[发明专利]一种基于信号质量监测的欺骗攻击检测方法

说明书

本发明涉及一种基于信号质量监测的欺骗攻击检测方法，属于GNSS欺骗攻击检测技术领域。本发明针对欺骗攻击导致的E或L相关器的相干积分值分布特征变化，在校准阶段采用MLE确定相干积分值莱斯分布参数；在评估阶段使用Kolmogorov–Smirnov test‑based方法分别监测E和L相关器的相关积分幅值统计特性变化，分别对E、L相关器的相干积分样本建立合适的检测统计量，综合两个检测统计量，基于OR原则作最终决策。本发明一方面有利于分析E和L相干积分值分布特性差异进而有效检测相关峰对称性变化，另一方有利于检测欺骗信号导致的E或L相关器的相干积分幅度特性变化，可以有效解决传统SQM技术所面临的性能缺陷问题，提高中级欺骗攻击检测的性能和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种基于信号质量监测的欺骗攻击检测方法，属于GNSS欺骗攻击检测技术领域。

背景技术

全球卫星导航系统(GNSS)的准确性、可用性和连续性是为用户提供各类高精度PNT服务的基础。鉴于民用导航信号的低功率和开放特性，欺骗攻击可以在GNSS用户完全未知的情况下误导其输出错误的位置、时间等信息，有着不可预知的欺骗性和杀伤力，严重威胁GNSS应用的安全性。目前，欺骗检测已成为反欺骗攻击技术的核心问题，引起了卫星导航界的广泛关注。

已知的欺骗攻击技术按照实施难度可以分为初级、中级、高级攻击三种。中级欺骗攻击相比于初级欺骗攻击隐蔽性更好、攻击成功率更高，较高级欺骗攻击复杂度低、实施可行性更强，是目前主流的欺骗攻击方式。它通过调整欺骗信号的功率、载波相位、码速率等参数将目标接收机锁定环路逐渐从真实信号相关峰剥离，然后锁定欺骗信号的相关峰，可以在目标接收机始终锁定的状态下达到成功欺骗受害者的目的。

开发抗欺骗攻击的对策已经引起了卫星导航界的极大兴趣。信号质量监测(SQM)技术核心在于检测欺骗攻击导致的混合信号相关函数对称性失真，自2001年首次提出以来，因其低复杂度、可实施性强、检测效率高等特点，在欺骗检测领域取得了良好的效果。其中Delta metric旨在检测相关函数的不对称性，而Ratio metric则专门检测相关函数顶部是否存在“死区”，后来它们被验证可以用来检测欺骗信号。Mubarak提出ELP metric(早期-晚期相位度量)利用E和L相关器输出之间的相位差执行检测，也被确定为检测多径和欺骗的有用鉴别器。Wesson提出的Magnitude Difference Metric主要利用跟踪和监测早-晚相关器幅度之间差异来判断GNSS信号失真和多路径影响。此外还有其他合理的欺骗检测度量，比如在码延迟域和多普勒频域实施二维(2D)时频分析以提高欺骗检测性能和可靠性，但是此方法造成了额外的计算复杂度。有人提出将Ratio、Delta、Early-Late Phasemetric三种检测指标构建多尺度联合检测方法，该方法将不同的SQM度量组合成一个复合SQM度量来检测欺骗攻击，提出了幅度组合模式和虚警概率组合模式(PfaM)，但是实际效果一般。

随着欺骗攻击模式不断发展，SQM技术在实际应用中面临两个主要挑战：一是对于频率解锁模式，由于欺骗和真实信号的相对载波相位漂移具有时变性，信号能量不断在同向(I)和正交(Q)通道之间不断切换，导致SQM metric的波动如系统噪声的影响一样不明显，SQM技术难以检测；二是随着欺骗信号功率优势增加，相关函数对称性失真效果逐渐下降，SQM技术检测性能损失明显。针对问题一，有人提出了一种基于移动方差的改进SQM方法，尽管在虚警率10％条件下检测概率达到80％，但未考虑问题二欺骗信号功率的影响，检测性能仍有较大提升空间。面对以上问题，急需研究检测鲁棒性更好的SQM技术以应对不同模式的欺骗攻击。