高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾技術(shù)

安連芳

中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司河北分公司 河北 石家莊 050020

衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)了十多年的發(fā)展之后已經(jīng)趨于成熟,但是其中的關(guān)鍵技術(shù)中也仍然面臨著一些系統(tǒng)性的問(wèn)題,比如在復(fù)雜的電磁環(huán)境中衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位的能力較差,不僅將會(huì)嚴(yán)重干擾到衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)接收導(dǎo)航信號(hào),使定位精度下降,也不利于衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。而高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)具有現(xiàn)代化、先進(jìn)化的特征,具有相對(duì)復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),這樣就會(huì)增加其干擾的概率,此時(shí)就需要對(duì)其進(jìn)行分析,并提出有效的抗干擾技術(shù),以此來(lái)降低干擾的概率,確保高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的安全、高效運(yùn)行。

1 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾技術(shù)的現(xiàn)狀

雖然國(guó)內(nèi)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的起步較晚,但是其在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上改進(jìn),這就使得北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)射平臺(tái)具有很強(qiáng)的抗干擾能力,與此相反,目前應(yīng)用的大多數(shù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的接收平臺(tái)不具備抗干擾能力。

首先,對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位精度產(chǎn)生影響的干擾因素很多。從干擾目的的角度來(lái)看,可以分為無(wú)意識(shí)的干擾和敵對(duì)干擾兩大類(lèi)。無(wú)意識(shí)的干擾包括帶外射頻干擾、帶內(nèi)射頻干擾和環(huán)境干擾,敵對(duì)干擾則是通過(guò)人為使受干擾方無(wú)法不能對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)提供的信息給予應(yīng)用。近些年來(lái),由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,隨之而來(lái)也使得干擾愈發(fā)趨于系統(tǒng)化和智能化。其中雙模干擾算法是一種典型的系統(tǒng)化干擾,被廣泛地運(yùn)用在實(shí)戰(zhàn)中,這種算法的方式需要對(duì)采取各種現(xiàn)代化的技術(shù)手段獲取的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)特征進(jìn)行一系列的計(jì)算,分析得到干擾頻帶、干擾功率以及干擾距離等關(guān)鍵的參數(shù),之后依次實(shí)施帶內(nèi)壓制干擾以及轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾等模式,最終到達(dá)干擾的目的,保證衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位的精確性。

其次,衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍仍有待提高。早在二十世紀(jì)九十年代初在美國(guó)就已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)信號(hào)接收的準(zhǔn)確性進(jìn)行了相關(guān)的研究。在1999年的科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中,在戰(zhàn)機(jī)被地方摧毀的情況下美國(guó)仍然能夠利用GPS接收機(jī)的追蹤呼救系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行人員營(yíng)救以及設(shè)備回收等一系列工作,這些都需要衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)具有比較高的靈敏度,而且覆蓋范圍比較廣,具備動(dòng)態(tài)接受的特點(diǎn)。

最后,國(guó)內(nèi)抗干擾技術(shù)的芯片工藝等較為落后,在硬件資源上受到了一定程度的限制。在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)中,最為核心的一個(gè)器件就是導(dǎo)航芯片,導(dǎo)航芯片的性能,將會(huì)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的整體效能產(chǎn)生直接的影響,現(xiàn)階段采用的導(dǎo)航芯片與國(guó)外相比,仍然具有一些問(wèn)題,如定位精度低、功能單一、成本高昂等,在國(guó)內(nèi)仍然處于衛(wèi)星導(dǎo)航芯片的研發(fā)階段,且存在著產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、自主創(chuàng)新能力不足、集成能力薄弱等一系列的問(wèn)題,從而在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的抗干擾技術(shù)上表現(xiàn)效果較差。

