衛(wèi)星導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊防御方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊防御 方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，簡稱GNSS)，包括美 國全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，簡稱GPS)、歐盟伽利略（Galileo)、中國北 斗等，能夠?yàn)槿蛴脩籼峁?zhǔn)確的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，由于良好的性能和低廉的使用成 本，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于商業(yè)、運(yùn)輸、電力、航空、航天、救災(zāi)等領(lǐng)域，另外在軍事上也有極其重要 的地位。但導(dǎo)航衛(wèi)星距離地球較遠(yuǎn)，到達(dá)地面的信號功率微弱，民用導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放，信 號體制公開，且現(xiàn)有接收機(jī)出于歷史原因沒有加入抗欺騙手段，這些因素使人為欺騙衛(wèi)星 導(dǎo)航接收機(jī)成為可能。欺騙攻擊是一種惡意干擾，通過向接收機(jī)發(fā)送偽造或經(jīng)過延遲的導(dǎo) 航信號，可以誤導(dǎo)接收機(jī)產(chǎn)生錯誤的位置和時(shí)間信息?，F(xiàn)在已有成功針對輪船、智能電網(wǎng)和 證券交易所數(shù)據(jù)中心的欺騙試驗(yàn)報(bào)道，因此研究實(shí)際可用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)欺騙防御方法意 義重大。
[0003] 現(xiàn)在已有的欺騙防御方法大致可分為欺騙檢測和欺騙消除兩類。欺騙檢測主要 目的是鑒別當(dāng)前所處理信號中是否存在欺騙信號，若存在則給出告警信息；欺騙消除主要 致力于減輕甚至消除欺騙信號的影響，使欺騙攻擊無法影響用戶接收機(jī)的正常工作。在已 經(jīng)提出的欺騙防御措施中，信號功率監(jiān)測、信號質(zhì)量監(jiān)測不能達(dá)到欺騙消除的作用，且對 信號質(zhì)量要求較高，需要高增益天線對信號進(jìn)行接收。接收機(jī)自主完好性監(jiān)測（Receiver AutonomousIntegrityMonitoring，RAIM)方法開銷小，不需額外的硬件資源，但不適用于 多個欺騙信號存在的情況?；诙嗵炀€技術(shù)的欺騙檢測和消除技術(shù)效果較好，但需要增加 額外天線，成本較高。導(dǎo)航信息驗(yàn)證、擴(kuò)頻安全碼技術(shù)可以防止民用信號偽造，但不能防御 轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙，同時(shí)還需要對現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行升級、改造，成本較高。
[0004] 目前常用的欺騙檢測方法包括多峰檢測和信號質(zhì)量監(jiān)測方法。多峰檢測方法是比 較常用的一種反欺騙方法，該方法工作在導(dǎo)航接收設(shè)備的偽碼捕獲階段。在沒有欺騙信號 存在的情況下，當(dāng)設(shè)置有合適的捕獲門限時(shí)，一般僅有一個大于門限的相關(guān)峰值；若存在欺 騙信號，則會有多個大于門限的相關(guān)峰值。因此，利用該差異性，即當(dāng)檢測出存在多個大于 門限的相關(guān)峰時(shí)，就可判斷當(dāng)前接收信號中存在欺騙信號。
[0005] 信號質(zhì)量監(jiān)測方法工作在導(dǎo)航接收設(shè)備的信號跟蹤階段。它是在接收設(shè)備跟蹤環(huán) 路中通過監(jiān)測信號質(zhì)量畸變來檢測欺騙信號的一種方法。由于某些欺騙信號會影響導(dǎo)航接 收設(shè)備接收處理導(dǎo)航信號時(shí)的碼環(huán)和載波環(huán)，因此采用合理的信號質(zhì)量監(jiān)測機(jī)制可以在一 定程度上達(dá)到檢測欺騙信號的目的。信號質(zhì)量監(jiān)測方法通過判斷某個監(jiān)測的度量值是否超 出某個預(yù)設(shè)門限來判斷當(dāng)前是否存在欺騙信號。其中一種常用的信號質(zhì)量監(jiān)測度量標(biāo)準(zhǔn)如 下：
[0006]
C1 )
[0007]其中IE[k]，IP[k]，IJk]分別是接收設(shè)備跟蹤環(huán)路相關(guān)器的超前（E)、當(dāng)前（P)、滯 后（L)三路相關(guān)值，a是接收設(shè)備延遲鎖定環(huán)路所用鑒別函數(shù)的斜率，k是下標(biāo)表示第k次 觀測值。另一種常見的信號質(zhì)量監(jiān)測度量標(biāo)準(zhǔn)如下：
[0008]
( 2 )
[0009] 其中S表示接收設(shè)備跟蹤環(huán)路的超前與滯后路之間的相關(guān)器間距。
[0010] 由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)播發(fā)的民用信號周期較短，偽碼捕獲時(shí)，經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)延遲后的欺騙 信號既可提前于真實(shí)信號到達(dá)目標(biāo)接收設(shè)備也可以晚于真實(shí)信號到達(dá)，因此這種多峰檢測 的方法往往無法識別真實(shí)信號，易受欺騙攻擊影響。信號質(zhì)量監(jiān)測方法能在一定程度上檢 測出當(dāng)前是否存在欺騙信號，但同樣無法識別出哪些是真實(shí)信號、哪些是欺騙信號，易受欺 騙攻擊影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對當(dāng)前技術(shù)無法準(zhǔn)確識別出真實(shí)信號、易被欺騙攻擊所影響的問題，本發(fā)明提 出一種衛(wèi)星導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊防御方法和裝置。
[0012] 第一方面，本發(fā)明提出一種衛(wèi)星導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊防御方法，包括：
[0013] S1、獲取每個衛(wèi)星號對應(yīng)的導(dǎo)航信號接收處理通道；
[0014] S2、獲取所述接收處理通道中每個信號的信號發(fā)射時(shí)間，選擇信號發(fā)射時(shí)間最大 的信號，標(biāo)記為真實(shí)信號；并將所述接受處理通道的信號中除信號發(fā)射時(shí)間最大的信號之 外的其余信號標(biāo)記為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊信號。
