Luận án tiến sĩ phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu của Nguyễn Văn Hiên

Luận án tiến sĩ về phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu cho hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GNSS. Nghiên cứu kỹ thuật tiên tiến.

Chuyên ngành
Computer Engineering
Tác giả

Luan An

Thể loại

Dissertation

Năm xuất bản

Số trang

135

Thời gian đọc

21 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

40 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
1. Nghiên cứu phát hiện nhiễu và định vị nguồn gây nhiễu GNSS
Số trang:
135 trang
Trường:
Đại học Bách khoa Hà Nội
Chuyên ngành:
Computer Engineering
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I. Nghiên cứu phát hiện nhiễu và định vị nguồn gây nhiễu GNSS

Nghiên cứu tập trung vào vấn đề phát hiện nhiễu GNSS và định vị nguồn gây nhiễu trong các hệ thống dẫn đường toàn cầu. Hệ thống dẫn đường vệ tinh toàn cầu (GNSS) đóng vai trò then chốt trong nhiều lĩnh vực quan trọng. Các ứng dụng từ quân sự đến dân sự đều phụ thuộc vào độ chính xác và tin cậy của GNSS. Tuy nhiên, tín hiệu GNSS dễ bị tổn thương bởi các loại nhiễu khác nhau. Nhiễu có thể làm giảm hiệu suất, gây mất tín hiệu hoặc thậm chí đưa ra thông tin định vị sai lệch. Việc hiểu rõ cơ chế nhiễu là bước đầu tiên để phát triển các giải pháp bảo vệ. Mục tiêu chính là xây dựng một hệ thống có khả năng nhận diện sớm sự xuất hiện của nhiễu. Đồng thời, hệ thống cần xác định chính xác vị trí phát tán tín hiệu nhiễu. Điều này giúp ngăn chặn các mối đe dọa tiềm tàng và duy trì tính toàn vẹn của dữ liệu định vị. Nhu cầu về an ninh hệ thống dẫn đường ngày càng cấp thiết. Mức độ phức tạp của các thiết bị gây nhiễu cũng tăng lên. Công trình này trình bày các phương pháp tiên tiến để đối phó với những thách thức đó. Nó góp phần vào sự phát triển của công nghệ chống nhiễu GNSS.

1.1. Mục tiêu phát hiện nhiễu GNSS hiệu quả

Mục tiêu chính là phát hiện nhiễu GNSS một cách nhanh chóng và chính xác. Phát hiện sớm giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến hoạt động của hệ thống. Nó bảo vệ các ứng dụng quan trọng như hàng không, giao thông vận tải và hạ tầng điện lực. Hệ thống cần phân biệt giữa nhiễu ngẫu nhiên và nhiễu cố ý. Đặc biệt quan tâm đến nhiễu có chủ đích như tấn công jamming hoặc spoofing. Yêu cầu đặt ra là khả năng nhận diện nhiễu trong môi trường thực tế phức tạp. Khả năng này cần duy trì độ tin cậy cao, giảm thiểu sai sót. Dữ liệu cần được phân tích liên tục để nhận diện các thay đổi bất thường trong tín hiệu.

1.2. Vai trò định vị nguồn gây nhiễu chính xác

Việc định vị nguồn gây nhiễu là bước tiếp theo quan trọng. Xác định vị trí phát tán nhiễu giúp các cơ quan chức năng can thiệp kịp thời. Nó cũng hỗ trợ điều tra và ngăn chặn các hoạt động phá hoại. Quá trình này yêu cầu sử dụng các thuật toán định vị nhiễu phức tạp. Các thuật toán này phân tích đặc điểm tín hiệu và góc tới để ước tính vị trí. Thông tin về nguồn nhiễu cung cấp dữ liệu giá trị. Dữ liệu này giúp cải thiện thiết kế hệ thống chống nhiễu GNSS trong tương lai. Nó cũng tăng cường an ninh hệ thống dẫn đường tổng thể.

