一種惡意屏蔽gps天線的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種惡意屏蔽GPS天線的檢測方法，包括如下步驟：步驟1：檢測GPS定位是否有效，如果GPS定位無效，則認為存在遮擋GPS天線造成無法定位的嫌疑，則通過SNR信噪比算法來判斷GPS定位無效的現(xiàn)象是否是因為信號被屏蔽導致；如果計算結(jié)果為真，則確認GPS天線有受到惡意屏蔽，轉(zhuǎn)到步驟2進行惡意屏蔽檢測；步驟2：在GPS天線接收頭中內(nèi)置一對不可見光的發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器負責向外發(fā)射指定波長的不可見光信號，所述接收器負責接收該不可見光信號；發(fā)射器發(fā)送指定波長的不可見光信號，通過檢測接收器是否接收到該信號，以判斷GPS天線外是否有遮擋物；如果接收器接收到發(fā)射器發(fā)送的指定波長的不可見光信號，則表明GPS天線受到惡意屏蔽。
【專利說明】一種惡意屏蔽GPS天線的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于GPS定位【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種惡意屏蔽GPS天線的檢測機制。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，絕大部分的車輛上之所以會安裝車載GPS定位終端，都不是出于車主自己的需要，而是車輛管理員(比如公司、銷售商等角色)需要對該車輛的運行、工作情況進行監(jiān)控，必要時能對車輛進行遠程控制。對于車主而言，這些目的都是與他們的初衷相違背的，他們當然不希望車輛被人實時監(jiān)控甚至遠程控制，因此就會想出各種辦法暗中對車載GPS終端進行破壞，讓其無法正常工作，以期達到擺脫被人監(jiān)視和控制的目的。而這其中，最常見、也是最有效的一個手段，就是破壞GPS定位天線。因為GPS天線可以說是整個GPS終端的眼睛，一旦天線被破壞，GPS將無法定位，那么所謂的監(jiān)視、跟蹤、定位、以及其他附屬功能將全部失效，整個GPS終端基本癱瘓。
[0003]對于破壞GPS天線，目前常見的做法有3種，一是直接拔掉或者剪斷GPS天線(SP造成GPS天線開路)，使其無法正常定位；一種是將GPS天線的正負極短接在一起(即造成GPS天線短路)，使其無法正常定位；另一種則是使用一個金屬屏蔽罩將GPS天線罩住，削減GPS衛(wèi)星信號使其無法正常定位。其中，前2種手段已經(jīng)有相關(guān)的技術(shù)可以實現(xiàn)有效的檢測，但是第3種手段目前尚未可靠技術(shù)來檢測，這就給惡意破壞者造成了可乘之機。他們可以通過在GPS天線外加蓋一個金屬屏蔽罩等類似的方法來干擾GPS的衛(wèi)星信號，給人造成GPS因為信號不好無法定位的假象，擺脫監(jiān)控者的追蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，針對上述問題，本發(fā)明設(shè)計出一種惡意屏蔽GPS天線的智能檢測機制，能夠有效的判斷出當前GPS天線是否被惡意屏蔽，然后通過提示和報警等手段對破壞者進行警告，并執(zhí)行相應(yīng)的處罰措施(比如限制車輛行駛速度、或者禁止車輛再次啟動等)，從而達到防止其再次破壞的效果。
[0005]為了提高檢測效果，確保不出現(xiàn)誤判，本機制中采用2種硬件電路檢測和I套軟件算法判斷相結(jié)合的方式，三者相互依賴相互約束，實現(xiàn)真正有效的判斷。首先，硬件上通過一套不可見光的發(fā)射器和接收器來實現(xiàn)GPS天線頭上空是否有不透光遮擋物的檢測，同時，通過一個金屬接近傳感器來檢測GPS天線附近是否存在額外的金屬物件，軟件上則通過一套SNR值比對算法來確認GPS不定位是否是因為GPS衛(wèi)星信號被惡意干擾或者屏蔽導致。
