本发明属于gnss干扰信号检测领域，具体涉及一种gnss干扰信号的多级辨识检测系统及方法。
背景技术：
物联网、智能设备的飞速发展，促使人们对定位导航技术的可靠性提出更高的要求。全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,gnss)作为日常生活中广泛应用的定位系统，其可靠性却受到诸多因素的影响。卫星信号经过两万多公里的距离传播到地面，功率只有-130dbm，很容易受到各种有意或无意的干扰。这些干扰又分为欺骗干扰和压制式干扰两类。欺骗式干扰是发射与卫星信号相似的的干扰信号欺骗接收机，使接收机解算出错误的定位信息；而压制式干扰则是通过大功率的带内噪声、连续波、扫频波等干扰信号压制卫星信号，使得gnss接收机无法正常工作。
在gnss干扰检测上，主要有采用能量检测法、前端agc模块的输出等进行检测干扰的存在，但是却不能检测出干扰的类型；也有采用改进的dft算法进行窄带干扰的检测，但是检测只适用用于窄带干扰；采用多相关器的方法可以进行信号质量的监测，但是对信号异常的原因也没能进行实现。
基于相关器的输出功率、载波相位波动、伪距变化等参数进行的自动干扰检测能够进行高斯白噪、连续波、脉冲波等干扰的检测，但是检测所需参数是在信号跟踪部分，受捕获成功率的限制，在检测工作的可实现上还需要进一步研究。
总体上，目前大量的干扰检测技术使用范围比较单一，在不同种类的压制式干扰和欺骗干扰的检测上，全面性还有所不足，不能实现多种干扰的识别检测。而干扰检测的最终目标是为了抑制干扰，但是目前大量的干扰抑制算法只针对性某一种或几种干扰具有良好的抑制效果，不能很好的对各种干扰都进行抑制，因此在不能确定干扰类型时很难准确全面地去抑制干扰。因此具有干扰辨识能力的检测算法，也保证了后续对不同干扰的抑制，为提高抑制方案的全面性打下基础。
技术实现要素：
正常卫星信号在传播的过程中，环境中的其他无线电波会发出各种连续波、扫频波、噪声等信号，因此，天线接收到的信号本身就带有不同的干扰。有些在固定频段的干扰可能在射频前端处理的中频阶段就与正常信号不同，可以辨识；但是噪声干扰、欺骗干扰等干扰在前面环节是看不出来的，要到捕获跟踪阶段才能发现和正常信号的区别。
基于上述考虑，本发明提出了一种gnss干扰信号的多级辨识检测技术。具体技术方案如下：
本发明公开一种gnss干扰信号多级辨识检测系统，包括射频前端模块、一级检测器、捕获处理模块、二级检测器、多通道跟踪处理模块、三级检测器、干扰判定模块及定位解算模块，其中，射频前端模块的输入端连接卫星天线，射频前端模块的第一输出端连接捕获处理模块的输入端，第二输出端连接一级检测器的输入端；捕获处理模块的第一输出端连接多通道跟踪处理模块的输入端，第二输出端连接二级检测器的输入端；多通道跟踪处理模块的第一输出端连接至定位解算模块，第二输出端连接至三级检测器的输入端；一级检测器、二级检测器和三级检测器的输出端均连接至干扰判定模块。
进一步的，一级检测器用于检测单频或多频干扰信号，二级检测器用于检测噪声干扰信号和部分欺骗干扰信号，三级检测器用于检测欺骗干扰信号和脉冲干扰信号。
进一步的，一级检测器所采用的检测算法是：通过提取中频信号的时域变化值及频域谱值，做差分和高阶统计量后得到反应不同干扰信号各自特点的特征参数。如，一级检测器提取从射频前端模块接收的中频信号的时域和频域，进行短时傅里叶变换，通过窗函数移动得到信号频谱随时间的变化规律，并从中提取干扰信号的频率。
进一步的，二级检测器所采用的检测算法是：通过提取信号在捕获处理阶段的参数，进行积分和差分处理后得到反应s2中未分辨的其他干扰信号特点的特征参数。如，二级检测器通过增长相干积分和非相干积分的时间，以增大信号的信噪比，并通过配置积分时间进行噪声干扰的检测。二级检测器还用于检测部分欺骗干扰信号，采用多门限设置或多相关峰检测能够对欺骗距离较明显的欺骗干扰和互相关干扰。
进一步的，二级检测器还用于检测部分欺骗干扰信号。
进一步的，二级检测算法采用多门限设置法或多相关峰法对部分欺骗干扰进行检测。
进一步的，三级检测器所采用的检测算法是：通过提取信号在跟踪阶段处理的参数，进行统计量计算和分布拟合后得到反应s2和s3中未分辨的剩余干扰信号特点的特征参数。如，三级检测器将从多通道跟踪处理模块接收到的信号与本地相关信号通过相关器进行采样，并得到相邻采样点的曲线斜率，根据信号相关值的分布和信号相关曲线变化检测欺骗信号和脉冲干扰信号。