1.3. Tổng quan về các loại nhiễu GPS và GNSS

Hệ thống GPS và các hệ thống GNSS khác thường xuyên đối mặt với nhiều loại nhiễu. Nhiễu có thể bao gồm nhiễu môi trường tự nhiên hoặc nhiễu do con người tạo ra. Nghiên cứu tập trung vào nhiễu có chủ đích. Các loại nhiễu này bao gồm tấn công jamming GPS và tấn công spoofing GPS. Tấn công jamming làm gián đoạn tín hiệu. Tấn công spoofing phát ra tín hiệu giả mạo để lừa thiết bị nhận. Việc hiểu rõ các đặc tính của từng loại nhiễu là cần thiết. Điều này giúp phát triển các chiến lược phát hiện và phòng ngừa hiệu quả.

II. Phân tích lỗ hổng nguy cơ tấn công GPS bị nhiễu nghiêm trọng

Các hệ thống dẫn đường toàn cầu như GPS tồn tại nhiều lỗ hổng. Những lỗ hổng này khiến chúng dễ bị tấn công bởi các thiết bị gây nhiễu. Tín hiệu GNSS yếu khi đến mặt đất. Điều này làm cho chúng dễ bị áp đảo bởi các tín hiệu mạnh hơn từ các nguồn gây nhiễu cục bộ. Tấn công có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Chúng ảnh hưởng đến an toàn hàng không, hàng hải và các dịch vụ khẩn cấp. Việc phân tích kỹ lưỡng các lỗ hổng này là cần thiết. Nó giúp xây dựng các biện pháp phòng vệ mạnh mẽ hơn. Các cuộc tấn công có thể được thực hiện bằng thiết bị đơn giản. Tuy nhiên, chúng có khả năng gây thiệt hại lớn. Sự gia tăng của các thiết bị phát nhiễu giá rẻ làm tăng nguy cơ. Cần có những phương pháp phát hiện và ứng phó kịp thời. Điều này giúp bảo vệ cơ sở hạ tầng quan trọng.

2.1. Các hình thức tấn công jamming GPS phổ biến

Tấn công jamming GPS là một hình thức nhiễu phổ biến. Nó hoạt động bằng cách phát ra tín hiệu vô tuyến mạnh. Tín hiệu này có cùng tần số với tín hiệu GPS hợp pháp. Mục đích là làm át đi tín hiệu vệ tinh yếu ớt. Kết quả là thiết bị nhận GPS bị mất khả năng khóa tín hiệu. Jamming gây ra mất dịch vụ định vị. Nó có thể làm gián đoạn các hoạt động yêu cầu định vị chính xác. Các thiết bị jamming có nhiều kích cỡ và công suất khác nhau. Một số thiết bị có thể gây nhiễu trong phạm vi vài mét. Các thiết bị mạnh hơn có thể ảnh hưởng đến khu vực rộng lớn. Giám sát phổ vô tuyến là một phương pháp quan trọng. Nó giúp nhận diện sự xuất hiện của các tín hiệu jamming này.

2.2. Nguy hiểm từ tấn công spoofing GPS tinh vi

Tấn công spoofing GPS là một mối đe dọa tinh vi hơn nhiều. Kẻ tấn công phát ra tín hiệu GPS giả mạo. Tín hiệu này được thiết kế để trông giống hệt tín hiệu thật. Mục đích là lừa thiết bị nhận tin rằng nó đang ở một vị trí hoặc thời gian khác. Hậu quả của tấn công spoofing có thể rất nghiêm trọng. Nó có thể dẫn đến việc tàu thuyền đi sai hướng hoặc máy bay lạc đường. Xe tự lái có thể gặp sự cố nghiêm trọng. Phát hiện tấn công spoofing GPS đòi hỏi các thuật toán phức tạp hơn. Các thuật toán này cần phân tích sâu hơn đặc tính của tín hiệu. Nó phải xác định sự không nhất quán giữa các tín hiệu thật và giả.

