淺談GPS抗干擾技術(shù)

戴明雪+韓婷

（黑龍江省經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院 黑龍江省哈爾濱市 150080）

摘 要：全球定位系統(tǒng)（GPS），能夠在全球范圍內(nèi)不間斷的為需求者提供高精度的準(zhǔn)確定位和精準(zhǔn)的時(shí)間信息，用戶終端設(shè)備易于實(shí)現(xiàn)、 精度較高， 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。由于種種原因，GPS易受到干擾和攻，在電磁環(huán)境極度復(fù)雜的情況下，如何解決GPS的干擾問題成為了重點(diǎn)研究對象。

關(guān)鍵詞：GPS； 定位； 抗干擾

GPS接收機(jī)依靠GPS衛(wèi)星射頻信號工作，GPS衛(wèi)星射頻信號容易存在射頻干擾。這種影響會使GPS接收機(jī)導(dǎo)航定位系統(tǒng)精度下降。射頻干擾的存在形式分為寬帶、窄帶、無意及有意的。而且這種干擾很難預(yù)測，一旦干擾信號串入， GPS信號的追蹤準(zhǔn)確度都會收到影響。所以GPS抗干擾技術(shù)的研究意義重大。

首先，GPS的主要功能是為高動(dòng)態(tài)用戶提供實(shí)時(shí)的、連續(xù)的、精度高的數(shù)據(jù)信息。GPS主要存在的干擾形式有三種：壓制式干擾、欺騙式干擾、分布式立體干擾 。壓制式干擾：利用噪聲信號遮擋有效信號，致使GPS接收機(jī)失常。有窄帶、寬帶兩種形式，在干擾作用時(shí)間上有連續(xù)和脈沖兩種形式。這種干擾技術(shù)含量較低，功率較大。欺騙式干擾：利用與GPS信號相近的信號進(jìn)行干擾，致使GPS接收機(jī)失常。此類干擾容易判斷，顯而易見，干擾功率偏小，但技術(shù)難度較高。 分布式立體干擾 ：應(yīng)用不同類型干擾機(jī)對地對空進(jìn)行全方位立體式干擾。

通過分析GPS技術(shù)的自身性質(zhì)，可以采用以下技術(shù)來解決干擾問題。

運(yùn)用操作策略 ：這是一種非實(shí)質(zhì)性抗干擾法。這種方法可以將GPS接收與干擾源隔絕?？衫眯l(wèi)星信號與地平面至少有10°， 可以抑制地面干擾。但這種方法不能用于機(jī)載干擾機(jī)。

從RFI源進(jìn)行控制 ：通過截?cái)喔蓴_源抑制干擾。針對無線頻率干擾（RFI），嚴(yán)格的規(guī)章制度控制， 可以限制干擾源的發(fā)射波段。對遠(yuǎn)離GPS的相同地點(diǎn)的發(fā)射頻帶源，可以對發(fā)射源實(shí)施屏蔽與濾波。

技術(shù)上的改進(jìn)和調(diào)整 ：分局干擾信號的特征，考慮成本的前提下，可將抗干擾技術(shù)分為三種類型： 自適應(yīng)陣類：零控制，光束控制； 多孔技術(shù)類：光束轉(zhuǎn)換，多元對消法； 單孔技術(shù)類：窄前后濾波器，窄輔助跟蹤環(huán)，時(shí)相濾波，GPS/慣性集成和輔助，極化抗干擾技術(shù)。

射頻干擾檢測技術(shù) ：通過檢測射頻干擾信號，并生成報(bào)警信號，同時(shí)還具備輸出干擾信號的數(shù)值大小。

前端濾波技術(shù) ：是一種抗干擾濾波處理技術(shù)。依靠微電子技術(shù)及軟件技術(shù)來完成，可以克服GPS接收機(jī)2個(gè)L頻段GPS頻帶的強(qiáng)功率干擾。目前大部分GPS接收機(jī)利用陡截止頻率特性的無源濾波器強(qiáng)帶外功率來加以抑制。插入損耗較低，截止帶寬具有良好的抗干特性，但體積偏大，價(jià)格頗貴。它與放大器均安裝在天線中，除前置濾波外，還要對窄帶下變頻器及本振混頻器進(jìn)行濾波。改善了接收機(jī)的帶外干擾特性，降低了中頻A/D變換處理所需的奈奎斯特采樣速率。

碼環(huán)和載波環(huán)跟蹤技術(shù) ：其抗干擾性能利用窄帶碼環(huán)壓縮載波跟蹤濾波器的帶寬和接收機(jī)預(yù)檢測帶寬加以改善。因?yàn)閷拵拰?dǎo)致動(dòng)態(tài)范圍變窄，利用增加環(huán)路濾波器階次或者外部導(dǎo)航系統(tǒng)來加以彌補(bǔ)。如采用內(nèi)部輔助增強(qiáng)技術(shù)、外部導(dǎo)航輔助增強(qiáng)技術(shù)有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、多普勒雷達(dá)和空氣速度計(jì)，而最佳選擇是GPS和INS的組合應(yīng)用。之一是借INS提供的平臺速度信息去輔助GPS接收機(jī)的載波環(huán)和碼環(huán)，做到環(huán)路帶寬很窄，有效提高GPS接收機(jī)的信號/干擾比（S/J）；之二是在強(qiáng)干擾下只有GPS導(dǎo)航，當(dāng)GPS接收機(jī)信噪比恢復(fù)到跟蹤門限G/No以上時(shí)，再用INS輔助GPS接收機(jī)快速捕獲GPS信號。GPS和INS的組合應(yīng)用能夠使GPS接收機(jī)的抗干擾性能提升10～15dB。