[0006]具體的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種惡意屏蔽GPS天線的檢測方法，包括如下步驟:
步驟1:檢測GPS定位是否有效，如果此時GPS定位有效，則返回重新檢測；如果GPS定位無效，則認為存在遮擋GPS天線造成無法定位的嫌疑，則通過SNR信噪比算法來判斷GPS定位無效的現(xiàn)象是否是因為信號被屏蔽導致；如果計算結(jié)果為真，則確認GPS天線有受到惡意屏蔽，轉(zhuǎn)到步驟2進行惡意屏蔽檢測，并可同步觸發(fā)報警和相應(yīng)的處理動作；否則，如果計算結(jié)果為假，則返回重新檢測；其中該SNR信噪比算法具體包括如下步驟:
步驟11:啟動定時器Tl (典型值為3秒，當然也可以設(shè)置為其他時間)，定時判斷GPS模塊是否已經(jīng)定位有效，如果已經(jīng)定位有效，則跳至步驟12 ;否則，繼續(xù)按照定時器周期執(zhí)行上述判斷；
步驟12:掃描當前每顆衛(wèi)星的SNR (信噪比)，并將GPS模塊能夠捕獲的每一顆衛(wèi)星的ID號及其所對應(yīng)的SNR值都記錄下來；
步驟13:依次分析本次記錄的每一顆衛(wèi)星的SNR值,記錄其中小于預設(shè)值P(例如P=IO)的衛(wèi)星的ID值及其總顆數(shù)X ;
步驟14:如果X大于2顆，則認為產(chǎn)生了 SNR跳變嫌疑，跳至步驟15 ;否則，重復執(zhí)行步驟11;
步驟15:啟動定時器T2 (典型值為I秒)，定時檢測GPS模塊是否定位無效；如果是，則跳至步驟16;否則，繼續(xù)等待；
步驟16:重新掃描每顆衛(wèi)星的SNR值，依次用本次掃描得到的SNR值與上次掃描存儲的SNR值相減，得到其差值，并記錄下每顆衛(wèi)星對應(yīng)的SNR差值；
步驟17:依次判斷每顆衛(wèi)星的SNR差值，如果SNR差值小于預設(shè)值N，(例如N=5，即本次的SNR值比前次的SNR值小，或者比前次的SNR值偏大3個單位以內(nèi))的衛(wèi)星的顆數(shù)大于3顆，則將SNR波動計數(shù)器加I ;否則，將SNR波動計數(shù)器減I ;
步驟18:判斷SNR波動計數(shù)器的值是否小于預設(shè)值V(例如-30)，或者GPS模塊是否已經(jīng)重新定位成功；如果是，則認為已經(jīng)解除了 SNR跳變嫌疑，清空各個計數(shù)器和標志位，重新回到步驟10開始執(zhí)行；否則，判斷SNR波動計數(shù)器的值是否大于預設(shè)值Q (例如30)，如果是，則認為GPS定位無效是因為信號被屏蔽導致(GPS天線存在遮擋嫌疑)；否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟16。
[0007]步驟2:在GPS天線接收頭中內(nèi)置一對不可見光的發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器負責向外發(fā)射指定波長的不可見光信號，所述接收器負責接收該不可見光信號；發(fā)射器發(fā)送指定波長的不可見光信號，通過檢測接收器是否接收到該信號，以判斷GPS天線外是否有遮擋物；如果接收器沒有接收到發(fā)射器發(fā)送的指定波長的不可見光信號，則表明GPS天線當前沒有受到惡意屏蔽，則返回執(zhí)行步驟I ;如果接收器接收到發(fā)射器發(fā)送的指定波長的不可見光信號，則表明GPS天線可能受到惡意屏蔽。
[0008]另外，為了保證步驟2的惡意屏蔽檢測的準確性，該惡意屏蔽GPS天線的檢測方法還包括進一步確認檢測的步驟3。步驟3:在GPS天線接收頭中內(nèi)置一個金屬接近傳感器，用于檢測GPS天線接收頭附近是否存在金屬物體。當附近沒有存在金屬物體時，所述金屬傳感器輸出低電平信號；當附近存在金屬物體時，所述金屬傳感器輸出高電平信號。那么，當檢測到金屬傳感器輸出低電平信號時，表示附近沒有存在金屬物體，返回步驟I重新檢測。而當檢測到金屬傳感器輸出高電平信號時，表明附近存在金屬物體，進而判定該GPS天線接收頭存在惡意屏蔽的現(xiàn)象。
