一种车载定位干扰攻击检测方法及系统

摘要

一种车载定位干扰攻击检测方法，包括以下步骤：步骤一：对车载定位系统接收到的信号进行频谱分析，所述信号包括卫星信号、环境噪声及干扰器发出的干扰信号；步骤二：计算接受信号经频谱分析后的各频率对应的能量；步骤三：判断是否存在欺骗式干扰；步骤四：判断是否存在压制式干扰。本发明还公开了一种车载定位干扰攻击检测系统，采用上述方法检测车辆是否受到干扰攻击。本发明可进行车载定位中的干扰攻击检测，包括压制式干扰检测、欺骗式干扰检测，可解决车辆智能化发展过程中车辆定位信息安全问题。

权利要求

1.一种车载定位干扰攻击检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对车载定位系统接收到的信号进行频谱分析，所述信号包括卫星信号、环境噪声及干扰器发出的干扰信号；应用锁相环对卫星导航信号进行载波跟踪，并应用锁相环鉴相器对输出信号进行频谱分析，这里指进行傅里叶变换；

步骤二：计算接收信号经频谱分析后的各频率对应的能量，只需计算符号速率以内的低频段能量；

步骤三：判断是否存在欺骗式干扰，具体步骤为：

1)设定决策阈值 并计算决策变量

2)判断，当 时，则认为不存在欺骗干扰，当 时，则认为存在欺骗干扰；

其中，决策变量 的计算公式如下：

上式中Ei、Ej表示车载定位系统接收器鉴相器输出信号经过傅里叶变换得到的各频率对应的能量，且 n表示傅里叶变换运算点数，Rs表示符号速率， 表示在符号速率Rs下对应的频率点；

步骤四：判断是否存在压制式干扰，具体步骤为：

1)分别计算决策阈值β0和决策变量β；

2)判断，当β<β0时，认为没有压制式干扰存在，当β≥β0时，认为存在压制式干扰；

其中，决策阈值β0和决策变量β的计算公式如下：β＝∑Ek，

上式中v为当前车速，v0为设置车速，βmin与βmax通过实验标定得到，Ek表示车载定位系统接收器鉴相器输出信号经过傅里叶变换得到的各频率对应的能量，且

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，车载定位系统采用三球定位原理确定车辆位置，通过测量时差，计算出车辆与卫星之间的伪距离d从而得知车辆的位置。

3.一种车载定位干扰攻击系统，采用如上述权利要求1-2中任意一项所述的方法检测车辆是否受到干扰攻击。

说明书

一种车载定位干扰攻击检测方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及车载传感器环境感知安全技术领域，适用于载有GPS定位系统的车辆，具体涉及一种车载定位干扰攻击检测方法及系统。

背景技术

[0002] 近年来，车载导航系统在越来越多的车辆上得到广泛应用，无论是车辆驾驶辅助系统还是完全智能的无人驾驶汽车，车载导航已越来越不可或缺。其中车载导航系统依赖程度最大的是车辆定位。与此同时，定位系统的抗干扰已成为业界的一个研究热点。抗干扰的主要目标是准确地感知干扰信号的存在，并采取相应策略来消除干扰的影响。

[0003] 现阶段的定位抗干扰研究主要针对军事应用，车辆的定位抗干扰研究相对较少，但随着车辆智能化程度的逐渐提高，车辆的定位信息安全问题不可忽视，依赖于车辆定位的导航系统在受到外界定位信号干扰或受到人为的恶意定位信息攻击时，若没有车载定位抗干扰系统，车辆定位系统极易崩溃甚至引发交通事故，由此可见车辆的定位信息安全问题不可小视。

[0004] 定位抗干扰研究的主要目标是准确地检测到干扰信号的存在，并采取相应措施来消除干扰的影响。现阶段的抗干扰技术有信号功率检测法、来波方向检测法、码片和载波速率一致性检验等，但上述方法只能针对特定的干扰进行检测，且均用于军事方面的研究。

发明内容

[0005] 为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于信息安全的车载定位干扰攻击检测方法及系统，该方法可以对车载定位中的干扰攻击进行检测，包括有压制式干扰检测、欺骗式干扰检测，可解决车辆智能化发展过程中车辆定位信息安全问题。

