位方法。

背景技术

北斗卫星导航系统已成为全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的重要基础设施，具有重大的经济和科技意义。

但是，卫星导航系统运行过程中面临严峻的电磁干扰问题，实际传播环境中，卫星导航系统也无法预知所受干扰的类型和特点，因此，如何对卫星导航干扰信号进行监测和识别，并获取干扰源的具体位置，已逐渐成为卫星导航安全应用领域的研究热点。目前，大多是采用单一的电磁干扰查找设备对干扰信号进行监测和识别，但利用单一的电磁干扰查找设备方法，具有技术局限性、时空局限性和环境局限性。

发明内容

本发明为解决目前卫星导航系统运行过程中面临电磁干扰时，难以获取干扰源具体位置，利用单一的电磁干扰查找设备方法，具有技术局限性、时空局限性和环境局限性的技术问题，提供一种卫星导航系统干扰源查找定位方法。

实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种卫星导航系统干扰源查找定位方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

S1，干扰源查找

利用最大信号法对干扰源进行监测分析；若大于最大信号法测向设备的预设灵敏度，则执行步骤S2；否则，以当前位置为基准点，通过移动最大信号法测向设备，利用最大信号法查找干扰源，直到检测到的干扰源信号大于最大信号法测向设备的预设灵敏度，执行步骤S2；

S2，干扰源测向

利用相关干涉仪对干扰源进行测向，若满足相关干涉仪测向灵敏度要求，则利用相关干涉仪测向获取初始来波方向，否则，利用最大信号法获取干扰源的粗角度，以此方向作为为初始来波方向；

S3，干扰源定位

S3.1，根据初始来波方向，采用最大信号法与相关干涉仪测向联合的方法得到准确的干扰来波方向，根据所述准确的干扰来波方向，在此时相关干涉仪所处位置处布置第一监测站点；

S3.2，在与所述基准方向夹角为30°的两条直线上靠近基准方向一侧，分别布设第二监测站点和第三监测站点，通过信号特征综合识别测向技术，判断三个监测站点监测的干扰信号是否为同一信号，若是，则执行步骤S3.3，否则，通过带内功率、幅度值、调制方式、频率信息、方位信息、干扰发生时间信息找到同一干扰信号，再执行步骤S3.3；

S3.3，使第一监测站点朝向基准方向移动，利用相关干涉仪进行测向，第二监测站点和第三监测站点分别沿与所述基准方向夹角为30°的两条直线朝向基准方向移动，通过测向交叉定位获得定位区域信息，直至定位区域在以三个监测站点为顶点形成的三角形内部中心处时，该定位区域即为干扰源位置。

进一步地，步骤S3.1中，所述通过移动最大信号法测向设备，利用最大信号法查找干扰源，具体为：

分别向上、下、左、右、右上、左上、右下和左下八个方向移动最大信号法测向设备，并同步观察干扰源信号的频谱特征信息和功率信息，利用最大信号法查找干扰源。

进一步地，所述步骤S3.1具体为：

移动相关干涉仪，使其逐渐逼近初始来波方向，同时，使用相关干涉仪进行测向，并使用最大信号法对测向进行校准，直至输出的测向角度信息波动保持在预设误差范围内，得到准确的干扰来波方向，以所述准确的干扰来波方向为基准方向，在相关干涉仪所处位置处布置第一监测站点。

进一步地，所述通过信号特征综合识别测向技术，判断三个监测站点监测的干扰信号是否为同一信号，具体为：

在三个监测站点处，分别通过信号特征综合识别测向技术识别干扰源信号的带内功率、幅度值、调制方式、频率信息和方位信息，若均相同，则三个监测站点监测的为同一信号，否则，三个监测站点监测的为不同信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明根据已有频谱监测手段和测向算法，结合卫星导航电磁干扰成因的复杂性，以及电磁干扰查找设备的应用局限性(包括技术局限性、时空局限性以及环境局限性等)，提出了一种干扰源的查找与定位方法，能够快速对卫星导航干扰进行监测、识别、查找、定位。

2.本发明中采用了最大信号法与相关干涉仪测向联合的方法，最大信号法由于采用高增益天线，系统灵敏度高，可满足弱小信号的监测测向，但测向精度低，相关干涉仪测向由于采用全向天线单元，系统灵敏度低，但测向精度高，测向速度快，因此，其相结合的联合方法，能够规避单独采用任一种方法的缺点，可实现弱干扰信号的快速监测测向。

3.本发明中在对干扰信号的准确来向确认时，先通过信号特征综合识别测向技术确认三个监测站点监测的是否为同一信号，避免了在监测过程中产生初始误差，影响后续监测判断。

4.本发明中采用三个监测站点共同定位的方法，使监测精度更高，避免了单一监测造成的误判。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例中Y形布站三站协同定位示意图；