进一步的，射频前端模块被配置为将接收的卫星信号处理成中频信号，射频前端模块包括带通滤波器、放大器、混频器、a/d转换器及自动增益控制器。
本发明还公开一种gnss干扰信号多级辨识检测方法，包括以下步骤：
s1.天线接收到的卫星信号经过射频前端模块处理得到中频信号，
s2.中频信号经一级检测器提取单频干扰或多频干扰的特征参数，并输入至干扰判别模块；
s3.s2中未检测出干扰信号，在捕获阶段经二级检测器提取噪声干扰的特征参数，并输入至干扰判别模块；
s4.s2和s3中未检测出干扰信号，在跟踪阶段经三级检测器提取脉冲干扰和欺骗干扰的特征参数，并输入至干扰判别模块；
s5.干扰判别模块将各级检测器输入进来的特征参数与各类干扰信号的公认的特征进行比对，以检测出最终的干扰类型。若s2～s4中均未检测出干扰，则认为信号未受干扰，直接进行定位解算。
进一步的，一级检测器所采用的检测算法是：通过提取中频信号的时域变化值及频域谱值，做差分和高阶统计量后得到反应不同干扰信号各自特点的特征参数；二级检测器所采用的检测算法是：通过提取信号在捕获处理阶段的参数，进行积分和差分处理后得到反应s2中未分辨的其他干扰信号特点的特征参数；三级检测器所采用的检测算法是：通过提取信号在跟踪阶段处理的参数，进行统计量计算和分布拟合后得到反应s2和s3中未分辨的剩余干扰信号特点的特征参数。
进一步的，经二级检测器还可提取部分欺骗干扰的特征参数，并输入至干扰判别模块。
进一步的，二级检测算法采用多门限设置法或多相关峰法对部分欺骗干扰进行检测。
本发明所公开的gnss干扰信号多级辨识检测系统及方法具有以下有益效果：
1)综合分析不同干扰信号在接收机处理信号各个环节的影响特点，提取干扰特征参数，优化在每个环节的检测算法，提高检测的准确度。
2)与射频前端对接收信号处理、基带信号的捕获和跟踪阶段(即接收机的处理解算信号)同步进行工作，保证了干扰检测的实时性、快速性和低成本的优势。
3)流程检测的方案具有后续环节对前面检测环节的检测结果进行修正和补缺的功能，复杂程度低，检测结果的可信度高。
4)实现了从信号采集到信号解算的一套流程检测方案，极大的削弱了干扰对后续定位解算环节的影响能力，从而保证了接收机的抗干扰能力和稳定性。
5)检测出的干扰类型能够针对干扰类型采取不同的干扰检测方案，提高系统抑制干扰的成功率；同时，检测出干扰的类型，后续接收机的处理环节可以针对性的采用不同的策略减小干扰的影响，提高定位解算的精度。
说明书附图
图1为gnss干扰信号的多级辨识检测系统框图
具体实施方式
如图1所示，gnss干扰信号的多级辨识检测系统的环路结构如下：
天线接收到卫星信号输入到接收机的射频前端，前端的输出分为两路：一路输入到一级检测器，一级检测器的输出输入到干扰判定模块；另一路前端处理的输出输入到捕获处理模块。捕获的输出也分为两路：一路输入到二级检测器，二级检测器的输出输入到干扰判定模块；另一路捕获处理的输出输入到多通道跟踪处理模块。跟踪处理模块的输出同样分为两路：一路输入到三级检测器，三级检测器的输出输入到干扰判定模块；另一路跟踪处理的输出输入到定位解算模块。最后干扰判定模块输出gnss的干扰类型。
三个级别提取信号中对应的干扰类型的特征参数，输入到干扰判定模块后统一进行处理和判定，最终得到干扰的类型。
gnss干扰信号的多级辨识检测系统的工作原理包括如下两个阶段：
第一阶段是各级检测算法的确定：
s11、在gnss软件接收机的信号处理过程基础上，拓展改进信号处理的过程进行gnss干扰信号的检测；
s12、提取中频信号的时域变化值及频域谱值，做差分和高阶统计量后得到反应不同干扰信号各自的特点的检测参数，确认一级检测算法；
s13、提取信号在捕获处理阶段的参数，进行积分和差分处理后得到s12中未分辨的其他干扰的特性的检测参数，确认二级检测算法；
s14、提取信号在跟踪阶段处理的参数，进行统计量计算和分布拟合后得到s12和s13中为分辨的剩余干扰的特性的检测参数，确认三级检测算法。
第二阶段是基于第一阶段确定的各级检测算法，进行干扰类型的判定：
s21、天线接收到的卫星信号经过射频前端的处理得到中频信号，中频信号经过第一阶段s12所确定的一级检测算法提取出单频干扰、多频干扰的不同参数，与干扰判别模块的信号模型比较进行类型判定；
