浅谈GPS抗干扰技术

1、浅谈gps抗干扰技术(中南大学通信工程)中文摘要：全球定位系统(gps),可以在全球范围内全天候、全天时地为用户提 供连续的高精度定位和时间信息，用户终端设备易于实现、精度较高，被广泛应 用于各个领域。随着其在军事领域的广泛应用,gps成为重点的被干扰、攻击对 象，在复杂电磁环境下中如何保护gps不受干扰成为了重点研究问题。a brief analysis of gps anti interference technology 英文摘要： the global positioning system (gps), can be globally , day and night to provid

2、e users with high positioning accuracy and time information for the user terminal equipment, easy realization, high precision, it is widely used in various fields. with its widely application in military, gps become the focus of disturbed, attack object, in a complex electromagnetic environment is h

3、ow to protect gps against interference has become a key research problem.关键词：gps干扰抗干扰引言gps (global positioning system)是一种全球全天候导航测时系统。gps 完整性监视从检测和抑制空间部分的失效方面国内外作了广泛深入的研究。但从 干扰的检测和抑制方面来研究gps信号木身的完整性述未有报道。因gps接收机 主要依赖于gps卫星发射的射频gps信号来工作，因此它易受射频干扰的影响。 射频干扰会降低gps接收机导航定位精度或使它不能跟踪gps信号。射频干扰可 能是宽带的、窄带的、无意的

4、或有意的。因为射频干扰不能预测，当它出现，无 论gps发射的信号是否完好，它都会降低gps信号的可用性。因此研究gps抗干 扰技术具有重要实际意义。目前先进的电子干扰技术已经gps脆弱的抗干扰构成了直接威胁。首先,gps 的研制目的是为高动态用户捉供全天候、连续、高精度的信息数据，在研制初期 并没有考虑到该系统将在复朵的电了干扰环境中工作的问题，致使gps在抗电了干扰方而异常脆弱。gps系统功率较低，英信号强度只冇电视接收机天线接受到 的信号的10亿分z，仅相当于人的肉眼在能见度较好的条件下观看1万公里以 外一只25瓦普通灯泡的亮光。只要事先知道gps的信号特征，就可以使用功率较 小的干扰机对

5、其实施有效的干扰。本文从对gps的弱点分析入手，得出gps 的主要干扰手段，再得出gps抗干扰技术， 从而给出一个对于gps系统干扰及抗干扰机 理的总体概述，并对抗干扰技术的发展方向 做出介绍。1、干扰的种类以及gps信号的弱点gps信号的弱点gps干扰种类gps抗干扰方式gps抗t扰技术发展趋势k丿文章脉络gps射频载波信号的接收即使受到干 扰，其数字数据也能被检测和处理，如果利 用信号载波，就可以获得高的精确度，这是 因为gps固有的宽频谱具有较强的抗干扰能 力，这通常是可以做到的。然而，信号相当 微弱，其信号强度相当于电视机天线所接收 到的功率10亿分z-o接收水平z低使得gps易受低功

6、率干扰的影响，即使是 无意发射信号，也口j以干扰接收机。敌方若采用宽带噪声进行干扰，技术上容易 实现而且相当有效。可见，gps需要采取一定的抗干扰措施。无论是军用还是民 用，重要的是使gps受干扰的程度最小化，并具冇足够的抗干扰能力，以确保它 在齐种环境卜的可用性。世界齐国及其军事用户已经认识到了这些，由此引起了 几种空间调零天线技术和数字滤波技术的发展。gps接收机对不同类型的干扰发射波显示出不同的受干扰程度，和普通的电子干扰一样，也分为压制式和欺骗式两大类。1、1压制式干扰压制式干扰有窄带干扰（瞄准式）、宽带干扰（阻塞式），在干扰作用时间上 冇连续干扰和脉冲干扰，用噪声或类似噪声的干扰信号

7、淹没或遮挡冇用信号导 致卫星导航接收机无法正常工作。压制式干扰的优点是技术难度较小，但所需干 扰功率较大。1、2欺骗式干扰欺骗式干扰是发射与gps信号相类似的干扰信号，课导gps接收机偏离准确 的导航和定位。这种干扰的优点是显而易见的，所需干扰功率小，干扰效果大大 好于压制式干扰。当然欺骗式干扰的技术难度要远远大于压制式干扰。因为要实 现欺骗就必须了解gps卫星的码型及当时发出的电文数据等信息，而了解和掌握 这些又是相当困难的。1、3分布式立体干扰运用多种类型干扰机在地面、空中等进行全方位立体式干扰。2、抗干扰的种类根据gps技术特性,从操作策略、干扰源及接收机角度作技术或非技术调整 以增强抗

