一种GNSS欺骗干扰检测方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本申请涉及欺骗干扰检测技术领域，尤其涉及一种GNSS欺骗干扰检测方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

随着卫星导航系统广泛和深入的应用，其在人们的工作和日常生活中扮演着越来越重要的角色。与此同时，人们也越来越关注卫星导航应用的安全性和可靠性。然而，由于卫星信号经过长距离传输，到达地面时信号强度极其微弱，容易受到同一频段内干扰信号的影响，并且民用信号在国际范围内一般都是公开使用，这就使得接收机极容易受到干扰攻击。

在所有的干扰类别中，GNSS欺骗干扰是危害较大的一类干扰。GNSS欺骗干扰指通过发射和真实卫星信号相似的欺骗信号，使GNSS接收机输出欺骗方设计的位置、时间结果，从而达到对GNSS接收机的控制。如果系统使用这些错误的信息，将带来严重的后果。

鉴于GNSS欺骗干扰的严重危害性，相关技术人员为此提出了很多的检测方法，包括失真检测和基于统计学的分析检测等。但由于进行GNSS欺骗干扰的设备为了隐蔽欺骗，发射的欺骗信号时延很小。一般而言，当欺骗信号与真实卫星信号伪码相位相差较大的情况，如偏移2以上码片，则容易被识别出。但对于时延在0-2个码片范围内的欺骗信号，现有的检测方法难以检测。

发明内容

本申请提供了一种GNSS欺骗干扰检测方法、装置、设备和存储介质，解决了现有对欺骗干扰的检测方法，对于时延在0-2个码片范围内的欺骗信号难以检测的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种GNSS欺骗干扰检测方法，包括：

获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时，多普勒频移-伪码相位的待分析二维搜索矩阵；

统计所述待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量；

当所述第一数量为1时，在所述待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取预置范围内的数据构成待分析中间矩阵，其中，所述预置范围为：最大的第一相关峰的伪码相位±2码片的区域；

将所述待分析中间矩阵中低于所述预置门限的数据置0，得到目标矩阵；

将所述目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵；

将所述目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到所述GAN网络模型输出的检测结果，其中，所述GAN网络模型为所述目标检测矩阵和所述检测结果的映射关系模型。

可选地，所述预置范围还包括：最大的第一相关峰的多普勒频移±1kHz的区域。

可选地，所述GAN网络模型的配置过程包括：

获取用于训练的训练矩阵和GAN网络；

将所述训练矩阵作为输入参数、所述训练矩阵对应欺骗干扰的理论检测结果作为目标输出结果、所述训练矩阵对应欺骗干扰的实际检测结果作为实际输出结果，对所述GAN网络进行训练，得到中间网络模型；

将所述中间网络模型中的判别器模型作为所述GAN网络模型。

可选地，获取用于训练的训练矩阵具体包括：

获取所述GNSS接收机捕获训练卫星信号时，多普勒频移-伪码相位的训练二维搜索矩阵；

统计所述训练二维搜索矩阵中大于所述预置门限的第二相关峰的第二数量；

当所述第二数量为1时，在所述训练二维搜索矩阵中，以最大的第二相关峰为中心，截取所述预置范围内的数据构成训练中间矩阵；

将所述训练中间矩阵中低于所述预置门限的数据置0，并将置0后的训练中间矩阵进行归一化，得到训练矩阵。

可选地，所述方法还包括：

当所述第一数量0时，判断所述GNSS接收机未接收到卫星信号，并停止当前检测进程。

可选地，所述方法还包括：

当所述第一数量为2以上的数值时，判定所述待分析卫星信号中存在欺骗信号，并停止当前检测进程。

本申请第二方面提供了一种GNSS欺骗干扰检测装置，包括：

获取单元，用于获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时，多普勒频移-伪码相位的待分析二维搜索矩阵；

统计单元，用于统计所述待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量；

截取单元，用于当所述第一数量为1时，在所述待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取预置范围内的数据构成待分析中间矩阵，其中，所述预置范围为：最大的第一相关峰的伪码相位±2码片的区域；

预处理单元，用于将所述待分析中间矩阵中低于所述预置门限的数据置0，得到目标矩阵；

归一化单元，用于将所述目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵；

检测单元，用于将所述目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到所述GAN网络模型输出的检测结果，其中，所述GAN网络模型为所述目标检测矩阵和所述检测结果的映射关系模型。

