基于历元间伪距差的单天线GNSS多源欺骗检测方法研究

《Sensors》：GNSS Spoofing Detection Method Based on the Pseudorange Difference Between Epochs for Single-Antenna Receivers

　　摘要针对全球导航卫星系统（GNSS）的欺骗攻击难以察觉且破坏性极强，因此对GNSS服务构成了严重的安全威胁。尽管已报道了众多对抗措施，但利用来波方向的措施通常依赖于天线阵列、多台协同接收机或保持运动状态的单一天线，这些方法都会增加硬件成本和实现复杂度。鉴于这一局限性，本文开发了一种适用于单天线接收机的欺骗检测方案，该方案基于历元间伪距差进行工作。其核心思想是：该逐历元差值可通过星历数据和连续定位解算进行高保真度预测，因此在真实信号条件下，测量差值与预测差值在统计意义上是一致的。一旦出现欺骗攻击，真实卫星与欺骗源之间的几何和运动学失配，加上伪造信号的拉偏动作，将破坏这种一致性，从而暴露攻击行为。由于对发射源数量未施加任何假设，该方案原则上能够发现同时来自多个方向的欺骗辐射。通过蒙特卡洛试验定量分析了各个设计参数对检测能力的控制作用，随后在公开数据集和作者自行采集的数据集上对该方案进行了验证。结果证实，仅用一根天线即可可靠识别来自不同方向的欺骗信号，这放宽了基于方向的多源欺骗方法所对抗天数量的要求；此外，当接收机处于运动状态或欺骗者以高拉偏速率运行时，检测效果更为有利。当伪造观测量正从真实观测量被拉离时，检测器响应最为灵敏；而当攻击进入稳态后，检测器保留的检测余量取决于攻击者跟踪目标运动的保真程度，因此当该余量变窄时，绝对或基于几何的完整性监控器便成为自然的补充手段。