8、干扰能力。2、1恰当运用操作策略这是一种非实质性抗干扰法。运用操作策略避免gps接收机暴霜于干扰源。 如果干扰机位于地面（基于地面干扰），基于地面的gps接收机能利用周围地形提 供附加抗干扰性。基于地面的干扰机可能因地形效应而遭受传播损失。t扰机信 号受到反射、散射和折射，述未到达gps接收机就在许多目标上损耗掉了。而卫 星信号通常与地平面至少有10。，不会遭受这种效应。这样，干扰机信号的传播 损失就使基于地面的gps接收机达到反干扰0的。但这种方法对机载干扰机几乎 无效。2、2从rfi源进行控制这种方法采取截断干扰源从而达到抗干扰目的。对无线频率干扰（red ,严格 的规章制度控制是最有效的

9、干扰控制方法，它对可能成为干扰源的发射波段作出 限制。要处理偶然出现的干扰源,要在系统级别上研究抗干扰策略。对远离gps 的相同地点的发射频带源，最有效的方法是对发射源进行屏蔽与滤波。另-种方 法是从发射控制的技术着手，它指为减少确定空间/时域发射而设计的实时可操 作程序，它的关键问题是耍确保控制系统冇足够可靠性和整体性。2、3技术上的改进和调整利用常见干扰信号的特性，如振幅、频率、时间、空间及极化作用等,根据成 木和复杂性,可将这些抑制或减小干扰的技术分成三种类型：口适应阵类:零控制，光束控制；多孔技术类:光束转换,多元对消法；单孔技术类:窄前后滤波器,窄辅助跟踪环，时相滤波,gps/惯性集

10、成和辅助, 极化抗十扰技术。在抗干扰领域取得的进展大多数都是基于雷达和通信的平行演化,rf技术、 数据采集现代化及数字信号处理等。2、4抗干扰数字gps接收机2、4、1射频干扰检测技术其工作机理是检测射频干扰的出现，一旦干扰影响了 gps信号的完整性就立 刻报警，且能提供gps接收机天线和前端输入额射频干扰的大小。图中标注采 用agc电路完成射频干扰检测，再通过干/噪(j/n)仪检测其信号的存在。干扰 信号一旦影响gps信号的止常接收就会报警并将信号反馈到gps接收机天线和前 端滤波放人器；当agc自控电压的高低來精确估算j/n比人小可直接估算干扰信 号功率的大小。2、4、2前端滤波技术图屮标

11、注的抗干扰滤波处理技术是很冇潜力月正在高速发展的新技术。它 用微电了及软件來实现，能使gps接收机免受2个l频段gps频带外强功率干扰。 多数gps接收机目前均采用陡截止频率特性的无源滤波器來抑制强带外功率。其 优点是插入损耗低，截止带宽的抗干扰性好，是有效解决带外射频干扰的最佳选 择，但体积较大，价格昂贵。它与放大器一起装在天线中，除前置滤波外，还要 对窄带下变频器及本振混频器进行滤波。当下变频率接近中频并与窄带滤波带宽 同步时，gps接收机前端带宽为2倍速率，对g/a码是2. 046mhz,对y码是20. 46 mhz,从而改善了接收机的带外干扰特性，降低了中频a/d变换处理所需的奈奎 斯

12、特采样速率。2、4、3码环和载波换跟踪技术码环和载波环增强技术是在均标注在图屮的数字gps接收机通道和接收 处理器中实现的。其抗干扰性能是通过窄带码环压缩载波跟踪滤波器的带宽和接 收机预检测带宽來改善。因宽带带宽使动态范围变窄，可以通过增加环路滤波器 阶次来弥补，也可通过外部导航系统来弥补，如采用内部辅助增强技术、外部导 航辅助增强技术有惯性导航系统(ins)、多普勒雷达和空气速度计，而最引人注目的是gps和ins的最佳组合。z是借ins捉供的平台速度信息去辅助gps 接收机的载波环和码环，做到环路带宽很窄，有效提高gps接收机的信号/干扰 比(s/j)；之二是在强干扰下只冇gps导航，当gp