可选地，所述预置范围还包括：所述第一峰值的多普勒频移±1kHz。

本申请第三发明提供了一种GNSS欺骗干扰检测设备，所述设备包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如第一方面所述的GNSS欺骗干扰检测方法。

本申请第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行如第一方面所述的GNSS欺骗干扰检测方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种GNSS欺骗干扰检测方法，包括：获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时，多普勒频移-伪码相位的待分析二维搜索矩阵；统计待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量；当第一数量为1时，在待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取预置范围内的数据构成待分析中间矩阵，其中，预置范围为：最大的第一相关峰的伪码相位±2码片的区域；将待分析中间矩阵中低于预置门限的数据置0，得到目标矩阵；将目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵；将目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到GAN网络模型输出的检测结果，其中，GAN网络模型为目标检测矩阵和检测结果的映射关系模型。

本申请中，首先获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时的待分析二维搜索矩阵，接着统计待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量，当第一数量为1时，说明有无欺骗信号难以判断，故在待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取第一峰值的伪码相位±2码片区域内的数据构成待分析中间矩阵，再接着将待分析中间矩阵中低于预置门限的数据置0，得到目标矩阵，接着将将目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵，最后将目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到GAN网络模型输出的检测结果，其中，GAN网络模型为目标矩阵和检测结果的映射关系模型，用于检测的目标矩阵是基于第一峰值的伪码相位±2码片内的数据得到的，实现时延在0-2个码片范围内的欺骗信号的有效检测，且通过GAN网络模型进行检测，进一步提高了检测准确率，从而解决了现有对欺骗干扰的检测方法，对于时延在0-2个码片范围内的欺骗信号难以检测的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例中一种GNSS欺骗干扰检测方法的实施例一的流程示意图；

图2为本申请实施例中二维搜索矩阵的一种表现形式图；

图3为本申请实施例中一种GNSS欺骗干扰检测方法的实施例二的流程示意图；

图4为本申请实施例中第一数量为1时二维搜索矩阵的表现形式图；

图5为图4对应的待分析中间矩阵；

图6为图5对应的目标矩阵；

图7为本申请应用例中欺骗信号在不同延时码片下的GAN检测概率；

图8为本申请应用例中欺骗信号在不同延时码片下的CNN检测概率；

图9为本申请实施例中一种GNSS欺骗干扰检测装置的实施例的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种GNSS欺骗干扰检测方法、装置、设备和存储介质，解决了现有对欺骗干扰的检测方法，对于时延在0-2个码片范围内的欺骗信号难以检测的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例中一种GNSS欺骗干扰检测方法的实施例一的流程示意图。

本实施例中的一种GNSS欺骗干扰检测方法包括：

步骤101、获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时，多普勒频移-伪码相位的待分析二维搜索矩阵。

卫星信号始终存在，欺骗信号可能存在，即系统存在两种情况。一种是接收信号中仅存在卫星信号，另一种是接收信号中同时存在欺骗信号和卫星信号。

GNSS接收机对中频信号进行捕获，方法有基于时域相关器的方法、基于匹配滤波器的方法和基于FFT的方法等，均会生成二维搜索矩阵，用于搜索相关峰并粗略估计卫星导航信号的多普勒频移和码相位。在信号捕获阶段接收机依次对卫星信号进行搜索，生成以多普勒频移和伪码相位为轴的二维搜索矩阵。如图2所示，信号为GPS信号时，C/A码范围为[1，1023]，多普勒频移搜索范围为[-5kHz,5kHz]。

步骤102、统计待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量。

预置门限的值本领域技术人员可以根据需要进行设置，在此不做限定和具体赘述。

步骤103、当第一数量为1时，在待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取预置范围内的数据构成待分析中间矩阵，其中，预置范围为：最大的第一相关峰的伪码相位±2码片的区域。

步骤104、将待分析中间矩阵中低于预置门限的数据置0，得到目标矩阵。

步骤105、将目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵。

步骤106、将目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到GAN网络模型输出的检测结果，其中，GAN网络模型为目标检测矩阵和检测结果的映射关系模型。