图3为本发明实施例中三站协同多次交叉定位示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

本发明提出了一种卫星导航系统干扰源查找定位方法，为了提高弱信号的测向能力，采用最大信号法测向与相关干涉仪测向联合测向。当设备发现干扰后，利用逼近法确认干扰源的准确来向，确认信号来向不存在问题的时候，将一台设备固定在此点进行干扰源测向。另两套设备沿着Y的两个分叉向前进行测向。当三套设备测向形成的交叉点，在以三套设备为顶点三角形的内部中心附近时，测向结果较为准确，测向定位结束。为确保在测向定位过程中，三个监测站点是针对同一个干扰源进行的测向交叉定位，基于最大信号法测向与相关干涉仪测向联合测向技术，最大信号法是控制天线按照一定度数间隔旋转测量360°，比较在哪个方位上信号的幅度值最大，则这个方向就是采用最大信号法获取的干扰源方向，在这个过程中可以获取干扰源干扰信号的谱特征等信息，而相关干涉仪测向虽然测向精度高，但其原理是利用干扰源信号到达固定间距的天线阵中不同天线阵元之间的时间差所产生的相位关系来确定无线电信号的方位，无法获取谱特征信息。利用信号特征综合识别算法对干扰信号的带内功率、幅度值、调制方式等特征参量进行识别比对，可以确定是否针对同一个干扰源进行测向交叉定位。

一般情况下，衡量卫星导航终端接收信号好坏的指标有信噪比SNR和载噪比CNR。衡量卫星导航终端受干扰强度的指标有干噪比JNR、干信比JSR和干信噪比JSNR。实际应用中，一般就是通过上述指标判断衡量卫星导航终端是否受到电磁干扰信号的干扰。如下先对本发明中涉及的一些基本概念进行说明：

1、压制干扰检测接收机工作的原理

压制式干扰通过发射大功率信号，造成跟踪环路的噪声功率增大，会造成中频信号的功率谱密度曲线发生畸变。由于中频信号对这类大功率信号较为敏感，同时由于中频信号还未进行解扩、频处理，能够更准确的估计的干扰信号的特征。因此，在中频信号阶段利用压制干扰检测接收机结合压制干扰的辨识算法，采用频域、时频分析方法对干扰信号的进行辨识和特征参数估计，包括频率、功率、带宽、调制方式、周期、占空比等。

2、欺骗干扰检测接收机工作的原理

欺骗信号与真实信号在某一特定属性上存在一定的区别，这些属性包括信号到达角、位置信息、时间信息、伪距、信号载噪比、信号功率、导航电文、多普勒频移等。由于欺骗干扰对中频信号的影响不明显，但欺骗延时会造成相关曲线畸变和导航解算异常的特征现象，因此利用欺骗干扰检测接收机结合欺骗干扰识别算法，对干扰信号进行识别与特征参数估计。

3、最大信号法与相关干涉仪测向接收机工作的原理

为了提高弱信号的测向能力，采用最大信号法测向与相关干涉仪测向联合测向的方法对干扰信号进行测向。最大信号法由于采用高增益天线，因此系统灵敏度高，可满足弱小信号的监测测向，但测向精度低；相关干涉仪测向由于采用全向天线单元，因此系统灵敏度低，但测向精度高，测向速度快。两者相互结合可以实现对弱干扰信号的快速监测测向。

4、分布式多站协同交叉定位方法原理

通过测量干扰源到达各监测站的信号入射角度，理想情况下，三条以监测站为起点，以到达角为方向的射线比相交于一个有限的区域，该区域就是干扰源目标所在的区域位置。

适用于各类不同带宽体制的干扰源定位，但其缺陷在于，各监测站点来波方位确定后，定位误差随着与干扰源距离增加而增大。因此，在实际应用中，多采用Y形布站方式进行干扰源的交叉定位，降低离干扰源距离因素对定位误差的影响。

为了实现本发明的定位方法，可以先搭建相关设备，包括欺骗干扰检测接收机、压制干扰检测接收机、相关干涉仪检测测向接收机和最大信号法监测测向接收机，欺骗干扰检测接收机、压制干扰检测接收机分别通过各自的接收天线进行检测，欺骗干扰检测接收机和压制干扰检测接收机均就近安装在相应的移动载体平台上，相关干涉仪检测测向接收机连接相关干涉仪测向天线阵，最大信号法监测测向接收机连接高增益天线，欺骗干扰检测接收机、压制干扰检测接收机、相关干涉仪检测测向接收机和最大信号法监测测向接收机，这四个设备都各自安装在移动载体平台上，四个设备各自独立，在定位过程中，检测的数据在后端进行融合处理。

如图1，本发明定位方法的具体步骤如下：

首先，对接收的干扰信号进行干扰存在性检测，当判断卫星导航终端受到干扰后，则利用欺骗干扰检测接收机、压制干扰检测接收机，结合欺骗干扰检测算法和压制干扰检测算法，判断干扰源是欺骗干扰还是压制干扰。