2.3. Tác động của nhiễu đến an ninh hệ thống dẫn đường

Tác động của nhiễu đến an ninh hệ thống dẫn đường là rất lớn. Nó không chỉ gây ra sự cố kỹ thuật. Nó còn tạo ra những rủi ro an ninh quốc gia và kinh tế. Các hệ thống hạ tầng quan trọng dựa vào GNSS. Chúng bao gồm mạng lưới điện, viễn thông và tài chính. Một cuộc tấn công thành công có thể gây ra sự hỗn loạn trên diện rộng. Bảo vệ hệ thống dẫn đường là một ưu tiên hàng đầu. Nó đòi hỏi các giải pháp chống nhiễu GNSS toàn diện. Các giải pháp này bao gồm công nghệ tiên tiến và chính sách mạnh mẽ.

III. Phát triển phương pháp phát hiện tấn công Spoofing GPS

Nghiên cứu này đề xuất và phát triển các phương pháp mới để phát hiện tấn công spoofing GPS. Các phương pháp truyền thống thường có hạn chế. Chúng có thể không đủ mạnh để đối phó với các cuộc tấn công tinh vi. Một số kẻ tấn công có thể tạo ra tín hiệu giả mạo rất giống với tín hiệu thật. Điều này khiến việc phân biệt trở nên khó khăn. Cần có các thuật toán phát hiện nhiễu phức tạp hơn. Các thuật toán này cần phân tích nhiều thuộc tính của tín hiệu. Chúng cần xem xét các yếu tố như pha sóng mang, độ trễ và góc tới. Việc kết hợp nhiều kỹ thuật khác nhau có thể tăng cường khả năng phát hiện. Nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện độ tin cậy và tốc độ phát hiện. Điều này nhằm giảm thiểu rủi ro từ các cuộc tấn công giả mạo.

3.1. Thuật toán phát hiện tín hiệu giả mạo GNSS hiệu quả

Nghiên cứu giới thiệu một số thuật toán phát hiện nhiễu tiên tiến. Các thuật toán này được thiết kế đặc biệt để nhận diện tín hiệu giả mạo GNSS. Một trong số đó là thuật toán dựa trên sự phân tán của hiệu pha kép (D3). Thuật toán D3 phân tích sự khác biệt về pha sóng mang từ nhiều vệ tinh. Nó tìm kiếm sự không nhất quán trong các phép đo. Tín hiệu spoofing thường có một số đặc điểm khác biệt so với tín hiệu thật. Việc phát hiện những khác biệt nhỏ này là chìa khóa. Các thuật toán này có khả năng phân biệt tín hiệu hợp lệ với tín hiệu bị thao túng.

3.2. Kỹ thuật phân tích tín hiệu nhiễu cho spoofing

Phân tích tín hiệu nhiễu đóng vai trò trung tâm trong việc phát hiện spoofing. Nghiên cứu khám phá các kỹ thuật phân tích sâu. Một kỹ thuật là sử dụng mô hình hồi quy tuyến tính của hiệu pha kép. Kỹ thuật này giúp cải thiện độ nhạy của thuật toán D3. Nó cho phép nhận diện các kịch bản spoofing phức tạp hơn. Việc xem xét các đặc tính góc tới của tín hiệu cũng rất quan trọng. Tín hiệu giả mạo có thể đến từ một hướng khác so với tín hiệu vệ tinh thực. Sự khác biệt này là một chỉ báo mạnh mẽ cho tấn công spoofing GPS. Các kỹ thuật này tăng cường khả năng nhận diện các mối đe dọa.

3.3. Vai trò của GMM và Double Differences trong phát hiện

Mô hình hỗn hợp Gaussian (GMM) và hiệu pha kép (Double Differences) đóng vai trò quan trọng. GMM được sử dụng để phân loại tín hiệu GNSS. Nó giúp phân biệt giữa tín hiệu xác thực và tín hiệu giả mạo. GMM đặc biệt hữu ích trong các kịch bản spoofing tinh vi. Các kịch bản này tạo ra tín hiệu giả mạo rất giống với tín hiệu thật. Kỹ thuật Double Differences tạo ra các phép đo tương đối. Điều này loại bỏ các lỗi chung từ tín hiệu vệ tinh và đồng hồ. Nó làm nổi bật sự khác biệt nhỏ gây ra bởi tín hiệu spoofing. Sự kết hợp của GMM và Double Differences tạo ra một công cụ phát hiện mạnh mẽ. Nó giúp chống nhiễu GNSS hiệu quả hơn.