本实施例中，首先获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时的待分析二维搜索矩阵，接着统计待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量，当第一数量为1时，说明有无欺骗信号难以判断，故在待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取第一峰值的伪码相位±2码片区域内的数据构成待分析中间矩阵，再接着将待分析中间矩阵中低于预置门限的数据置0，得到目标矩阵，接着将将目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵，最后将目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到GAN网络模型输出的检测结果，其中，GAN网络模型为目标矩阵和检测结果的映射关系模型，用于检测的目标矩阵是基于第一峰值的伪码相位±2码片内的数据得到的，实现时延在0-2个码片范围内的欺骗信号的有效检测，且通过GAN网络模型进行检测，进一步提高了检测准确率，从而解决了现有对欺骗干扰的检测方法，对于时延在0-2个码片范围内的欺骗信号难以检测的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种GNSS欺骗干扰检测方法的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种GNSS欺骗干扰检测方法的实施例二。

请参阅图3，本申请实施例中一种GNSS欺骗干扰检测方法的实施例二的流程示意图。

本实施例中的一种GNSS欺骗干扰检测方法包括：

步骤301、获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时，多普勒频移-伪码相位的待分析二维搜索矩阵。

需要说明的是，步骤301的描述与实施例一种步骤101的描述相同，在此不再赘述。

步骤302、统计待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量。

需要说明的是，步骤302的描述与实施例一种步骤102的描述相同，在此不再赘述。

步骤303、当第一数量为1时，在待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取预置范围内的数据构成待分析中间矩阵，其中，预置范围为：最大的第一相关峰的伪码相位±2码片的区域。

可以理解的是，如图4所示，当相关峰对应的第一数量为1时，说明有无欺骗信号难以通过常规方法进行判断，故进行后续步骤。

需要说明的是，预置范围还包括：最大的第一相关峰的多普勒频移±1kHz的区域。将图4中的相关峰的第一峰值进行步骤303的处理后得到如图5所示的结果，本实施例中的待分析中间矩阵为如矩形框选的位置，其中矩形中间的黑色小方格为相关峰的第一峰值。

步骤304、将待分析中间矩阵中低于预置门限的数据置0，得到目标矩阵。

将待分析矩阵中低于预置门限的数据置0，相当于是归一化的动作，使得计算更为简单，将图5中的待分析中间矩阵进行步骤304的处理后得到的结果如图6所示。

步骤305、将目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵。

步骤306、将目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到GAN网络模型输出的检测结果，其中，GAN网络模型为目标检测矩阵和检测结果的映射关系模型。

本实施例中，GAN网络模型的配置过程包括：

获取用于训练的训练矩阵和GAN网络；

将训练矩阵作为输入参数、训练矩阵对应欺骗干扰的理论检测结果作为目标输出结果、训练矩阵对应欺骗干扰的实际检测结果作为实际输出结果，对GAN网络进行训练，得到中间网络模型；

将中间网络模型中的判别器模型作为GAN网络模型。

其中，获取用于训练的训练矩阵具体包括：

获取GNSS接收机捕获训练卫星信号时，多普勒频移-伪码相位的训练二维搜索矩阵；

统计训练二维搜索矩阵中大于预置门限的第二相关峰的第二数量；

当第二数量为1时，在训练二维搜索矩阵中，以最大的第二相关峰为中心，截取预置范围内的数据构成训练中间矩阵；

将训练中间矩阵中低于预置门限的数据置0，并将置0后的训练中间矩阵进行归一化，得到训练矩阵。

步骤307、当第一数量0时，判断GNSS接收机未接收到卫星信号，并停止当前检测进程。

步骤308、当第一数量为2以上的数值时，判定待分析卫星信号中存在欺骗信号，并停止当前检测进程。

本实施例中，首先获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时的待分析二维搜索矩阵，接着统计待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量，当第一数量为1时，说明有无欺骗信号难以判断，故在待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取第一峰值的伪码相位±2码片区域内的数据构成待分析中间矩阵，再接着将待分析中间矩阵中低于预置门限的数据置0，得到目标矩阵，接着将将目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵，最后将目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到GAN网络模型输出的检测结果，其中，GAN网络模型为目标矩阵和检测结果的映射关系模型，用于检测的目标矩阵是基于第一峰值的伪码相位±2码片内的数据得到的，实现时延在0-2个码片范围内的欺骗信号的有效检测，且通过GAN网络模型进行检测，进一步提高了检测准确率，从而解决了现有对欺骗干扰的检测方法，对于时延在0-2个码片范围内的欺骗信号难以检测的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种GNSS欺骗干扰检测方法的实施例二，以下为本申请实施例提供的一种GNSS欺骗干扰检测方法的应用例。

