反衛(wèi)星導(dǎo)航欺詐的方法以及基于該方法的無(wú)人系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)航定位領(lǐng)域，具體是涉及一種反衛(wèi)星導(dǎo)航欺詐的方法以及基于該方 法的無(wú)人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，無(wú)人車、無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)高度依賴衛(wèi)星定位信號(hào)，容易受到敵方的干擾和 欺騙信號(hào)的影響，導(dǎo)致其可能會(huì)被輕易被俘或失能，這威脅著基于GPS導(dǎo)航的無(wú)人軍用系 統(tǒng)和嚴(yán)重依賴GPS導(dǎo)航的民用航空領(lǐng)域；例如，2011年伊朗先采用衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙技術(shù)，重構(gòu) 了接收器的GPS坐標(biāo)，成功捕獲了美國(guó)的RQ170 "哨兵"無(wú)人機(jī)。而在民用航空領(lǐng)域，若重 構(gòu)GPS導(dǎo)航坐標(biāo)，則很可能使飛機(jī)偏航，導(dǎo)致重大飛行事故，這使得民用航空存在極易被恐 怖活動(dòng)利用和攻擊的技術(shù)漏洞。
[0003] 為了彌補(bǔ)GPS導(dǎo)航存在的技術(shù)欺詐，各國(guó)都在不余遺力的提升GPS導(dǎo)航的嚴(yán)密等 級(jí)，且研究一些能夠反GPS導(dǎo)航欺詐的手段，例如，2014年，美國(guó)諾斯羅普?格魯曼公司獲得 美軍"通過圖像補(bǔ)償導(dǎo)航保持精確地理位置"的項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在無(wú)GPS信號(hào)環(huán)境下使用視 覺輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)開發(fā)實(shí)時(shí)圖像地理匹配和導(dǎo)航算法。同年，在英國(guó)國(guó)防科學(xué)與技術(shù)實(shí) 驗(yàn)室國(guó)防企業(yè)中心的支持下，普萊克斯技術(shù)公司正在研發(fā)一種基于視覺的導(dǎo)航跟蹤裝置， 為在無(wú)GPS信號(hào)環(huán)境下的士兵提供精確導(dǎo)航。國(guó)內(nèi)同行開展無(wú)人機(jī)反電子欺詐技術(shù)起步較 晚，大多集中在如何對(duì)數(shù)據(jù)鏈如何進(jìn)行加密的理論及技術(shù)上，與國(guó)外差距較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種反衛(wèi)星導(dǎo)航欺詐的方法以及基于該方法的無(wú)人系統(tǒng)，它 具有反衛(wèi)星導(dǎo)航欺詐效果好，方法簡(jiǎn)單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，一種反衛(wèi)星導(dǎo)航欺詐的方法，它包括如下步驟：
[0006] 步驟1:特征場(chǎng)景及位置信息存儲(chǔ)；預(yù)先將出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的位置信息以及路途 中顯著位置點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)存入到信息檢測(cè)庫(kù)中，該信息數(shù)據(jù)包括該位置點(diǎn)的位置信息以及 N幅具有該位置點(diǎn)顯著特征的圖片；
[0007] 步驟2 :在未到達(dá)顯著位置點(diǎn)時(shí)，采用載波相位雙差欺騙檢測(cè)技術(shù)不斷檢測(cè)是否 存在衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙信號(hào)，若檢測(cè)到存在欺騙信號(hào)，則進(jìn)行步驟3,否則進(jìn)行步驟4 ;
[0008] 步驟3:檢測(cè)到存在欺騙信號(hào)，則將臨界點(diǎn)的位置信息作為起始點(diǎn)，采用慣性導(dǎo) 航，向著最近的一個(gè)顯著位置點(diǎn)前進(jìn)，并開啟圖像匹配模式，根據(jù)圖像匹配的結(jié)果，當(dāng)?shù)竭_(dá) 最鄰近的顯著位置點(diǎn)時(shí)，用預(yù)存的顯著位置點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)對(duì)慣性導(dǎo)航進(jìn)行糾偏；如此反復(fù)， 直到到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。
[0009] 步驟4 :到達(dá)臨近顯著位置點(diǎn)前，一直未檢測(cè)到衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙信號(hào)，則到達(dá)臨近顯 著位置點(diǎn)時(shí)進(jìn)行圖像匹配，若匹配，則重復(fù)步驟4,直到到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)；若不匹配，則進(jìn)行步驟 5 ；
[0010] 步驟5 :攝像頭拍攝當(dāng)前位置的地形環(huán)境圖片，并將圖片傳回后方指揮站進(jìn)行地 圖匹配，若匹配不成功，則原路返回出發(fā)點(diǎn)，若匹配成功，則進(jìn)行步驟6;
[0011] 步驟6:對(duì)當(dāng)前的位置信息進(jìn)行更新，并向著最近的一個(gè)顯著位置點(diǎn)前進(jìn)，同時(shí)開 啟圖像匹配模式，根據(jù)圖像匹配的結(jié)果，當(dāng)?shù)竭_(dá)最近的顯著位置點(diǎn)時(shí)，用顯著位置點(diǎn)的準(zhǔn)確 信息對(duì)慣性導(dǎo)航進(jìn)行糾偏；如此反復(fù)，直到到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。