IV. Tăng cường an ninh hệ thống dẫn đường với giải pháp chống nhiễu

Việc tăng cường an ninh hệ thống dẫn đường là một mục tiêu xuyên suốt. Các giải pháp chống nhiễu GNSS cần được phát triển và triển khai. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống dẫn đường kiên cường hơn. Hệ thống này có thể chống chịu tốt hơn trước các cuộc tấn công. Giải pháp bao gồm cả cải tiến về phần cứng và phần mềm. Phần cứng có thể bao gồm các ăng-ten định hướng hoặc các bộ lọc nhiễu. Phần mềm tập trung vào các thuật toán phát hiện và định vị tiên tiến. Sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, ngành công nghiệp và chính phủ là cần thiết. Điều này giúp đảm bảo sự phát triển và áp dụng các công nghệ bảo mật hiệu quả. An ninh hệ thống dẫn đường không chỉ là về công nghệ. Nó còn là về việc xây dựng một chiến lược phòng thủ toàn diện.

4.1. Các biện pháp chống nhiễu GNSS hiệu quả

Nhiều biện pháp chống nhiễu GNSS được đề xuất. Các biện pháp này bao gồm việc sử dụng ăng-ten chống nhiễu. Các ăng-ten này có thể triệt tiêu tín hiệu từ các hướng gây nhiễu. Một phương pháp khác là triển khai các bộ lọc kỹ thuật số tiên tiến. Chúng giúp loại bỏ thành phần nhiễu khỏi tín hiệu nhận được. Sử dụng đa tần số và đa hệ thống vệ tinh cũng tăng cường khả năng chống chịu. Kết hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau. Ví dụ như quán tính hoặc cảm biến quang học. Điều này cung cấp sự dự phòng và xác minh. Các biện pháp này làm tăng độ khó cho các cuộc tấn công.

4.2. Tối ưu hóa giám sát phổ vô tuyến liên tục

Giám sát phổ vô tuyến liên tục là một yếu tố quan trọng. Nó giúp nhận diện các mối đe dọa nhiễu mới nổi. Các trạm giám sát có thể quét liên tục băng tần GNSS. Mục đích là tìm kiếm các tín hiệu bất thường. Các tín hiệu bất thường có thể là dấu hiệu của tấn công jamming GPS hoặc spoofing. Dữ liệu từ các trạm giám sát được phân tích thời gian thực. Điều này giúp nhanh chóng xác định vị trí và đặc điểm của nguồn nhiễu. Tối ưu hóa quy trình giám sát giúp cải thiện khả năng phản ứng. Nó đảm bảo hệ thống dẫn đường luôn được bảo vệ.

4.3. Hướng tới an ninh hệ thống dẫn đường bền vững

Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một hệ thống dẫn đường bền vững. Hệ thống này có khả năng chống chọi với các mối đe dọa trong tương lai. Điều này đòi hỏi sự đổi mới liên tục trong công nghệ chống nhiễu. Nó cũng yêu cầu các quy trình cập nhật và nâng cấp định kỳ. Các tiêu chuẩn bảo mật cần được thiết lập và tuân thủ chặt chẽ. Đào tạo nhân sự về các mối đe dọa an ninh GNSS cũng rất quan trọng. Một hệ thống dẫn đường an toàn và đáng tin cậy là nền tảng. Nó hỗ trợ sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp. Nó đảm bảo an toàn cho con người và tài sản.

V. Đánh giá hiệu suất ứng dụng thuật toán định vị nhiễu thực tế

Nghiên cứu không chỉ dừng lại ở việc phát triển lý thuyết. Nó còn tập trung vào việc đánh giá hiệu suất của các thuật toán. Các thuật toán này được thử nghiệm trong các điều kiện thực tế. Điều kiện thực tế bao gồm cả môi trường phòng thí nghiệm và ngoài trời. Việc sử dụng dữ liệu mô phỏng cũng đóng vai trò quan trọng. Dữ liệu này giúp kiểm tra khả năng của thuật toán trong nhiều kịch bản khác nhau. Đặc biệt là các kịch bản tấn công spoofing GPS phức tạp. Kết quả đánh giá cung cấp thông tin quý giá. Thông tin này giúp cải thiện và tinh chỉnh các giải pháp. Nó đảm bảo chúng hoạt động hiệu quả khi triển khai thực tế. Việc xác nhận hiệu suất là cần thiết. Nó xây dựng lòng tin vào công nghệ mới.