窄帶干擾處理技術(shù) ：也稱暫時(shí)濾波技術(shù)，是DFT技術(shù)用于數(shù)字中頻信號處理即頻域幅度處理的例子，在沒射頻干擾的情況下，在頻域內(nèi)熱噪聲功率譜十分均勻；在信號中有窄帶干擾的情況下，頻域發(fā)生異常，DFT中可自適應(yīng)濾除這種異常譜線。

天線增強(qiáng)技術(shù) ：自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)能夠提高GPS接收機(jī)抗干擾性能。這種天線由多元天線陣組成，利用微波網(wǎng)絡(luò)將天線陣連接處理器，處理器對信號進(jìn)行處理，再反饋到微波網(wǎng)絡(luò)加以調(diào)節(jié)，來改變各陣元的增益和相位，消除天線陣方向圖的干擾源，提升抗干擾性能。性能較好的自適應(yīng)天線可以將GPS接收機(jī)的抗干擾能力提升40～50dB。

針對目前國內(nèi)外GPS系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，采用多個(gè)GPS系統(tǒng)兼容性與組合導(dǎo)航定位技術(shù)、廣域增強(qiáng)技術(shù)、導(dǎo)航信號增強(qiáng)與調(diào)制技術(shù)、自主導(dǎo)航星座運(yùn)行管理技術(shù)以及導(dǎo)航與通信一體化技術(shù)等成為目前發(fā)展的技術(shù)趨勢和研究方向。

未來，以GPS、GLONASS和伽利略等為代表的GPS系統(tǒng)將完成星座組網(wǎng)，并進(jìn)行現(xiàn)代化技術(shù)改造，GPS系統(tǒng)各項(xiàng)性能大大提升。GPS系統(tǒng)將從以往的獨(dú)立建設(shè)發(fā)展為合作開發(fā)，實(shí)現(xiàn)空間信息資源共享。干擾較強(qiáng)的情況下，導(dǎo)航衛(wèi)星可以利用點(diǎn)波束天線，對指定區(qū)域信號功率進(jìn)行調(diào)整，該信號由專用接收機(jī)接收，能夠保證導(dǎo)航定位準(zhǔn)確度。同時(shí)，融入加密技術(shù)，提升抗電子欺騙能力。導(dǎo)航定位精度、完好性、可用性和連續(xù)性是設(shè)計(jì)和評價(jià)GPS系統(tǒng)的頂層性能指標(biāo)，也是新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)改造的目標(biāo)要求。構(gòu)建高速的星與地、星與星間寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，，完成對星座的實(shí)時(shí)、連續(xù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)視，確保導(dǎo)航信息的實(shí)時(shí)性和有效性，達(dá)到系統(tǒng)頂層性能指標(biāo)要求。

伴隨地面移動(dòng)通信技術(shù)的日益進(jìn)步，時(shí)間、地點(diǎn)和事件等信息要素變得異常重要。但是，對于大范圍的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，則需要衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)支持。新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星地、星間高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，加速了導(dǎo)航與通信技術(shù)的一體化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)信息獲取。

現(xiàn)代GPS系統(tǒng)已成為及時(shí)獲取高精度導(dǎo)航信息的空間基礎(chǔ)設(shè)施，軍用價(jià)值和民用價(jià)值很高。而在GPS干擾技術(shù)日趨成熟的現(xiàn)代社會，人民乃至國家的安全受到的前所未有的挑戰(zhàn)，GPS抗干擾技術(shù)的迅速發(fā)展成為必然。而在實(shí)踐運(yùn)用中，成本，技術(shù)難度及可實(shí)現(xiàn)性處處制約著GPS抗干擾技術(shù)的發(fā)展，而各種抗干擾方案各有其優(yōu)點(diǎn)與缺陷，有效地將各種抗干擾措施統(tǒng)一結(jié)合，充分利用各自的優(yōu)越性，提高系統(tǒng)的可靠度，做到小型化、多功能，是今后努力和奮斗的方向。努力提高衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭惡劣電磁環(huán)境的作戰(zhàn)能力，以最大限度保障現(xiàn)代化信息戰(zhàn)的需要，這對現(xiàn)代化武器性能的提高以及重點(diǎn)、局部區(qū)域作戰(zhàn)支持有著非常重要的軍事意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

戴明雪（1980-），女，工程碩士，講師，主要從事傳感器、儀器儀表等科目的教學(xué)和研究工作。

韓婷（1980-），女，語言學(xué)碩士，副教授，主要從事職業(yè)教育教學(xué)與研究工作。