[0009]本發(fā)明采用遮擋傳感器、金屬傳感器和SNR值比對算法的綜合檢測手段，用遮擋傳感器來檢測GPS天線接收頭上空是否存在額外的遮擋物，用金屬傳感器來檢測GPS天線接收頭附近是否存在額外的金屬物體，用SNR值對比算法來判斷出當前GPS定位失敗的現(xiàn)象是否是由于GPS信號被屏蔽削弱而導致。當上述3個條件全部滿足時，便可精確的判斷出當前有人為惡意的對GPS信號進行屏蔽干擾而導致GPS無法定位。綜上，本方案創(chuàng)新性的通過軟硬結(jié)合的方法全面和準確的判斷出當前是否存在GPS天線被人為惡意遮擋而導致GPS無法定位的問題。為GPS模塊有效定位提供保證手段，也為車輛管理員能夠?qū)崟r監(jiān)控車輛運行情況、阻止其他人惡意破壞GPS定位功能提供了技術(shù)支持。
[0010]附圖
圖1為本發(fā)明的邏輯關(guān)系示意圖；
圖2為本發(fā)明的GPS定位是否無效的計算流程圖。
【具體實施方式】
[0011]現(xiàn)結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案是，采用硬件電路和軟件算法相結(jié)合的方式，全面有效的檢測GPS天線是否被惡意屏蔽。首先，通過一套不可見光的發(fā)射器和接收器來檢測GPS天線上空是否有不透光遮擋物；同時，通過一個金屬接近傳感器來檢測GPS天線附近是否存在額外的金屬物件；軟件上則通過一套SNR值比對算法來確認GPS不定位是否是因為GPS衛(wèi)星信號被惡意干擾或者屏蔽導致。
[0013]為了提高檢測效果，確保不出現(xiàn)誤判，本機制中采用2種硬件電路檢測和I套軟件算法判斷相結(jié)合的方式，三者相互依賴相互約束，實現(xiàn)真正有效的判斷。首先，硬件上通過一套不可見光的發(fā)射器和接收器來實現(xiàn)GPS天線頭上空是否有不透光遮擋物的檢測，同時，通過一個金屬接近傳感器來檢測GPS天線附近是否存在額外的金屬物件，軟件上則通過一套SNR值比對算法來確`認GPS不定位是否是因為GPS衛(wèi)星信號被惡意干擾或者屏蔽導致。他們之間的邏輯關(guān)系如圖1所示。
[0014]其中，其2種硬件電路檢測包括以下兩個檢測過程:
過程1:首先，在GPS天線接收頭中內(nèi)置一對不可見光的發(fā)射器和接收器；該發(fā)射器負責向外發(fā)射指定波長的不可見光信號，接收器負責接收該不可見光信號。因為GPS天線的安裝方式必須是朝向天空放置，上方不能存在任何遮蔽物，因此，從發(fā)射器發(fā)射出來的不可見光信號會全部散射到天空中去，接收器將接收不到任何匹配信號，或者接收不到足夠多的匹配信號來產(chǎn)生電平翻轉(zhuǎn)，此時可認為沒有滿足天線被遮蓋的條件。而當GPS天線接收頭的上方存在一定的遮擋物時，勢必影響不可見光的散射，導致有足夠多的光線被反射回來進入接收器，觸發(fā)其電平翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生異常報警，此時便滿足了 GPS天線上空存在遮擋物的嫌疑條件。
[0015]其次，在GPS天線接收頭中內(nèi)置一個金屬接近傳感器，用于檢測GPS天線接收頭附近是否存在金屬物體。當沒有存在金屬物體時，金屬傳感器輸出低電平信號。當檢測到存在金屬物體時，金屬傳感器輸出高電平信號，此時便滿足了 GPS天線附近存在金屬物體的嫌疑條件。
[0016]然后，I套軟件算法中，具體是通過一套SNR信噪比算法來計算出GPS定位無效的現(xiàn)象是否是因為信號被屏蔽導致。