13、s接收机信噪比恢复到跟踪门 限g/no以上吋，再用ins辅助gps接收机快速捕获gps信号。gps和ins的组 合可使接收机的抗干扰性能提高1015dbo2、4、4窄带干扰处理技术图中标注的窄带干扰处理技术也称暂时滤波技术，是dft技术用于数字中 频信号处理即频域幅度处理的例子，如无射频干扰，热噪声功率谱在频域内相当 均匀；乂如信号中有窄带干扰，频域出现明显异常，其异常谱线在dft中被自适 应滤除。2、4、5天线增强技术图中标注的gps接收机天线采用自适应天线阵技术來提高其接收灵敏度； 自适应调零天线技术是提高gps接收机抗干扰的重要手段，口前美国处于领先地 位。这种天线由多元天线阵组成，每一

14、天线阵经微波网络接到处理器，信号处理 后又馈送到微波网络进行调节，使各阵元的增益和相位发生变化，对来自天线阵 方向图的干扰源归零，以降低干扰性能。其中零点数由阵元数决定，一般n元阵 天线能控制n-1个零点。较理想的自适应天线能把gps接收机的抗干扰能力提高 4050dbo2、4、6抗多径干扰技术在图屮标注的gps天线阵周围设置合适的微波吸收圈或者扼流圈，以增大 天线方向图的锐截止角，从而有效提高抗多径干扰的性能，迫使敌方使用大功率 干扰机，利于gps检测、定位和摧毁。中频中频数字接收机 通道3、gps抗干扰技术发展趋势综合分析国内外现代gps系统的发展状况和技术特点，多个gps系统兼容性 与组

15、合导航定位技术、广域增强技术、导航信号增强与调制技术、门主导航星座 运行管理技术以及导航与通信一体化技术等将成为一卫星导航系统技术的发展方 向。1、gps系统兼容性与组合导航定位技术未来5年，以gps、glonass和伽利略等为代表的卫星导航系统将完成现代 化技术改造和星座组网，系统性能大幅度提升。卫星导航系统将从独立建设走向 合作开发利用，共享空间信息资源和国际卫星导航用户市场。2、卫星导航信号区域功率增强在强干扰环境条件下，导航卫星利用点波束天线，增强指定区域信号功率， 专用接收机能够接收导航信号，冃不会降低导航定位精度。同时，对导航信息进 行加密处理，具有抗电了欺骗能力，以满足特定用户的

16、实际应用需求。因此，gps 系统的抗干扰、多点波束信号增强、小型化的高增益接收天线、导航信号编码与 加密以及专用信号加解密模块等技术将是gps系统技术的发展方向。3、基于星地、星间链路高速宽带网络的导航与通信一体化技术导航定位精度、完好性、可用性和连续性是设计和评价gps系统的顶层性能 指标，也是新一代卫星导航系统技术改造的fi标耍求。可建立高速的星地、星间 宽带通信网络，做到“接入到一颗一卫星，等效于接入整个星座”，实现对星座的 实吋、连续和动态监视，保障导航信息的实时性和有效性，全面满足系统顶层性 能指标要求。随着地面移动通信技术的发展，人们口益意识到时间、地点和事件等基木信 息要索的重要

17、性。例如，城市车载一卩星导航系统的应用，已提供方便快捷的信息 服务。但是，对于大范围乃至“地球村”实时信息获取，则有赖于卫星通信网络 的支持。新一代卫星导航系统的星地、星间高速宽带通信网络，必然会促进导航 与通信技术的一体化，实现全球无缝接人和实时信息获取。4、结束语现代gps系统已成为及时获取高精度导航信息的空间基础设施，具冇极高的 军民利用价值，倍受世界各国青睐。而在gps干扰技术日趋成熟的现代社会，人 民乃至国家的安全受到的前所未有的挑战，gps抗干扰技术的迅速发展成为必 然。而在实践运用中，成本，技术难度及可实现性处处制约着gps抗干扰技术的 发展，而各种抗干扰方案齐有其优点与缺陷，有效地将各种抗干扰措施统一结合, 充分利用各自的优越性，提高系统的可靠度，做到小型化、多功能，是今后努力 和奋斗的方向。努力提高卫星导航接收机适应现代战争恶劣电磁环境的作战能 力，以最大限度保障现代化信息战的需要，这对现代化武器性