基于GPS的交通應用脆弱性檢測系統及其方法技術方案

一種基于GPS的交通應用脆弱性檢測系統及其方法，包括：預處理模塊、衛星數據融合模塊和導航場景數據融合模塊脆弱性評價模塊，預處理模塊根據選取的脆弱性評估指標對采集到的導航場景數據預處理，得到評估指標變化曲線和評估指標特征值；衛星數據融合模塊基于相對距離對同一導航場景內的衛星的評估指標特征值數據融合，得到導航場景評估指標特征值；導航場景數據融合模塊基于雙基準點對導航場景的同一評估指標的特征值進行數據融合，得到導航場景的脆弱性性能排序，實現對道路交通領域中導航場景的GPS脆弱性評價；本發明專利技術采用數據融合算法對導航場景進行評估，并按照評估指標對各個導航場景進行脆弱性排序，實現了道路交通領域GPS脆弱性評估。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是一種交通領域的技術，具體是一種基于GPS的交通應用脆弱性檢測系統及其方法。
技術介紹
全球定位系統(GlobalPositioningSystem,GPS)脆弱性是指全球導航衛星系統在諸如衛星故障失效、大氣環境影響(電離層/對流層)、多路徑效應、電磁干擾等因素的影響下，GPS的定位功能缺失的程度，是系統的固有屬性。GPS在交通領域的應用(如車載導航、交通管理)會受到以上脆弱性因素的威脅。同時，城市道路條件復雜，諸如隧道、坡道、林蔭道、城市峽谷等典型道路會對衛星信號產生遮擋；城市峽谷中多路徑效應也相當嚴重。因此，評估交通領域的GPS脆弱性對道路交通安全至關重要。經過檢索發現，LiuX、ZhanXQ等人在文章“QuantitativeAssessmentofGNSSVulnerabilitybasedonDSEvidenceTheory”(JournalofAeronautics,AstronauticsandAviation,2014,46(3):191‐201)中提出了針對GNSS基站脆弱性的評估方法。但在交通領域中，理論載噪比與理論幾何精度因子難以獲得，致使文中的方法不適用于該領域。JingS、ZhanXQ等人在文章“GNSSVulnerabilityAssessmentBasedonApplicationSuitability”中提出了針對用戶端的GNSS脆弱性評估方案。但在交通領域中，用戶提供的指標難以統一，致使該方法在交通領域不適用。數據融合(datafusion)最早被應用于軍事領域。現在數據融合的主要應用領域有：多源影像復合、機器人和智能儀器系統、戰場和無人駕駛飛機、圖像分析與理解、目標檢測與跟蹤、自動目標識別等。在遙感中，數據融合屬于一種屬性融合，它是將同一地區的多源遙感影像數據加以智能化合成，產生比單一信息源更精確、更完全、更可靠的估計和判斷。胡振濤,劉先省在“一種實用的數據融合算法[J].”(自動化儀表,2005,08期:7‐9.DOI:doi:10.3969/j.issn.1000‐0380.2005.08.003.)中提出基于相對距離的數據融合算法。該方法是利用統計學中的模糊支持區間和模糊支持概率，同時結合概率源合并理論而創立的一套數據融合算法。這套算法將來自多傳感器的同一變量測量數據進行綜合分析和處理，從而得到比單一傳感器測量值更為準確的數據結論。萬樹平在“基于雙基點法的多傳感器數據融合[J].”(控制與決策,2008,第12期:1343‐1346.DOI:doi:10.3969/j.issn.1006‐2114.2014.09.010.)中提出基于雙基準點的數據融合算法。該算法的核心是以熵權法為基礎的權重確定方法，通過已采集到的數據，以一組最優指標建立一套虛擬的正理想方案，得到正理想點；以一組最劣指標建立一套虛擬的負理想方案，得到負理想點；再計算各方案距離正負理想點的距離來比較各方案的優劣。熵權法基于評價指標的客觀權重，而客觀權重由各個指標的變異大小來確定。舉例來說，如果一個指標的熵值越小，則它的變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評價中所占的作用也就越大，其權重也就越大。經過對現有技術文獻的檢索發現，中國專利文獻號CN103760571A，公布日2014.4.30，公開了一種衛星導航
的用于GPS的基于影響因素特征的脆弱性監測系統及方法，控制計算模塊與空間段脆弱性仿真模塊相連并傳輸脆弱性因素生成參數，空間段脆弱性仿真模塊分別向監測站模塊傳輸電子濃度、對流層模型參數、電離層閃爍參數和/或電離層模型參數，并向軟件接收機模塊傳輸星間鏈路測距值，評估計算模塊分別與空間段脆弱性仿真模塊、監測站模塊和控制計算模塊連接，利用空間段脆弱性仿真模塊和監測站模塊生成的各種脆弱性因素模擬數據計算評估結果并將結果反饋給控制計算模塊。但該技術僅針對各項脆弱性影響因素求出脆弱性分離系數，仍無法評估不同導航場景的GPS脆弱性。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于GPS的交通應用脆弱性檢測系統及其方法，采用幾何精度因子、載噪比和偽距測量誤差作為評估指標，對GPS接收機接收到的數據進行預處理后得到相應評估指標的特征值，采用基于相對距離的數據融合算法對導航場景進行評估，采用基于雙基準點的數據融合算法按照評估指標對各個導航場景進行脆弱性排序，實現了道路交通領域GPS脆弱性評估，填補了在該領域內的脆弱性評估空白。