一种干扰源位置的估计方法

本发明涉及卫星导航，具体是一种干扰源位置的估计方法。

背景技术：

1、全球卫星导航系统(global satellite navigation system，gnss)是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统。全球卫星导航系统国际委员会公布的全球4大卫星导航系统供应商，包括美国的全球定位系统gps、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(glonass)、欧盟的伽利略卫星导航系统(galileo)和中国的北斗卫星导航系统(bds)。

2、bds干扰器，也称北斗干扰器或北斗信号屏蔽器，是一种专门设计用来干扰或阻止北斗卫星导航系统(beidou navigation satellite system,bds)信号接收的电子设备。北斗卫星导航系统是中国自主研制的全球卫星导航系统，类似于美国的gps系统、俄罗斯的glonass系统和欧洲的galileo系统。bds干扰器通过发射与北斗卫星信号相近的电磁波，使接收设备(如车辆、船只、飞机上的导航装置)无法正确接收或处理来自北斗卫星的有效信号，从而影响这些设备的定位、导航和时间同步功能。干扰的效果取决于干扰器的功率、工作频率、设计复杂度以及目标接收设备的抗干扰能力。由于北斗系统与gps系统在某些频段上可能重叠，某些bds干扰器可能在干扰北斗信号的同时，对gps信号也产生一定影响。

3、bds系统遭遇的干扰主要分为两类：压制性干扰与欺骗性干扰，两者均可致使接收机无法正常接收并解析bds信号。具体而言，压制性干扰是通过干扰器发射与bds频段同频的高功率调频噪声或调制的伪随机码，导致bds接收机的信号噪声比下降，使得有效的bds信号被噪声淹没而无法区分。另一方面，欺骗性干扰则是发射假冒的bds信号，诱使bds接收机误以为这些伪造信号为真实的bds信号并进行处理，结果导致接收的地理位置信息失真，呈现为虚假数据。其中欺骗式干扰常应用于导航作战或导航对抗场景中，其目的在于通过提供虚假信号源来混淆对手的定位判断。相比之下，空中飞行器在执行任务时，更多面临的是来自地面或同空域的竞争信号源所产生的压制性干扰。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种干扰源位置的估计方法，通过对干扰源的位置进行各网格点的假设，然后根据接收机的干扰信号强度判定干扰源所处的网格点位置，有助于将复杂的空间搜索问题转化为离散化的网格搜索问题，能更有效地处理和分析数据，提高估算效率。

2、本发明的技术方案为：

3、一种干扰源位置的估计方法，具体包括有以下步骤：

4、(1)、确认接收机上天线的方向，定义地面干扰元和接收机的相对位置，根据haversin公式以及坐标转换得出接收机bds干扰信号方向上的接收天线增益；

5、(2)、将地理区域进行网格化分割处理，假定干扰源处于地理区域其中一个网格点位置，随即根据采集数据对接收到的干扰信号强度进行估计，使用判断准则假设是否成立，从而确定干扰源位于地理区域位于某一网格点的位置。

6、所述的确认接收机上天线的方向，定义地面干扰元和接收机的相对位置，根据haversin公式以及坐标转换得出接收机bds干扰信号方向上的接收天线增益的具体步骤为：

7、s11、收集接收机位置数据，定义地面干扰源的坐标为(latjam,lonjam,0)，接收机的坐标为(latp,lonp,heip)；

8、基于haversine公式，即下式(1)：

9、

10、求得干扰源地面点(latjam,lonjam,0)到接收机地面点(latp,lonp,0)的距离d0，具体见下式(2)：

11、d0＝rhsin-1(hsin(φ2-φ1))+cosφ1cosφ2hsin(λ2-λ1)  (2)；

12、式(2)中，r为地球半径，φ2为干扰源的纬度,φ1为接收机所在位置的纬度，λ2为干扰源的经度，λ1为接收机所在位置的经度；

13、s12、定义在三维坐标系中，接收机天线所处位置指向地面的投影与z轴正向的夹角θ由下式(3)计算得到：

14、

15、定义接收机的移动方向为heading，接收机-天线系统在地面的投影与正北方向的夹角为φ，接收机天线所处位置指向地面的投影与正北方向的夹角为φ0；

16、夹角φ0通过如下式(4)计算得出：

17、

18、式(5)中，φ2为干扰源的纬度,φ1为接收机所在位置的纬度，δλ表示接收机与干扰源坐标点之间的经度差，即δλ＝|λ2-λ1|；

19、夹角φ通过如下式(5)计算得出：

20、φ＝heading-φ0  (5)；

21、当接收机出现复杂方位变化时，方位角即为φ，偏航角即为heading，则φ0所对应的方向向量在接收机坐标系中的位置为其中满足下式(6)：

22、

23、式(6)展开得到下式(7)所示的矩阵方程：

24、

25、经由式(7)进行三次旋转变换，将地面坐标系转换为接收机坐标系；

26、式(7)中，ψ为接收机坐标系的xb轴在地面坐标系oexeye平面内的投影与xe轴之间的夹角；σ为接收机坐标系的xb轴与地面坐标系oexeye平面之间的夹角；γ为接收机坐标系的yb轴与地面坐标系oexexe平面之间的夹角；

