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GNSS脆弱性可靠探测与替代技术研究

陈元康  
【摘要】:近年来全球卫星导航系统(GNSS)在各个领域提供不可或缺的定位导航授时(Positioning,Navigation and timing,PNT)服务,其脆弱性问题逐渐暴露,在服务过程中受到电磁干扰、大气干扰、建筑遮挡等影响,潜在过程中影响着GNSS的服务性能,若不能及时进行告警缓解等操作,可能为用户带来巨大的风险。研究脆弱性问题,是对GNSS服务安全性和可靠性的保障,对保证PNT服务的连续性起重要作用。GNSS脆弱性的研究可以粗略分为脆弱性评估、溯源、补偿三个方面:评估是对GNSS当前整体脆弱性的量化研究,溯源是针对某个脆弱性因素的探测、溯源和缓解的研究,补偿是GNSS过于脆弱时的其他导航源的补偿与替代。本文的研究重点是GNSS脆弱性评估技术以及以视觉/惯性定位为重点的GNSS替代技术研究,旨在为用户提供在复杂环境下的安全可靠的定位服务,提高多源PNT服务的弹性。本文首先从脆弱性研究的背景出发,探讨目前GNSS脆弱性研究的必要性与现状,对脆弱性研究体系进行补充和完善,解释了本文的研究工作在脆弱性研究中所处位置,丰富了脆弱性理论研究。根据用户定位需求定义新的脆弱度模型,提出了一种以大量数据驱动的实时脆弱性评估技术,搭建了一套半物理仿真系统,实验表明该评估算法大大提高了脆弱性评估结果的准确性,减少了误警率与漏警率。在GNSS高度脆弱的前提下,分析视觉惯性定位的优缺点,对两者融合定位给出完整的状态估计建模。设计了一套实时定位系统,以视觉标签辅助视觉惯性里程计定位,以仿真数据作为观测数据进行验证,实验证明本文提出的方法可以有效减少一般视觉惯性定位系统运行过程中的定位误差。


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