为了验证本发明提岀的基于GAN的GNSS欺骗干扰检测方法的性能，进行如下仿真实验进行验证：

模拟GNSS接收机的中频信号，其中中频信号采样频率设置为16.368MHz；理论中频频率设为4.092MHz，随机卫星信号。模拟的卫星信号信噪比设为[-15,-10]dB之间。由于欺骗信号很难与真实卫星信号保持精确同步，因此模拟的欺骗信号与真实卫星信号主要在多普勒频移、伪码相位和功率方面不同。在仿真中将多普勒频移差在±1kHz区间内随机变化，欺骗信号与真实卫星信号的伪码相位差在±2码片区间内变化，欺骗信号功率比真实信号功率高1.1～3.0dB。实验中仿真数据分为两大类：

H

H

其中，H

GAN：将H

CNN：将H

仿真实验中将多普勒频移搜索步长设为两种模式：500Hz和250Hz。将伪码相位搜索步长分别设置为0.5码片和0.25码片。仿真实验结果采用蒙特卡洛的方法独立重复运行100次后取平均值得到。

如图7所示，多普勒频移和码相位分别在不同搜索步长时，欺骗信号在不同延时码片下的GAN检测概率。如图8所示，多普勒频移和码相位分别在不同搜索步长时，欺骗信号在不同延时码片下的CNN检测概率。通过图7和图8的对比可知，欺骗信号延时大于0.5码片时，GAN算法的检测概率明显优于CNN算法的检测概率。

以上为本申请实施例提供的一种GNSS欺骗干扰检测方法的应用例，以下为本申请实施例提供的一种GNSS欺骗干扰检测装置的实施例。

请参阅图9，本申请实施例中一种GNSS欺骗干扰检测装置的实施例的结构示意图。

本实施例一种GNSS欺骗干扰检测装置包括：

获取单元901，用于获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时，多普勒频移-伪码相位的待分析二维搜索矩阵；

统计单元902，用于统计待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量；

截取单元903，用于当第一数量为1时，在待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取预置范围内的数据构成待分析中间矩阵，其中，预置范围为：最大的第一相关峰的伪码相位±2码片的区域；

预处理单元904，用于将待分析中间矩阵中低于预置门限的数据置0，得到目标矩阵；

归一化单元905，用于将目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵；

检测单元906，用于将目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到GAN网络模型输出的检测结果，其中，GAN网络模型为目标检测矩阵和检测结果的映射关系模型。

可选地，预置范围还包括：最大的第一相关峰的多普勒频移±1kHz的区域。

本实施例中，首先获取GNSS接收机捕获待分析卫星信号时的待分析二维搜索矩阵，接着统计待分析二维搜索矩阵中大于预置门限的第一相关峰的第一数量，当第一数量为1时，说明有无欺骗信号难以判断，故在待分析二维搜索矩阵中，以最大的第一相关峰为中心，截取第一峰值的伪码相位±2码片区域内的数据构成待分析中间矩阵，再接着将待分析中间矩阵中低于预置门限的数据置0，得到目标矩阵，接着将将目标矩阵进行归一化，得到目标检测矩阵，最后将目标检测矩阵输入至GAN网络模型，得到GAN网络模型输出的检测结果，其中，GAN网络模型为目标矩阵和检测结果的映射关系模型，用于检测的目标矩阵是基于第一峰值的伪码相位±2码片内的数据得到的，实现时延在0-2个码片范围内的欺骗信号的有效检测，且通过GAN网络模型进行检测，进一步提高了检测准确率，从而解决了现有对欺骗干扰的检测方法，对于时延在0-2个码片范围内的欺骗信号难以检测的技术问题。

本申请实施例还提供了一种GNSS欺骗干扰检测设备的实施例，本实施例中的GNSS欺骗干扰检测设备包括处理器以及存储器；存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；处理器用于根据程序代码中的指令执行如实施例一或实施例二的GNSS欺骗干扰检测方法。

本实施例中实施例还提供了一种存储介质的实施例，本实施例中的存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行如实施例一或实施例二的GNSS欺骗干扰检测方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个待安装电网网络，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。