s22、s21中若未检测出干扰信号，在捕获阶段，利用第一阶段s13所确定的二级检测算法的参数，再次由干扰判别模块进行干扰类别的检测识别，可以辨别出噪声干扰和部分欺骗干扰；
s23、s22中若未检测出干扰信号，在跟踪阶段，干扰判别模块处理第一阶段s14所确定的三级检测算法的参数，进行干扰信号的检测，可辨别出脉冲干扰和欺骗干扰；
s24、若s21、s22和s23中均未检测出干扰，则认为信号未受干扰，直接进行定位解算。
在以上步骤中，一、二、三级检测器提供的是各种信号的初步检测参数，而干扰判定模块是根据各级检测器输入进来的提取到的各种信号特征参数与干扰判别模块的信号模型进行干扰信号特征类型的比对，进行最终的干扰类型检测。即，若输入的特征参数与某种干扰信号的公认的特征相符，则认为输入信号中含有此类干扰。
例如，一级检测发现信号中频处的频谱变化很大，在误差容许范围外，则将该中频频谱值输入到干扰检测模块；二级检测模块中未发现异常，输入0至干扰判定模块；三级检测模块中发现信号即时相关值呈周期性失锁，则将周期t输入到干扰判定模块。最终干扰判定模块根据三组参数判别：一级检测中检测出了频率对准信号频率的连续波干扰，二级检测中未发现干扰，三级检测中存在周期为t的脉冲干扰。故，可以得到信号中主要受到了连续波和脉冲两种干扰，即信号中存在单频干扰信号和脉冲干扰信号。
基于上述原理，gnss干扰信号的多级辨识检测系统中各级别所采用的检测算法如下：
一级检测算法：将从射频前端处理后得到的数字中频信号进行短时傅立叶变换(stft)，同时观察信号的时域和频域特征，得到干扰在时域和频域上的影响情况，在时域上的明显增大，在频域上某段频率处的频谱增大，依次来确定干扰的频率点或频率段。
经过射频前端处理后得到的数字中频信号sif(n)为：
式中，卫星i的中频信号
式中，n代表离散信号的时间序列，t代表的是传播时间延时，a为信号的幅值，c(n)为卫星播发的c/a码，d(n)为导航数据码，ωif为信号的中频，θ为相位偏移，τ是传播延时，n(n)为信号中的传播误差和噪声，j(n)是信号受到的干扰信号，如连续波干扰、扫频干扰、带限噪声、脉冲干扰、欺骗干扰等。
短时傅里叶变换能够同时观测到信号的时域和频域特征，得到更多的信息量，更好的观测信号特征，因此将(1)式进行短时傅里叶变换:
式中，ω(n)为窗函数，m为离散时间序列。通过窗函数移动，得到信号频谱随时间n的变化规律。从中提取干扰信号的频率，能够进行单频或多频干扰的检测。
二级检测算法：增长相干积分和非相干积分的时间，能够增大信号的信噪比，通过合理配置积分时间，进行噪声干扰的检测。具体的，当捕获的积分时间较短时，噪声比较明显，甚至有些信号被噪声淹没，通过增大相干积分和非相干积分的时间，捕获的成功率会提高，由此检测出噪声干扰。
多门限设置和多相关峰检测能够对欺骗距离较明显的欺骗干扰和互相关干扰进行检测。故，二级检测算法还可以结合了多门限设置法和和多相关峰法以对欺骗干扰和互相关干扰进行检测。
其中，多门限设置方法是：接收机搜索先搜索44db·hz的正常强度的卫星信号，在降低捕获门限去搜索39db·hz以上的弱信号，若在检测弱信号的过程中发现其多普勒频移与之前已捕获到的强信号的频移相差1khz的整数倍，则该信号可能是欺骗信号或互相干干扰。类似逐步降低检测门限，逐渐搜索各级弱信号。
因为多相关峰法和多门限法原理近似，这里不再赘述。
三级检测算法：收到从捕获模块输出的信号x1(t)，与本地估计的与输入信号类似的信号
另外，本地产生了相对输入信号δτ和2δτ等延时的其他复现信号，输入信号同时与延时信号通过对应的延时相关器进行相关操作，得到相关值：
不同延时信号对应了不同的采样点，因此根据不同延时的相关器输出的相关值，可以得到相邻采样点的曲线斜率：
lr1＝rr1-r0，lr2＝rr2-r1(7)
根据不同延时的相关值拟合出相关曲线，根据斜率判断等判断信号相关曲线的对称性、平滑性等，相关曲线若左右不对称、或斜率出现多次跳变则说明信号中存在欺骗干扰；若即时相关值的分布不符合正态分布，且存在周期性的失锁跳变，则说明存在脉冲干扰信号。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非本发明任何形式上和实质上的限值，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。