[0012] 所述圖像匹配模式采用圖像匹配方法，該圖像匹配方法采用快速近似最近鄰搜索 算法進(jìn)行特征的搜索，從目標(biāo)圖像中找出與場(chǎng)景圖像的歐氏距離最近和次近的兩個(gè)點(diǎn)，以 最近歐氏距離與次近歐氏距離的比值同給定的閾值T比較來判定特征點(diǎn)是否匹配。
[0013] -種基于反衛(wèi)星導(dǎo)航欺詐方法的無(wú)人系統(tǒng)，其特征在于，它包括采用上述反衛(wèi)星 導(dǎo)航欺詐方法的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)和無(wú)人車系統(tǒng)。
[0014] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明能夠很好地偵查GPS導(dǎo)航中的欺詐企圖，并及時(shí)采 取圖像匹配與慣性導(dǎo)航等措施，高效迅速?gòu)浹a(bǔ)GPS欺詐中衛(wèi)星導(dǎo)航無(wú)法使用的空白時(shí)間區(qū) 間，幫助無(wú)人系統(tǒng)順利到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明反衛(wèi)星導(dǎo)航欺詐的方法的流程方框圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明圖像匹配方法中圖像匹配點(diǎn)選取的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明采用的反衛(wèi)星導(dǎo)航欺詐的方法，包括如下步驟：
[0019] 步驟1 :特征場(chǎng)景及位置信息存儲(chǔ)；預(yù)先將出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的位置信息以及路途 中顯著位置點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)存入到信息檢測(cè)庫(kù)中，該信息數(shù)據(jù)包括該位置點(diǎn)的位置信息以及 N幅具有該位置點(diǎn)顯著特征的圖片；
[0020] 步驟2:在未到達(dá)顯著位置點(diǎn)時(shí)，采用載波相位雙差欺騙檢測(cè)技術(shù)不斷檢測(cè)是否 存在衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙信號(hào)，若檢測(cè)到存在欺騙信號(hào)，則進(jìn)行步驟3,否則進(jìn)行步驟4 ;
[0021] 步驟3:檢測(cè)到存在欺騙信號(hào)，則將臨界點(diǎn)的位置信息作為起始點(diǎn)，采用慣性導(dǎo) 航，向著最近的一個(gè)顯著位置點(diǎn)前進(jìn)，并開啟圖像匹配模式，根據(jù)圖像匹配的結(jié)果，當(dāng)?shù)竭_(dá) 最鄰近的顯著位置點(diǎn)時(shí)，用預(yù)存的顯著位置點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)對(duì)慣性導(dǎo)航進(jìn)行糾偏；如此反復(fù)， 直到到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。
[0022] 步驟4 :到達(dá)臨近顯著位置點(diǎn)前，一直未檢測(cè)到衛(wèi)星導(dǎo)航欺騙信號(hào)，則到達(dá)臨近顯 著位置點(diǎn)時(shí)進(jìn)行圖像匹配，若匹配，則重復(fù)步驟4,直到到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)；若不匹配，則進(jìn)行步驟 5 ；
[0023] 步驟5 :攝像頭拍攝當(dāng)前位置的地形環(huán)境圖片，并將圖片傳回后方指揮站進(jìn)行地 圖匹配，若匹配不成功，則原路返回出發(fā)點(diǎn)，若匹配成功，則進(jìn)行步驟6;
[0024] 步驟6 :對(duì)當(dāng)前的位置信息進(jìn)行更新，并向著最近的一個(gè)顯著位置點(diǎn)前進(jìn)，同時(shí)開 啟圖像匹配模式，根據(jù)圖像匹配的結(jié)果，當(dāng)?shù)竭_(dá)最近的顯著位置點(diǎn)時(shí)，用顯著位置點(diǎn)的準(zhǔn)確 信息對(duì)慣性導(dǎo)航進(jìn)行糾偏；如此反復(fù)，直到到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。
[0025] 上述步驟的實(shí)現(xiàn)，采用了如下關(guān)鍵技術(shù)；
[0026] 其中步驟1涉及預(yù)先將出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的位置信息以及路途中顯著位置點(diǎn)的信 息數(shù)據(jù)存入到信息檢測(cè)庫(kù)中，需要采用圖像顯著特征提取技術(shù)，其具體做法為：利用高斯卷 積核對(duì)原始圖像進(jìn)行平滑，以得到圖像的尺度空間表示。用L(x，y，〇)表示一幅二維圖像 I(x，y)的尺度空間，其定義為：
[0027] i(x,y, a) = G(x, ),〇)? l(x,y) ( 1 )
[0028] 其中，逸表示卷積運(yùn)算，G(x，y，〇)是卷積核可變的高斯函數(shù)，其定義為：
[0029]
[0030] 式中，。為尺度因子，表示圖像被平滑的程度，。越大圖像越模糊；
[0031] 為了提高算法效率，本文建立3組3層高斯金字塔，共9層圖像。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較， 圖像金字塔的第〇組〇層圖像平滑尺度％= 1.4,任意層與0層之間的尺度關(guān)系為〇s =%ks，相鄰層間尺度因子k= 21/s，S為每組總層數(shù)3,s為金字塔中圖像的層序數(shù)，s= {0，1，2，...}。每組的第一層圖像由前一組的最后一層圖像下采樣得到。為了獲取更多的 特征點(diǎn)，可將原始圖像放大2倍作為第0組圖像；
[0032] 在建立了高斯金字塔尺度空間后，需要在