[0006] 本发明的一种基于信息安全的车载定位干扰攻击检测方法可对车辆定位系统中的压制式干扰以及欺骗式干扰进行检测，其中欺骗式干扰是指应用干扰发射机发射出与卫星信号相同或者相近的信号，但信号强度比原有卫星信号更强一些，从而导致车载定位系统接收到来自干扰发射机的信号，以致使车辆定位系统无法工作或错误定位。而压制式干扰是指干扰发射机发射出一定电平的干扰信号从而将车载定位系统接收机的前端信号压制住，从而导致车载定位系统无法工作。

[0007] 一种车载定位干扰攻击检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0008] 步骤一：对车载定位系统接收到的信号进行频谱分析，所述信号包括卫星信号、环境噪声及干扰器发出的干扰信号；

[0009] 步骤二：计算接受信号经频谱分析后的各频率对应的能量；

[0010] 步骤三：判断是否存在欺骗式干扰；

[0011] 步骤四：判断是否存在压制式干扰。

[0012] 所述的步骤一包括应用锁相环对接受信号进行载波跟踪，同时应用锁相环鉴相器对输出信号进行傅里叶变换。

[0013] 步骤二所计算的能量为符号速率以内的低频段能量。

[0014] 所述步骤三的具体步骤为：

[0015] 1)设定决策阈值 并计算决策变量

[0016] 2)判断，当 时，则认为不存在欺骗干扰，当 时，则认为存在欺骗干扰；

[0017] 其中，决策变量 的计算公式如下：

[0018]

[0019] 上式中Ei、Ej表示车载定位系统接收器鉴相器输出信号经过傅里叶变换得到的各频率对应的能量，且 n表示傅里叶变换运算点数，Rs表示符号速率， 表示在符号速率Rs下对应的频率点。

[0020] 所述步骤四的具体步骤为：

[0021] 1)分别计算决策阈值β0和决策变量β；

[0022] 2)判断，当β<β0时，可认为没有压制式干扰存在，当β≥β0时，可认为存在压制式干扰；

[0023] 其中，决策阈值β0和决策变量β的计算公式如下：

[0024]

[0025] β＝∑Ek，

[0026] 上式中v为当前车速，v0为设置车速，βmin与βmax通过实验标定得到，Ek表示车载定位系统接收器鉴相器输出信号经过傅里叶变换得到的各频率对应的能量，且

[0027] 车辆定位系统采用三球定位原理，通过测量时差，计算出车辆与卫星之间的伪距离d从而得知车辆的位置。

[0028] 本发明还涉及一种采用上述检测方法的检测系统。

[0029] 通过上述方法即可进行车载定位中的干扰攻击检测，包括压制式干扰检测、欺骗式干扰检测，可解决车辆智能化发展过程中车辆定位信息安全问题。

[0030] 本发明的有益效果在于：

[0031] (1)本发明一种车载定位干扰攻击检测方法，提出了车辆智能化信息安全相关概念，具体针对智能车辆的定位提出了一种干扰检测方法，既可对压制式干扰进行检测也可对欺骗式干扰进行检测，而传统的卫星干扰检测只能检测压制式干扰或只能检测欺骗式干扰，本发明相对于传统检测算法，检测范围更广。

[0032] (2)本发明一种车载定位干扰攻击检测方法，从卫星定位原理以及卫星接收信号组成角度进行数学建模，使车载定位原理更加清晰明了。

[0033] (3)本发明一种车载定位干扰攻击检测方法，从车载接收器输出信号频域的角度进行车载信息安全分析，相比与传统算法，检测角度更为新颖。

[0034] (4)本发明一种车载定位干扰攻击检测方法，应用检测到的信号低频段能量所占的比重不变的角度进行车载定位欺骗干扰分析，相比与传统方法，欺骗干扰检测更为精准。