5.1. Đánh giá hiệu suất thuật toán phát hiện nhiễu chuyên sâu

Hiệu suất của các thuật toán phát hiện nhiễu được đánh giá kỹ lưỡng. Các chỉ số quan trọng bao gồm tỷ lệ phát hiện chính xác. Nó bao gồm cả tỷ lệ cảnh báo sai và thời gian phản ứng. Thuật toán D3 và LR-D3 được phân tích hiệu suất. Chúng được đánh giá trong các kịch bản nhiễu đơn nguồn và đa nguồn. Sự khác biệt giữa các phương pháp được làm rõ. Điều này giúp xác định phương pháp tối ưu cho từng loại hình tấn công. Các thử nghiệm được thực hiện với các tín hiệu GNSS thực tế. Các tín hiệu này được ghi lại trong môi trường có nhiễu nhân tạo. Điều này đảm bảo tính khách quan của kết quả đánh giá.

5.2. Ứng dụng mô phỏng và dữ liệu thực tế kiểm chứng

Việc sử dụng mô phỏng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển. Mô phỏng GNSS đa hướng được tạo ra bằng công nghệ SDR (Software Defined Radio). Điều này cho phép kiểm tra các thuật toán trong môi trường có kiểm soát. Nó giúp tái tạo các kịch bản tấn công spoofing GPS tinh vi. Dữ liệu thực tế từ các cuộc thử nghiệm thực địa cũng được thu thập. Dữ liệu này được sử dụng để xác nhận tính hiệu quả của thuật toán. Sự kết hợp giữa mô phỏng và dữ liệu thực tế mang lại cái nhìn toàn diện. Nó giúp đảm bảo rằng các giải pháp hoạt động hiệu quả trong mọi tình huống.

5.3. Triển vọng cho hệ thống dẫn đường toàn cầu tương lai

Nghiên cứu mở ra nhiều triển vọng cho hệ thống dẫn đường toàn cầu. Các thuật toán định vị nhiễu được phát triển có thể được tích hợp. Chúng được tích hợp vào các thiết bị nhận GNSS thế hệ mới. Điều này giúp nâng cao khả năng chống nhiễu và an ninh của chúng. Việc tiếp tục nghiên cứu các kỹ thuật phân tích tín hiệu nhiễu mới là cần thiết. Điều này giúp đối phó với các mối đe dọa ngày càng phức tạp. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống dẫn đường đáng tin cậy hơn. Hệ thống này phục vụ tốt hơn cho sự phát triển của công nghệ và xã hội.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ detect and localize interference sources for global navigation satellite systems

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (135 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY NGUYEN VAN HIEN DETECT AND LOCALIZE INTERFERENCE SOURCES FOR GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEMS Major: Computer Engineering Code No: 9480106 COMPUTER ENGINEERING DISSERTATION SUPERVISORS: 1. Fabio Dovis Hanoi -2022 STATEMENT OF ORIGINALITY AND AUTHENTICITY I hereby declare that all the content and organization of the thesis is the product of my own research and does not compromise in any way the rights of third parties, and all citations are explicitly specified from credible sources. I further confirm that all the data and results in the thesis are performed on actual devices completely true and have never been published by anyone else. Hanoi, April 2022 SUPERVISORS AUTHOR Assoc.

Lã Thế Vinh Nguyễn Văn Hiên Prof. Fabio Dovis i ACKNOWLEDGEMENTS First of all, I would like to sincerely thanks my supervisor Assoc. La The Vinh, for his guiding, supporting and motivating me throughout the whole my PhD student time. I would also like to express my gratitude to the members of the Navigation, Signal Analysis and Simulation (NavSAS) and Navis Centre.