判断出卫星导航接收机受到的干扰是欺骗干扰还是压制干扰后，若是欺骗干扰，则分析出欺骗干扰的类型、功率、到达角等信息；若是压制干扰，则分析出干扰信号制式、功率、中心频率、带宽等信息。

然后，利用最大信号法对干扰信号进行监测分析，若能发现明显的干扰源信号，则利用最大信号法与相关干涉仪测向联合测向的方法对干扰源进行测向，获取干扰源的准确方位信息，此处的明显的干扰源信号，其中明显的程度取决于所采用的设备检测灵敏度，例如高于设备检测灵敏度20dB；利用最大信号法无法发现明显的干扰信号，则进入干扰源查找阶段，以当前位置为基准点，根据实际情况，往上、下、左、右、右上、左上、右下、左下共八个方向移动最大信号法测向设备，在运动过程中不断观察干扰信号的频谱特征信息以及功率等信息，利用最大信号法进行干扰源的查找，直到能够利用最大信号法成功找到明显的干扰源信号为止，进入最大信号法测向与相关干涉仪测向联合测向流程，获取干扰源的准确方位信息。在实际环境中，受当地地形等因素阻碍，可能也无法按照上、下、左、右、右上、左上、右下和左下八个方向移动，这种情况下，可根据实际场地状态移动查找信号。

最大信号法由于采用高增益天线，因此系统灵敏度高，可满足弱小信号的监测测向，但测向精度低；相关干涉仪测向由于采用全向天线单元，因此系统灵敏度低，但测向精度高，测向速度快。两者相互结合可以实现对弱干扰信号的快速监测测向。

利用相关干涉仪对干扰信号进行测向，若能满足相关干涉仪测向要求，则利用相关干涉仪测向获取初始来波方向，逐步逼近初始来波方向，并不断使用相关干涉仪进行测向，直至输出的测向角度信息稳定，此处的稳定，可根据具体情况调整稳定的评价标准，例如设备测向灵敏度≤2°(RMS)，多次测向的结果浮动应在-2～+2°之内，输出准确的干扰来波方向信息；若一开始不满足相关干涉仪测向的要求，则利用最大信号法获取干扰信号的粗角度，以此方向为初始方向，采用逐步逼近的方法，逐渐移动相关干涉仪测向设备往初始方向，不断使用相关干涉仪进行测向，同时使用最大信号法测向进行辅助校准，此处的校准指的是两种设备给出的干扰信号来波方向相互之间进行比较，确保大致方向一致，相互印证，直至输出的测向角度信息稳定，输出准确的干扰来波方向信息。

在进行最大信号法测向与相关干涉仪测向联合测向的同时，结合信号特征综合识别测向技术，确保在测向定位过程中是针对同一个干扰源。

在多个监测站点上，利用最大信号法测向与相关干涉仪测向联合测向设备获取干扰源的谱特征等相关信息，利用信号特征综合识别算法对信号的带内功率、幅度值、调制方式、频率信息和方位信息等特征参量进行自动识别比对，确定是否是针对同一个干扰源进行测向定位，若各监测站点监测到的信息均基本一致，则认为是同一信号。

如图2和图3，当设备发现干扰后，首先，利用最大信号法对干扰源位置进行粗测向，逐步逼近采用最大信号法获取的干扰源方向，利用相关干涉仪测向逐步进行精准测向，逼近确认的过程也就是Y形布站方式字母Y的竖线，逼近法判决原则就是距离信号源越近，信号接收的强度越大，测向精度越准，确认信号来向不存在问题的时候，此时相当于到达了Y形布站方式字母Y的中间点，以此时获取的干扰源的测向角度为基准方向，此时该位置上的监测站点命名为第一监测站点，其余两个第二监测站点和第三监测站点的布设运动路线按照分别与基准方向呈30°夹角的原则进行布设，测向交叉定位，获取定位区域信息。设置为30°夹角，是为了在交叉定位过程中，三个监测站点可以组成一个等边三角形。

然后朝向基准方向，移动第一监测站点的位置，再次利用相关干涉仪进行测向，第二监测站点和第三监测站点的布设运动路线按照分别与当前监测站1的方向呈30°夹角的原则进行布设，测向交叉定位，获取定位区域信息。

多次移动位置，重复上述过程，直至定位区域较为稳定后结束，可获得较为准确的干扰源位置。当三套设备测向形成的交叉区域，在以三套设备为顶点三角形的内部中心附近时(即图3中A处)，测向结果较为准确。

多站协同交叉定位首次定位后，朝向基准方向，移动第一监测站点的位置，再次重复利用相关干涉仪进行测向，随着距离干扰源位置的接近，定位越精确。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。