附图说明

[0035] 图1为本发明一种车载定位干扰攻击检测方法车辆受干扰攻击示意图。

[0036] 图2为本发明一种车载定位干扰攻击检测方法发明流程图。

具体实施方式

[0037] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0038] 如图1所示为本发明车辆受干扰攻击示意图。系统中包括有卫星1，信号干扰器2，需要定位的车辆3，此外还包括有环境噪声4。当需要定位的车辆没有受到干扰攻击时，车辆定位系统只接收到卫星1发射的信号和微弱的环境噪声信号4，通过现有的技术手段可以滤除环境噪声的干扰。

[0039] 车辆定位系统采用三球定位原理，通过测量时差，计算出车辆与卫星之间的伪距离d从而得知车辆的位置。其中d＝c×f，c为光的传播速度，f为卫星信号的传播延时，与此同时，考虑到卫星的标准时差与车载定位系统存在的钟差，实际计算的过程中还需要考虑第四颗卫星：

[0040]

[0041]

[0042]

[0043]

[0044] 上式中，(x1、y1、z1)为待测定车辆坐标，(xA、yA、zA)(xB、yB、zB)(xC、yC、zC)(xD、yD、zD)为测量时刻四颗卫星坐标；v0为接收机的钟差，为未知量；v1v2v3v4为测量时刻卫星钟的钟差；d1＝c×f1，d2＝c×f2，d3＝c×f3，d4＝c×f4，f1、f2、f3、f4为测量时刻四颗卫星的测量延时。通过上述计算即可得到车辆的精准定位信息。

[0045] 当存在有环境干扰信号时，车载定位系统接收机接收到的信号除了有卫星1的信号PA、环境噪声4的信号PC,还存在有信号干扰器2的干扰信号PB、则需要定位的车辆3定位系统接收到的信号：

[0046] P＝PA+PB+PC

[0047] 通过分析需要定位的车辆3接收到的定位系统的信号即可进行车辆的定位干扰攻击检测。

[0048] 车辆定位干扰攻击检测的具体流程如图2所示，其具体的操作如下：

[0049] 步骤1：对车载系统接收到的卫星信号进行频谱分析。这里主要应用锁相环对卫星导航信号进行载波跟踪，并应用锁相环鉴相器对输出信号进行频谱分析，这里主要指进行傅里叶变换。

[0050] 步骤2：计算各频率对应的能量。由于车载导航信息经过调制后，能量主要集中在符号速率以内的低频段，故只需计算符号速率以内的低频段能量。

[0051] 步骤3：进行欺骗式干扰判断和压制式干扰判断。

[0052] 首先进行欺骗式干扰检测判断，这里定义一个决策变量 其计算公式如下：

[0053]

[0054] 上式中Ei、Ej表示车载定位系统接收器鉴相器输出信号经过傅里叶变换得到的各频率对应的能量，且 n表示傅里叶变换运算点数，Rs表示符号速率， 表示在符号速率Rs下对应的频率点。理想情况下，车载定位系统接收到的卫星信号能量均匀的分布在整个频带内，故应有 小于某一常数，此常数经实际实验标定记为 将车载系统实际定位信号经过决策变量 计算后，若 则认为存在欺骗干扰
存在，若 则认为不存在欺骗干扰存在。

[0055] 然后进行压制式干扰判断。定义另一决策变量β，其计算表达式如下：

[0056] β＝∑Ek

[0057] 上式中Ek表示车载定位系统接收器鉴相器输出信号经过傅里叶变换得到的各频率对应的能量，且 由于车辆的运动导致车辆在卫星坐标系中坐标的变换相对较小，故车载定位系统接收到的卫星低频信号低频段总能量也呈现出小的梯度变化，故可应用决策变量β的变化梯度进行是否存在压制干扰判断。β的变化范围为βmin～βmax之间，且与车速呈正比的关系，可应用β与β0的大小关系进行压制干扰判断，β0的计算如下：

[0058]

[0059] 上式中v为当前车速，v0为设置车速，为40km/h，βmin与βmax通过实验标定得到，当β<β0时，可认为没有压制式干扰存在，当β≥β0时，可认为存在压制式干扰。

[0060] 通过上述方法即可进行车载定位中的干扰攻击检测，包括压制式干扰检测、欺骗式干扰检测，可解决车辆智能化发展过程中车辆定位信息安全问题。