本專利技術是通過以下技術方案實現的：本專利技術涉及一種基于GPS的交通應用脆弱性檢測系統，包括：預處理模塊、衛星數據融合模塊和導航場景數據融合模塊，其中：預處理模塊根據選取的脆弱性評估指標對采集到的導航場景數據進行預處理，得到對應的評估指標變化曲線和評估指標特征值；衛星數據融合模塊基于相對距離對同一導航場景內的衛星的評估指標特征值進行數據融合，得到對應的導航場景評估指標特征值；導航場景數據融合模塊基于雙基準點對不同導航場景的同一評估指標的特征值進行數據融合，得到不同導航場景的脆弱性性能排序。所述的預處理模塊包括：建模單元、數據接收單元和特征值計算單元，其中：建模單元根據數據接收單元接收到的數據建立評估指標隨時間變化的曲線模型，特征值計算單元基于選取的數據段和曲線模型，計算評估指標平均值，作為該評估指標的衛星特征值。所述的衛星數據融合模塊包括：相對距離測量單元、支持度矩陣單元、權重計算單元和數據融合單元，其中：支持度矩陣單元根據相對距離測量單元測量得到的特征值相對距離建立支持度矩陣，權重計算單元根據支持度矩陣計算同一評估指標的不同衛星特征值的權重，數據融合單元根據權重對同一評估指標的不同衛星特征值進行數據融合，得到評估指標的導航場景特征值。所述的導航場景數據融合模塊包括：特征矩陣單元、熵權計算單元、理想方案單元和脆弱性排序單元，其中：特征矩陣單元根據數據庫建立特征矩陣，熵權計算單元根據特征矩陣確定各評估指標的各導航場景特征值的熵權，理想方案單元根據熵權確定正負理想方案，脆弱性排序單元根據各導航場景與正理想方案間的距離，對導航場景的脆弱性進行排序評價。所述的數據庫包括預處理模塊和衛星數據融合模塊中的全部數據。本專利技術涉及上述系統的檢測方法，包括以下步驟：步驟1、選取脆弱性評估指標，通過建模單元建立評估指標隨時間變化的曲線模型。步驟2、在衛星信息中選取用于定位的數據段，結合評估指標曲線，通過特征值計算單元計算評估指標的衛星特征值。步驟3、通過相對距離測量單元分別測量同一導航本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于GPS的交通應用脆弱性檢測系統，其特征在于，包括：預處理模塊、衛星數據融合模塊和導航場景數據融合模塊，其中：預處理模塊根據選取的脆弱性評估指標對采集到的導航場景數據進行預處理，得到對應的評估指標變化曲線和評估指標特征值；衛星數據融合模塊基于相對距離對同一導航場景內的衛星的評估指標特征值進行數據融合，得到對應的導航場景評估指標特征值；導航場景數據融合模塊基于雙基準點對不同導航場景的同一評估指標的特征值進行數據融合，得到不同導航場景的脆弱性性能排序。

【技術特征摘要】
1.一種基于GPS的交通應用脆弱性檢測系統，其特征在于，包括：預處理模塊、衛星數
據融合模塊和導航場景數據融合模塊，其中：預處理模塊根據選取的脆弱性評估指標對采集到
的導航場景數據進行預處理，得到對應的評估指標變化曲線和評估指標特征值；衛星數據融合
模塊基于相對距離對同一導航場景內的衛星的評估指標特征值進行數據融合，得到對應的導航
場景評估指標特征值；導航場景數據融合模塊基于雙基準點對不同導航場景的同一評估指標的
特征值進行數據融合，得到不同導航場景的脆弱性性能排序。
2.根據權利要求1所述的導航場景脆弱性檢測系統，其特征是，所述的預處理模塊包括：
建模單元、數據接收單元和特征值計算單元，其中：建模單元根據數據接收單元接收到的數據
建立評估指標隨時間變化的曲線模型，特征值計算單元基于選取的數據段和曲線模型，計算評
估指標平均值，作為該評估指標的衛星特征值。
3.根據權利要求1所述的導航場景脆弱性檢測系統，其特征是，所述的衛星數據融合模
塊包括：相對距離測量單元、支持度矩陣單元、權重計算單元和數據融合單元，其中：支持度
矩陣單元根據相對距離測量單元測量得到的特征值相對距離建立支持度矩陣，權重計算單元根
據支持度矩陣計算同一評估指標的不同衛星特征值的權重，數據融合單元根據權重對同一評估
指標的不同衛星特征值進行數據融合，得到評估指標的導航場景特征值。
4.根據權利要求1所述的導航場景脆弱性檢測系統，其特征是，所述的導航場景數據融
合模塊包括：特征矩陣單元、熵權計算單元、理想方案單元和脆弱性排序單元，其中：特征矩
陣單元根據數據庫建立特征矩陣，熵權計算單元根據特征矩陣確定各評估指標的各導航場景特
征值的熵權，理想方案單元根據熵權確定正負理想方案，脆弱性排序單元根據各導航場景與正
理想方案間的距離，對導航場景的脆弱性進行排序評價。
5.一種根據上述任一權利要求所述檢測系統的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1、選取脆弱性評估指標，通過建模單元建立評估指標隨時間變化的曲線模型；
步驟2、在衛星信息中選取用于定位的數據段，結合評估指標曲線，通過特征值計算單元
計算評估指標的衛星特征值；
步驟3、通過相對距離測量單元分別測量同一導航場景...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戰興群，梅浩，荊帥，劉寶玉，劉金玉，李源，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31