In many ways, they have contributed to all the research activities presented in the thesis. In particular, I want to express my gratitude to Dr. Gianluca Falco and Dr. Nguyen Dinh Thuan, their endless support and their huge knowledge have greatly contributed to my work.

And I'd like to express my gratitude to Dr. Emanuela Falletti, who offered scientific guidance and suggestions to help me develope and finish my research during my period at NavSAS. Thanks to Prof. Fabio Dovis, who gave me important ideas and guided me to do my research especially during my period at Politecnico Di Torino.

I sincere thanks to VINIF. With the great financial support of the VINIF, my research conditions have greatly improved, and I am fully committed to the works with all of my creative energy. This work was funded by Vingroup Joint Stock Company and supported by the Domestic Master/ PhD Scholarship Programme of Vingroup Innovation Foundation (VINIF), Vingroup Big Data Institute (VINBIGDATA), code VINIF. I'd also like to thank the members of the dissertation committee for their insightful suggestions, which have helped me develop and finish this dissertation.

Last but not least, I am grateful to my parents and my wife for their unconditional love, encouragement, support and motivation, as well as for inspiring me to overcome all challenges and difficulties in order to finish this thesis. ii TABLE OF CONTENTS STATEMENT OF ORIGINALITY AND AUTHENTICITY. ii TABLE OF CONTENTS. iii LIST OF ACRONYMS.

vi LIST OF TABLES. viii LIST OF FIGURES .1 Civil GNSS vulnerabilities to intentional interference .2 Radio Frequency Interference .3 GNSS Interference detection techniques .4 Spoofing detection techniques .1 Classification of spoofing threat .2 Spoofing detection algorithms. INTERMEDIATED GNSS SPOOFING DETECTOR BASED ON ANGLE OF ARRIVAL.1 Fundamental background of GNSS and Spoofing .1 GNSS positioning theory .3 GNSS receiver architecture .2 Detection of a subset of counterfeit GNSS signals based on the Dispersion of the Double Differences (D3) .1 Differential Carrier-Phase Model and SoS Detector .2 Sum of Squares Detector Based on Double Differences .3 Some Limitations of the SoS Detector .4 Detection Of A Subset Of Counterfeit Signals Based On The Dispersion Of The Double Differences (D3) .5 Determination of the Decision Threshold .6 Cycle slip monitoring: the Doppler shift monitor .7 Reducing the probability of incorrect decision by time averaging .3 Performance Analysis of the Dispersion of Double Differences Algorithm to Detect Single-Source GNSS Spoofing .1 Theoretical analysis of performance and decision threshold .2 Performance evaluation of robust D3 implementations .3 Considerations on practical performance .4 A Linear Regression Model of the Phase Double Differences to Improve the D3 Spoofing Detection Algorithm .1 Limitations of D3 algorithm .2 The piecewise linear model .3 The proposed LR-D3 detector .4 Performance assessment with in-lab GNSS signals. SOPHISTICATED GNSS SPOOFING DETECTOR BASED ON ANGLE OF ARRIVAL.1 Gaussian Mixture Models and Expectation-Maximization for GMM (source [76]) .3 Maximum likelihood for the Gaussian .4 The expectation maximization algorithm for GMM .2 A Gaussian Mixture Model Based GNSS Spoofing Detector using Double Difference of Carrier Phase in simple spoofing scenario .3 A novel approach to classify authentic and fake GNSS signals in sophisticated spoofing scenario using Gaussian Mixture Models .1 Grouping of Double Carrier Phase Difference .4 Multi-Directional GNSS Simulation Data Generation Method Use of Software Defined Radio Technology .1 Multidirectional GNSS signal simulation .2 Signal and system model .1 Multidirectional GNSS signals simulation .2 Sophisticated GNSS spoofing detector.