[0015] 優(yōu)選地，步驟S1包括：
[0016] S11、選擇同一衛(wèi)星號至少有兩個跟蹤通道在進(jìn)行跟蹤處理的衛(wèi)星號，得到存在轉(zhuǎn) 發(fā)式欺騙攻擊的衛(wèi)星號；
[0017] S12、獲取每個存在轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊的衛(wèi)星號對應(yīng)的導(dǎo)航信號接收處理通道。
[0018] 優(yōu)選地，步驟S2包括：
[0019] 根據(jù)所述真實(shí)信號的信號發(fā)射時(shí)間，進(jìn)行定位解算得到接收機(jī)正確的位置和時(shí)間 fg息。
[0020] 優(yōu)選地，步驟S2包括：
[0021] 當(dāng)同一衛(wèi)星號的導(dǎo)航信號接收處理通道數(shù)為2時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊信號的信 號發(fā)射時(shí)間，進(jìn)行定位解算得到轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙源的位置。
[0022] 優(yōu)選地，步驟SI1之前包括：
[0023] S01、對接收信號進(jìn)行偽碼捕獲，得到大于等于預(yù)設(shè)捕獲門限的相關(guān)值對應(yīng)的碼相 位和載波頻率，并利用捕獲得到的碼相位和載波頻率對信號進(jìn)行牽引處理；
[0024] S02、對所述牽引處理的信號，牽引預(yù)設(shè)時(shí)間后，對環(huán)路鎖定值大于等于預(yù)設(shè)牽引 門限的信號進(jìn)行跟蹤處理。
[0025] 第二方面，本發(fā)明還提出一種衛(wèi)星導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊防御裝置，包括：
[0026] 處理通道獲取模塊，用于獲取每個衛(wèi)星號對應(yīng)的導(dǎo)航信號接收處理通道；
[0027] 欺騙攻擊防御模塊，用于獲取所述接收處理通道中每個信號的信號發(fā)射時(shí)間，選 擇信號發(fā)射時(shí)間最大的信號，標(biāo)記為真實(shí)信號；并將所述接受處理通道的信號中除信號發(fā) 射時(shí)間最大的信號之外的其余信號標(biāo)記為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊信號。
[0028] 優(yōu)選地，所述處理通道獲取模塊包括：
[0029] 欺騙攻擊識別單元，用于選擇同一衛(wèi)星號至少有兩個跟蹤通道在進(jìn)行跟蹤處理的 衛(wèi)星號，得到存在轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊的衛(wèi)星號；
[0030] 欺騙通道獲取單元，用于獲取每個存在轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊的衛(wèi)星號對應(yīng)的導(dǎo)航信號 接收處理通道。
[0031] 優(yōu)選地，所述欺騙攻擊防御模塊還包括根據(jù)所述真實(shí)信號的信號發(fā)射時(shí)間，進(jìn)行 定位解算得到接收機(jī)正確的位置和時(shí)間信息。
[0032] 優(yōu)選地，所述欺騙攻擊防御模塊還包括當(dāng)同一衛(wèi)星號的導(dǎo)航信號接收處理通道數(shù) 為2時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊信號的信號發(fā)射時(shí)間，進(jìn)行定位解算得到轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙源的位 置。
[0033] 優(yōu)選地，還包括：
[0034] 信號捕獲模塊，用于對接收信號進(jìn)行偽碼捕獲，得到大于等于預(yù)設(shè)捕獲門限的相 關(guān)值對應(yīng)的碼相位和載波頻率，并利用捕獲得到的碼相位和載波頻率對信號進(jìn)行牽引處 理；
[0035] 信號牽引模塊，用于對所述牽引處理的信號，牽引預(yù)設(shè)時(shí)間后，對環(huán)路鎖定值大于 等于預(yù)設(shè)牽引門限的信號進(jìn)行跟蹤處理。
[0036] 由上述技術(shù)方案可知，通過本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊防御方法和裝置， 不僅可以有效防御轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊，保障用戶在即使遭受多個轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙源同時(shí)發(fā)起攻擊 時(shí)還能正常使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，而且在只有一個轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙源的情況下還可以反向確定欺 騙源的位置，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)欺騙源清除提供必要信息，進(jìn)而達(dá)到防御轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊、提高 導(dǎo)航用戶安全性的目的。
【附圖說明】
[0037] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。
[0038] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種衛(wèi)星導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊防御方法的流程示 意圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種衛(wèi)星導(dǎo)航轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙攻擊防御裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種采用本發(fā)明方法的GPS接收機(jī)在遭受轉(zhuǎn)發(fā)欺騙 攻擊后輸出的定位結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖，對發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述