GNSS欺骗攻击检测与多传感器融合技术实践

1. 项目背景与核心价值

全球导航卫星系统(GNSS)已经成为现代社会中不可或缺的基础设施，从智能手机导航到航空航海，从精准农业到金融交易时间同步，其应用几乎渗透到所有关键领域。然而，GNSS信号固有的脆弱性——信号强度极低且完全开放——使其极易受到欺骗攻击。这种攻击通过伪造卫星信号，诱导接收机计算出错误的位置、速度或时间信息，可能导致灾难性后果。

我在参与某无人机导航系统开发时，曾亲眼目睹过一次简单的GNSS欺骗如何让价值数百万的设备"凭空消失"。这促使我深入研究欺骗检测技术，并开发了这套完整的仿真系统。它不仅能够模拟真实场景中的欺骗攻击，更重要的是实现了基于多传感器融合的可靠检测方案。

2. 系统架构与核心算法

2.1 整体设计思路

系统采用"攻击-防御"双视角设计：

• 攻击侧：完整模拟各类欺骗信号生成（包括逐步偏移、瞬时跳变、智能跟随等模式）
• 防御侧：构建基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的IMU/GNSS紧耦合系统，通过多维度一致性检验实现欺骗检测

这种双向设计使得我们既能研究攻击特征，又能验证防御有效性，形成闭环验证体系。所有模块均采用Matlab面向对象编程实现，确保各组件可灵活替换和扩展。

2.2 关键算法实现

2.2.1 欺骗信号生成模型

matlab复制classdef Spoofer < handle
    properties
        attack_type;  % 'ramp', 'step', 'intelligent'
        start_time;
        ramp_rate;    % m/s for ramp attack
        offset;       % m for step attack
        target_traj;  % for intelligent spoofing
    end
    
    methods
        function [pos_offset] = get_offset(obj, t)
            if t < obj.start_time
                pos_offset = [0;0;0];
            else