CONCLUSIONS AND FUTURE WORKS. 127 v LIST OF ACRONYMS Acronym Meaning ADC Analog to Digital Converters AGC Automatic Gain Control AoA Angle of Arrival C/A Coarse/Acquisition C/N0 Carrier-to-Noise density CDMA Code Division Multiple Access D3 Dispersion of the Double Differences DVBT Digital Video Broadcasting – Terrestrial FDMA Frequency Division Multiple Access FNR False Negative Rate FPR False Positive Rate GLRT General Likelihood Ratio Test GMM Gaussian Mixture Model GNSS Global Navigation Satellite Systems GoF Goodness of Fit GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile Communications vi IMU Inertial Measurement Units OEM Original Equipment Manufacturer PVT Position, Velocity and Time RFI Radio Frequency Interference RX Receiver SDR Software-Defined Radio SIS Signal in Space SoS Sum of Squares TNR True Negative Rate TOA Time of Arrival TPR True Positive Rate TX Transmitter UTMS Universal Mobile Telecommunications System VHF Very High Frequency VSD Vestigial Signal Defense vii LIST OF TABLES Table 2.1 Techniques of GNSS spoofing detector based on signal features .1 Percentage of correct decisions for SoS and D3, in the three scenarios under test .2 Statistical performance of the D3 algorithm with two baselines .3 Static tests: estimation of the probability of missed detection on the counterfeit signals (%). the ‘overall’ case is the probability of missed detection of three counterfeit signals .4 Static tests: Estimation of the probability of false alarms on the authentic signals (%) .5 Dynamic tests: aircraft trajectories description .6 Dynamic test TRJ1: Estimation of the probability of missed detection on the counterfeit signals (%). The ‘overall’ case is the probability of missed detection of three counterfeit signals .7 Dynamic test TRJ1: Estimation of the probability of false alarm on the authentic signals (%) .8 Dynamic test TRJ2: Estimation of the probability of missed detection on the counterfeit signals (%) .9 Dynamic test TRJ2: Estimation of the probability of false alarm on the authentic signals (%) .10 Static test with Real Measurements: Detection Results for Test #1 .11 Dynamic tests with Real Measurements: Tests trajectories description 77 Table 3.12 Dynamic tests with Real Measurements: Detection Results for Test #4 78 Table 3.13 Comparison of detection performance for 2 hours of signal simulation: LR-D3 and standard D3 algorithms .14 Detection performance as a function of C/N0 .1 The result of cross validation testing .2 The result of Fractional DDs in case of Intermediate spoofing attack, where the DDs of authentic satellites cross the ones related to the spoofed satellites .3 Normalized confusion matrix of Fractional DDs in case of Intermediate spoofing attack.

123 viii LIST OF FIGURES Figure 1.1 Applications of GNSS (source: [64]) .1 The enviroment for transmitting signals from satellites to receivers (source: [65]) .2 The low SIS signal power of GNSS (source: [75]).3 GNSS frequency bands (source:[69]) .4 Radio frequency interference .5 Intermediated Spoofing Scenario .6 Cheap jammers are widely sold online (source: [96]) .7 Techniques for Detecting GNSS Interference .8 Three continuum of spoofing threat: simplistic, intermediate, and sophisticated attacks (source:[19]) .9 A summary of the various spoofing detection methods available in the literature (source: [17]) .10 Angle of arrival of GNSS satellite .11 Angle of arrival defense Spoofing .1 Spherical positioning system of GNSS .2 A fundamental GNSS receiver architecture (source: [72]) .3 Principles of GPS simulator .4 Blocks scheme of GPS simulator .7 Reference geometry for the dual-antenna system .8 Fractional DDs and SoS detector results under simulated spoofing attack (H0) .9 Fractional DDs and SoS detector results in normal conditions (H1) .10 Fractional DD measurements and SoS detection metric in mixed tracking conditions under spoofing attack. Only three signals out of nine are counterfeit. The reference signal is authentic .11 Example of cycle slips effect on the SoS metric in the presence of single source. The detector is not able to reveal a spoofing attack when cycle slips occur 43 Figure 3.12 Zero baseline fractional DD measurements for various values of input C/N0 ratio.