2 高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)常見(jiàn)的受干擾情況

根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)干擾原理的不同,可以將干擾分為兩大類(lèi),分別是壓制式干擾和欺騙式干擾,其中壓制式干擾主要是依靠干擾信號(hào)的發(fā)射來(lái)壓制衛(wèi)星接收機(jī)前端的信號(hào),以確保接收機(jī)接收不到衛(wèi)星信號(hào)。欺騙式干擾一般是指發(fā)射與衛(wèi)星信號(hào)相同參數(shù)的假信號(hào),以實(shí)現(xiàn)對(duì)接收機(jī)的有效干擾,并使其獲得錯(cuò)誤的PVT信息。欺騙式干擾又可以細(xì)分為自主式的欺騙干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式的欺騙干擾。欺騙干擾的目的是故意制造虛假的信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)偽裝,很像敵方設(shè)備期望的信號(hào),從而誘使敵方錯(cuò)誤地理解或使用獲得的信息。欺騙干擾的目的并不是用外部噪聲來(lái)壓制被干擾系統(tǒng),使其不能探測(cè)真實(shí)信號(hào),而是故意制造虛假的信號(hào)。專(zhuān)業(yè)GPS接收機(jī)的其中一項(xiàng)重要功能就是反欺干擾能力,GPS干擾欺騙的原理是偽裝成一顆偽衛(wèi)星進(jìn)行播發(fā)定位數(shù)據(jù)。從而欺騙接收機(jī)。相比于自主式欺騙干擾不依賴GPS系統(tǒng),直接自主產(chǎn)生導(dǎo)航信號(hào)來(lái)發(fā)送給用戶接收機(jī)的這種方式,轉(zhuǎn)發(fā)式的欺騙干擾這種方式中GPS系統(tǒng)并不能直接給出目標(biāo)地點(diǎn)的位置信息,需要對(duì)自身的時(shí)間和位置進(jìn)行計(jì)算,由于干擾類(lèi)型的不同,將會(huì)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)產(chǎn)生不同的定位影響,因此針對(duì)不同的干擾類(lèi)型,需要制定具有針對(duì)性的解決方案,從而有效解決這些潛在的問(wèn)題。

3 高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾技術(shù)

3.1 合理采用壓制式干擾 壓制式干擾是在敵方導(dǎo)航系統(tǒng)中注入干擾信號(hào)以使真實(shí)目標(biāo)回波信號(hào)被干擾淹沒(méi)的一種有源干擾方式。它主要通過(guò)在導(dǎo)航系統(tǒng)的調(diào)諧頻帶上產(chǎn)生寬帶或窄帶的有源噪聲信號(hào),在空間輻射形成壓制干擾環(huán)境,人為地把噪聲傳給導(dǎo)航系統(tǒng)的接收天線,增大其輸入端的噪聲水平,降低其信噪比,從而干擾導(dǎo)航系統(tǒng)正常工作。從原理上說(shuō),由于壓制干擾信號(hào)具有與導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)內(nèi)部噪聲相似的特性,因而導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)很難擺脫這種性質(zhì)的有源干擾。針對(duì)不同的要求,壓制干擾系統(tǒng)可以提供多種不同的干擾方式,抑制干擾是影響較為嚴(yán)重的一種干擾的形式,主要包括寬帶干擾方式和窄帶跟蹤干擾方式,采取時(shí)空濾波的方式能夠有效地抑制寬帶干擾,而采取頻域?yàn)V波的方式則能夠有效地應(yīng)對(duì)較為嚴(yán)重的窄帶干擾。有關(guān)技術(shù)人員要想最大程度地發(fā)揮出抗干擾技術(shù)的效能,就需要將各種技術(shù)組合起來(lái),以應(yīng)對(duì)不同類(lèi)型的干擾,從而提高衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)抗干擾技術(shù)的效能。

3.2 加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)工作 針對(duì)不同的干擾形式,需要使用不同的抗干擾方法,如果在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中只選擇其中一種抗干擾方法,則無(wú)法達(dá)到預(yù)期的衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾天線效果,這就要求在實(shí)踐過(guò)程中有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)具備將不同的抗干擾技術(shù)有機(jī)地組合在一起的能力。除此之外,技術(shù)人員還應(yīng)利用合適的原理和公式來(lái)對(duì)其所使用的抗干擾技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充,保證計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此,有關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn),提高其專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和工作能力,全面提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)的抗干擾能力。

4 小結(jié)

綜上所述,高精度衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)目前極易受到各種外部電磁因素的干擾,傳統(tǒng)的單一抗干擾方式已經(jīng)不能夠解決目前存在的問(wèn)題,必須運(yùn)用多維域?yàn)V波等方式來(lái)解決目前存在的干擾問(wèn)題,從而進(jìn)一步地強(qiáng)化衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的抗干擾性能。