[0017]眾所周知，GPS衛(wèi)星的信噪比值是一個用于反映當前衛(wèi)星信號強度的參數(shù)，該值越大，則表示衛(wèi)星信號越強；該值越小，則表示衛(wèi)星信號越弱。而且，連續(xù)檢測過程中，各個衛(wèi)星的SNR值一般不會出現(xiàn)大范圍突變，就算因為GPS模塊位置變化或者衛(wèi)星自身移動等原因引起SNR值變化，也都是一個漸變的過程。只有當GPS設(shè)備周圍存在干擾、遮擋和反射體時，SNR值才會出現(xiàn)大范圍的下降。同時，一旦GPS天線被惡意遮擋，那么GPS模塊所能搜索到的每顆衛(wèi)星的SNR值基本都會落在一個很弱的范圍，并且不太會大范圍的波動。反之，如果沒有任何遮擋的話，GPS衛(wèi)星的SNR的值會隨著車輛的行駛而呈現(xiàn)一些動態(tài)波動的過程。針對這一原理，參見圖2，其包括以下步驟:
步驟1:啟動定時器Tl (典型值為3秒)，定時判斷GPS模塊是否已經(jīng)定位有效。如果已經(jīng)定位有效，則跳至步驟2 ;否則，繼續(xù)按照定時器周期執(zhí)行上述判斷；
步驟2:掃描當前每顆衛(wèi)星的信噪比(SNR)，并將GPS模塊能夠捕獲的每一顆衛(wèi)星的ID號及其所對應(yīng)的SNR值都記錄下來；
步驟3:依次分析本次記錄的每一顆衛(wèi)星的SNR值，記錄其中小于10的衛(wèi)星的ID值及其總顆數(shù)X;
步驟4:如果X大于2顆，則認為產(chǎn)生了 SNR跳變嫌疑，跳至步驟5 ;否則，重復執(zhí)行步驟
I；
步驟5:啟動定時器T2 (典型值為I秒)，定時檢測GPS模塊是否定位無效。如果是，則跳至步驟6。否則，繼續(xù)等待；
步驟6:重新掃描每顆衛(wèi)星的SNR值。依次用本次掃描得到的SNR值與上次掃描存儲的SNR值相減，得到其差值，并記錄下每顆衛(wèi)星對應(yīng)的SNR差值；
步驟7:依次判斷每顆衛(wèi)星的SNR差值，如果SNR差值小于5 (即本次的SNR值比前次的SNR值小，或者比前次的SNR值偏大3個單位以內(nèi))的衛(wèi)星的顆數(shù)大于3顆，則將SNR波動計數(shù)器加I ;否則，將SNR波動計數(shù)器減I;
步驟8:判斷SNR波動計數(shù)器的值是否小于-30，或者GPS模塊是否已經(jīng)重新定位成功。如果是，則認為已經(jīng)解除了 SNR跳變嫌疑，清空各個計數(shù)器和標志位，重新回到步驟I開始執(zhí)行。否則，判斷SNR波動計數(shù)器的值是否大于30，如果是，則認為GPS天線存在遮擋嫌疑；否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟6。
[0018]本發(fā)明采用遮擋傳感器、金屬傳感器和SNR值比對算法的綜合檢測手段，用遮擋傳感器來檢測GPS天線接收頭上空是否存在額外的遮擋物，用金屬傳感器來檢測GPS天線接收頭附近是否存在額外的金屬物體，用SNR值對比算法來判斷出當前GPS定位失敗的現(xiàn)象是否是由于GPS信號被屏蔽削弱而導致。當上述3個條件全部滿足時，便可精確的判斷出當前有人為惡意的對GPS信號進行屏蔽干擾而導致GPS無法定位。
[0019]綜上，本方案創(chuàng)新性的將遮擋傳感器、金屬傳感器的檢測手段，與軟件上的SNR值比對算法有機結(jié)合起來，全面和準確的判斷出當前是否存在GPS天線被人為惡意遮擋而導致GPS無法定位的問題。為GPS模塊有效定位提供保證手段，也為車輛管理員能夠?qū)崟r監(jiān)控車輛運行情況、阻止其他人惡意破壞GPS定位功能提供了技術(shù)支持。
[0020]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種惡意屏蔽GPS天線的檢測方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:檢測GPS定位是否有效，如果此時GPS定位有效，則返回重新檢測；如果GPS定位無效，則認為存在遮擋GPS天線以造成無法定位的嫌疑，則通過SNR信噪比算法來判斷GPS定位無效的現(xiàn)象是否是因為信號被屏蔽導致；如果計算結(jié)果為真，則確認GPS天線有受到惡意屏蔽，轉(zhuǎn)到步驟2進行惡意屏蔽檢測；否則，如果計算結(jié)果為假，則返回重新檢測； 