In this setup the ratio was equal for all the simulated signals .13 Empirical mapping of the relationship between threshold ξk and input C/N0 ratio .14 Fractional DD measurements and SoS metric in the presence of single source after removing cycle slips .15 Authentic signals scenario .16 Simplistic spoofing attack scenario .17 Intermediate spoofing attack scenario .18 Fractional DD measurements and SoS metric in the Authentic signals scenario. When cycle slips occur, the DDs are not computed .19 D3 detector results in the Authentic signals scenario .20 Fractional DDs in case of Intermediate spoofing attack, where the DDs of authentic satellites (PRN 23) cross the ones related to the spoofed satellites .21 Fractional DD measurements in mixed tracking conditions under spoofing attack. Five signals of eight are counterfeit. The reference signal is counterfeit, so that Mcnt = 0 .22 Normalized distribution under the h1 condition: comparison between theoretical and sample distribution .23 Normalized distribution under the h0 condition: comparison between theoretical and sample distribution .24 Relationship between ξ2 and pairwise Pmd, under the h0 condition (logarithmic scale on the Y axis) .25 Comparison between the theoretical Pmd and the computed missed- detection rate Rmd for various values of detection threshold ξ2 .26 Theoretical values of Pfa (3.24) as a function of ξ2 and for several non- centrality parameters λ.27 Evaluation of the feasible range of values for the non-centrality parameter λ, as a function of the difference |mj-mk | and of the standard deviation of the measurement noise σ .28 Measured values of Rfa as a function of ξ2 for a two-hours simulation in which |mj-mk | varies along time and so does the non-centrality parameter λ|(h1) .29 Pairwise operating curves (i., pairwise Pfa (λ) as a function of the pairwise Pmd ) for the D3 detection rule, for several non-centrality parameters λ .30 Estimated PMD for the D3 algorithm under the H0 condition .31 ROC curves for the D3 spoofing detection algorithm, for several non- centrality parameters λ.32 Estimated PMD for the D3 algorithm with averaged fractional DDs, under the H0 condition and for different averaging window lengths η .33 Comparison of ROC curves for the D3 spoofing detection algorithm with 1 and 2 baselines, for several non-centrality parameters λ.34 Static test: Double carrier phase differences with respect to a counterfeit reference satellite .35 Double carrier phase differences of the 1st baseline (top) and 2nd baseline (bottom) in TRJ 1 .36 Block diagram of LR-D3 Detector .37 Fractional DD measurements in mixed tracking conditions under spoofing attack.

Five signals of eight are counterfeit .38 Sequences of decisions, with false alarms, in the standard D3 spoofing detector algorithm for PRNs 25 and 16 .39 Example of fractional DD approximated by piecewise straight lines .40 Example of estimated value of line slope and intercept .41 Measured pairwise missed-detection rate for the detection events Aij and Bij evaluated on three data collections at different SNR .42 Overall probability of missed-detection (PMD) estimated for the LR-D3 and the standard D3 algorithms .43 Measured pairwise false-alarm rate for the detection events Aij and Bij evaluated on three data collections at different SNR .44 Overall probability of false-alarm (PFA) estimated for the LR- D3 and the standard D3 algorithms .45 Time series of the fractional DD measurements computed from a GNSS dataset, including both authentic and spoofed signals .46 Decisions produced by the standard D3 algorithm .47 Decisions produced by the LR-D3 algorithm .48 Examples of slope estimates (a) and intercept estimates (c), and associated pairwise false alarm rates for events A7-25(b) and B7-25(d). Here PRN 7∈ S and PRN 25∈ A .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Nguyen Van Hien (2022). Nghiên cứu phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu [Luận án tiến sĩ, Hanoi University of Science and Technology]. LuanAn.net. https://luanan.net/tai-lieu-khac/nghien-cuu-phat-hien-va-dinh-vi-nguon-gay-nhi-xu-het-dong-toan-cau

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Nghiên cứu phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ về phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu cho hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GNSS. Nghiên cứu kỹ thuật tiên tiến.

Luận án "Nghiên cứu phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Hanoi University of Science and Technology. Năm bảo vệ: 2022.

Luận án "Nghiên cứu phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Nghiên cứu phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu" thuộc chuyên ngành Computer Engineering. Danh mục: Tài liệu khác.

Luận án "Nghiên cứu phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu" có bao nhiêu trang?

Luận án "Nghiên cứu phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu" có 135 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Nghiên cứu phát hiện và định vị nguồn gây nhiễu hệ thống dẫn đường toàn cầu" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter