摘 要

GPS欺骗式干扰技术能在用户没有察觉的情况下干扰车载GPS导航的正常工作，使导航系统给出一个错误的定位坐标，导致汽车丧失定位和导航能力。现如今GPS车载导航系统已被广大车辆所使用，与此同时，GPS欺骗式干扰技术也取得了一定的突破，简单易行的低成本GPS欺骗式干扰技术已成为现实。因此设计一种基于车载GPS定位系统的伪定位检测及防护方法势在必行。本文提出了一种基于GPS数据分析与处理的欺骗式干扰检测方法，主要工作如下：

1）搭建GPS欺骗式干扰平台，基于开源的软件无线电平台和设备实现指定坐标的GPS欺骗信号发射。

2）搭建GPS数据预处理平台，基于普通车载GPS模块实现数据采集、数据解析、数据库搭建等功能。

3）设计实验采集正常与干扰GPS数据样本，建立GPS正常信号数据库与干扰信号数据库，通过数据库分析得出可用于干扰识别的数据特征。

4）提出基于支持向量机模型的GPS干扰检测方法，利用支持向量机模型进行GPS数据样本训练及预测，同时给出对应的防护措施。

本文提出了一种软件层面上的GPS欺骗式干扰检测方法，仅对GPS模块采集到的数据进行分析和处理，不需要对GPS硬件进行修改，可以达到精确检测的目的，为GPS伪定位检测提供了一种新的途径，具有一定的意义和实用价值。

关键词：GPS；欺骗式干扰；软件定义无线电；支持向量机

Abstract

The GPS deception jamming can interfere with the normal work of GPS vehicle navigation when the user dose not notice, which makes the navigation system calculate wrong location coordinates and results in the loss of vehicle location and navigation capabilities. Now GPS vehicle navigation systems have been used by the majority of the vehicles, at the same time, the GPS deception jamming technology has made some breakthrough. The simple and low-cost GPS deception jamming technology has become a reality. A GPS deception jamming detection method based on GPS data analysis and processing is proposed in this paper, the main work is as follows:

1. Build the GPS deception jamming platform to achieve the jamming signal transmitter with specified coordinates based on open source Software Defined Radio platforms and devices.

2. Build the GPS data preprocessing platform to achieve the function of data collection, data analysis, database building based on ordinary vehicle GPS module.

3. Design experiments to collect the normal and jamming GPS data samples, establish the normal and jamming GPS signal database, analyze the database to get the feature which can be used to identify the jamming signal.

4. Propose a GPS deception jamming detection method based on the support vector machines model, use the model to train and predict the GPS data, and then give the corresponding protective measures.

In this paper, a GPS deception jamming detection method in software level is proposed. The method only analyzes and processes the data that collected by GPS module, and does not require the hardware changes. The method can achieve the goal of precise detection and provide a new approach to detect deception jamming, which has certain significance and practical value.

Key Words：GPS；GPS deception jamming；Software Defined Radio；support vector machines

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3研究内容及文章结构 3

第2章 GPS原理及相关技术简介 4

2.1 GPS系统简介 4

2.2 GPS定位原理 4

2.3 GPS干扰技术 6

2.3.1 干扰技术分类 6

2.3.2 基于软件无线电的GPS欺骗式干扰 7

2.4 GPS抗干扰技术 7

第3章 车载GPS定位测试平台搭建 9

3.1 平台框架 9

3.2 模块选取 9

3.2.1车载GPS测试模块 9

3.2.2 GPS干扰模块 10

3.3 平台搭建 11

3.3.1 GPS欺骗式干扰平台 11

3.3.2 GPS数据处理平台 11

3.4 实验设计 14

3.5数据库分析 14

第4章 GPS干扰检测及防护方法研究 16

4.1基于经纬度变化的干扰检测方法 16

4.2基于SVM模型的干扰检测方法 16

4.2.1 SVM模型理论介绍 17

4.2.2 GPS干扰检测方案设计 20

4.3 防护措施 26

4.3.1 阈值示警 26

4.3.2 更改定位方式 26

第5章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 29

参考文献 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）现如今广泛用于各种智能手机、导航仪和追踪仪等设备中^[1]。GPS车载导航在越来越多的车辆上得到应用，无论是汽车驾驶辅助系统还是快速发展的无人驾驶汽车，车载导航已成为智能车不可缺少的一部分。车辆可以通过接收卫星GPS数据来完成导航和定位工作，获取精确的地理、地图信息，从而得到精确的驾驶路线。随着汽车智能化程度的逐渐提高，汽车定位信息的安全问题不可忽视。

GPS是上世纪七十年代由美国军方研发的卫星导航定位系统，主要为军事领域提供导航服务。到九十年代，GPS进入正式运行，24颗GPS卫星形成的星座已布置完成，信号覆盖率为98%。接下来的一段时间里，GPS系统开始成为主导信息化战争的高技术系统之一，GPS制导装备越来越多样化，海湾战争、北约打击南斯拉夫联盟、伊拉克战争等多次战例表明了GPS在现代信息化战争中的重要作用。97年美国初次提出导航战的概念，导航战是针对导航的信息战。研究GPS干扰与抗干扰技术，提高GPS制导装备的稳定性，有利于掌握战争主动权。

现在国内外GPS应用领域已经由单一的军事领域渗透到了各个领域，如车辆导航、轮船导航、飞机导航、工程测量等，并且已经深入到人们的日常生活，为人们的出行提供极大便利。但卫星发射的GPS信号功率较小，较电视机天线的接收功率还低十亿倍，地面接收到的信号非常微弱，极易受到干扰，并且民用的GPS系统缺乏完善的安全认证机制，因此GPS导航系统存在着很大的安全隐患。