步驟2:在GPS天線接收頭中內(nèi)置一對不可見光的發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器負責向外發(fā)射指定波長的不可見光信號，所述接收器負責接收該不可見光信號；發(fā)射器發(fā)送指定波長的不可見光信號，通過檢測接收器是否接收到該信號，以判斷GPS天線外是否有遮擋物；如果接收器沒有接收到發(fā)射器發(fā)送的指定波長的不可見光信號，則表明GPS天線當前沒有受到惡意屏蔽，則重復執(zhí)行步驟I ;如果接收器接收到發(fā)射器發(fā)送的指定波長的不可見光信號，則表明GPS天線受到惡意屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惡意屏蔽GPS天線的檢測方法，其特征在于:所述步驟I中，SNR信噪比算法具體包括如下步驟: 步驟11:啟動定時器Tl，定時判斷GPS模塊是否已經(jīng)定位有效，如果已經(jīng)定位有效，則跳至步驟12 ;否則，繼續(xù)按照定時器周期執(zhí)行上述判斷； 步驟12:掃描當前每顆衛(wèi)星的SNR，并將GPS模塊能夠捕獲的每一顆衛(wèi)星的ID號及其所對應(yīng)的SNR值都記錄下來； 步驟13:依次分析本次記錄的每一顆衛(wèi)星的SNR值，記錄其中小于預設(shè)值P的衛(wèi)星的ID值及其總顆數(shù)X ； 步驟14:如果X大于2顆，則認為產(chǎn)生了 SNR跳變嫌疑，跳至步驟15 ;否則，重復執(zhí)行步驟11; 步驟15:啟動定時器T2，定時檢測GPS模塊是否定位無效；如果是，則跳至步驟16 ;否貝1J，繼續(xù)等待； 步驟16:重新掃描每顆衛(wèi)星的SNR值，依次用本次掃描得到的SNR值與上次掃描存儲的SNR值相減，得到其差值，并記錄下每顆衛(wèi)星對應(yīng)的SNR差值； 步驟17:依次判斷每顆衛(wèi)星的SNR差值，如果SNR差值小于預設(shè)值N的衛(wèi)星的顆數(shù)大于3顆，則將SNR波動計數(shù)器加I ;否則，將SNR波動計數(shù)器減I ; 步驟18:判斷SNR波動計數(shù)器的值是否小于預設(shè)值V，或者GPS模塊是否已經(jīng)重新定位成功；如果是，則認為已經(jīng)解除了 SNR跳變嫌疑，清空各個計數(shù)器和標志位，重新回到步驟11開始執(zhí)行；否則，判斷SNR波動計數(shù)器的值是否大于預設(shè)值Q，如果是，則認為GPS定位無效是因為信號被屏蔽導致；否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟16。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的惡意屏蔽GPS天線的檢測方法，其特征在于:所述定時器Tl設(shè)為3秒，所述定時器T2設(shè)為I秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的惡意屏蔽GPS天線的檢測方法，其特征在于:該惡意屏蔽GPS天線的檢測方法還包括進一步確認檢測的步驟3，該步驟3包括如下內(nèi)容:在GPS天線接收頭中內(nèi)置一個金屬接近傳感器，用于檢測GPS天線接收頭附近是否存在金屬物體；當附近沒有存在金屬物體時，所述金屬傳感器輸出低電平信號；當附近存在金屬物體時，所述金屬傳感器輸出高電平信號；那么，當檢測到金屬傳感器輸出低電平信號時，表示附近沒有存在金屬物體，返回步驟I重新檢測；而當檢測到金屬傳感器輸出高電平信號時，表明附近存在金屬物體。
【文檔編號】G01S19/23GK103777215SQ201410047932
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】姚亮, 陳從華, 黃運峰, 蔡運文, 湯益明, 李家祥 申請人:廈門雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司