27、然后根据上式(7)，将方向向量变化到接收机坐标系后，求得(σ,ψ)；再根据下式(8)求得对应方向上的接收天线增益gain(σ,ψ)：

28、

29、式(8)中，σc，σf，ψc，ψf满足下式(9)：

30、

31、式(9)中，ceil()表示向上取整，floor()表示向下取整。

32、所述的将地理区域进行网格化分割处理，假定干扰源处于地理区域其中一个网格点位置，随即根据采集数据对接收到的干扰信号强度进行估计，使用判断准则假设是否成立，从而确定干扰源位于地理区域位于某一网格点的位置,具体步骤为:

33、s21、边缘节点落在以干扰源为圆心、最远干扰距离为半径的圆上，边缘节点受到干扰源发送的干扰信号强度为threshold，则此干扰信号强度threshold为阈值；

34、s22、定义移动的接受机在移动过程中于时刻s第一次受到干扰信号，即此时受到的干扰信号强度为threshold，并于时刻e+1不再受到干扰，基于干扰模型，接收机在时刻s和时刻e均为干扰模型的边缘节点，接收到的干扰信号强度均近似等于threshold，即满足下式(10)：

35、prs,pre∈[threshold-0.5δ,threshold+0.5δ]  (10)；

36、式(10)中，prs为接收机在时刻s时受到的干扰信号强度，pre为接收机在时刻e时受到的干扰信号强度，δ为误差值；

37、接收机接收的干扰信号强度的计算公式见下式(11)：

38、

39、式(11)中，pt为干扰源发射的干扰信号强度，gt为干扰源发射天线的增益，grs为接收机在时刻s的接受天线增益，gre为接收机在时刻e的接受天线增益，grs和gre由式(8)计算得到，λ为干扰信号的波长，d为接收机和干扰源之间的距离，α为环境参数，l为接收机机的损耗因子，l≥1；

40、s23、在经度范围[x0,x1]和纬度范围[y0,y1]这个地理区域内求解干扰源所在位置(x,y,0)，定义地理区域内第i个网格点位置为(xi,yi,0)，xi∈[x0,x0+δx,…,x1]，yi∈[y0,y0+δy,…,y1]，δx和δy分别表示地理区域进行网格化分割处理时、经度和纬度的划分间隔值；

41、假设x＝xi，y＝yi，然后根据式(11)求解prs或pre，当得到的prs或pre不满足式(10)，则第i个网格点位置并非干扰源的位置，当得到的prs或pre满足式(10)，则将第i个网格点位置作为干扰源的假设位置。

42、所述的阈值threshold和误差值δ的设定方法为：首先固定δ，遍历threshold：对于每一个设定的threshold值，根据式(10)判断所有接收机是否满足条件，如果满足，就将该接收机对应的flag值设为1，否则为0，最后记录flag值为1的接收机数量res，将res最多时对应的thershold值确定为最优阈值；然后再固定thershold值，遍历所有设定的δ，对于每一个δ值，检查所有接收机是否满足式(10)，满足，则该接收机对应的flag值设为1，最后记录flag值为1的接收机数量res，将res最多时对应的δ值确定为最优误差值。

43、所述的第i个网格点为干扰源位置，其flag值的结果集合为{flagi1,flagi2,…,flagin}，n为接收机的总数，在结果集合中，flag值等于1的接收机数量为：δi和thresholdi分别表示第i个网格点对应的最优误差值和最优阈值，resi越大说明第i个网格点是干扰源位置的可能性越大；

44、对于所有网格点位置，计算所有网格点的特征集合，具体见下式(12)：

45、{(resi,δi,thresholdi)},1≤i≤m×m  (12)；

46、式(12)中，m×m为网格点的总数；

47、然后用概率值量化第i个网格点是干扰源位置的可能性，对于第i个网格点的位置，使用概率值表示该位置是干扰源位置的可能性，最大p(i)值对应的网格点即为干扰源的位置。

48、本发明的优点：

49、本发明通过获取干扰信号方向上的接收天线增益，然后将地理区域进行网格化分割处理，并假设干扰源处于其中一个网格点位置，然后根据所采集到的数据对接收机收到干扰信号的干扰信号强度进行估计，随后根据判定准则判断假设是否成立，从而确定干扰源所在位置，将干扰源位于地理区域中的空间搜索转换为网格搜索，大大提高了干扰源位置估计的效率，且估计的结果准确率高。