李孟學(xué)丁翠環(huán)

（1.92213部隊，廣東 湛江 524022；2.91388部隊，廣東 湛江 524022）

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衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾接收系統(tǒng)技術(shù)研究

李孟學(xué)1丁翠環(huán)2

（1.92213部隊，廣東 湛江 524022；2.91388部隊，廣東 湛江 524022）

摘 要：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有連續(xù)性和實時性的特點，它能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位，因而在軍事及其他領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是，隨著科技的不斷發(fā)展與進步，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所處的工作環(huán)境也越來越復(fù)雜化，衛(wèi)星信號很容易受到各種因素的干擾。因此，分析衛(wèi)星導(dǎo)航受干擾的原因，研究衛(wèi)星抗干擾技術(shù)，對提高衛(wèi)星的使用效果具有重要的意義。本文就衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受干擾的原因進行分析，研究衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)，提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾性能，使其更好地為人們服務(wù)。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航；抗干擾；接收系統(tǒng)

隨著科技的不斷發(fā)展與進步，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用到軍事及其他領(lǐng)域。但是，隨著經(jīng)濟的全球化，人類的價值取向不斷地發(fā)生變化。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所處的工作環(huán)境也日益復(fù)雜。衛(wèi)星信號很容易受到有意或者無意的干擾。因此，研究衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受干擾的原因及提高衛(wèi)星抗干擾能力成為當(dāng)今重要的課題之一。

一、衛(wèi)星受到干擾的原因

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受到復(fù)雜的電磁干擾。隨著電子信息技術(shù)的普及，頻譜資源越來越稀缺，諸多系統(tǒng)的頻譜相互影響。由于導(dǎo)航信號到達地面的功率很小，特別容易受到外界的干擾。常見的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)干擾分為有意干擾和無意的干擾。無意的干擾主要是指其他衛(wèi)星、移動電話以及電視臺等的射頻源發(fā)出的信號。有意的干擾主要是指人為的干擾。由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位功能，在軍事及國防安全領(lǐng)域被廣泛的使用。在戰(zhàn)爭時期，信號必然會受到強烈的干擾。就目前而言，對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)造成嚴重威脅的主要有先進的電子技術(shù)。通過近年來的伊拉克局部戰(zhàn)爭，人們對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢和弱點有了充分的認識。“導(dǎo)航戰(zhàn)”成了新時代的戰(zhàn)樣式，它主要是利用衛(wèi)星導(dǎo)航，干擾或者阻止對方利用導(dǎo)航衛(wèi)星，保證自己的衛(wèi)星導(dǎo)航正常的工作。

二、常用衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)分析

所謂抗干擾技術(shù)就是利用一定的方法對衛(wèi)星信息接收和傳遞方式及功率進行處理，使衛(wèi)星接收自己所需的信號。常見的衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)主要有以下幾種：

1. 利用虛擬衛(wèi)星法。虛擬衛(wèi)星法就是在地面上設(shè)定一個發(fā)射裝置或小衛(wèi)星來模擬衛(wèi)星發(fā)射信號，或者通過無人駕駛飛行器，阻止干擾方分清真正的導(dǎo)航衛(wèi)星，增加干擾的難度及成本。這種方法一般適用于軍事領(lǐng)域，特別是在戰(zhàn)爭的時候。

2. 利用天線抗干擾法。天線抗干擾法是衛(wèi)星通信中最常用的方法，具體分為智能天線技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)零天線以及多波速天線等。智能天線是一種新型天線，他安裝在衛(wèi)星信號接收處。能夠產(chǎn)生很多波速，依照制定的工作區(qū)，使系統(tǒng)達到完美的工作狀態(tài)。自適應(yīng)調(diào)零天線是對天線的陣元進行加權(quán)處理，使干擾源方向調(diào)零，從而減少或者降低干擾的程度。多波速天線是通過改變光速的方向和范圍，依照自身的需要來調(diào)整光速，從而達到提升抗干擾能力的目的。

3. 利用擴展譜頻來抗干擾法。由于衛(wèi)星的干擾源具有不固定的特點，擴展譜頻在無線電子應(yīng)用上具有明顯的優(yōu)勢，因此，該種方法尤為重要。擴展譜頻主要有兩種方法，一種是調(diào)頻抗干擾，另外一種是直接序列擴頻。

調(diào)頻抗干擾是指利用預(yù)先設(shè)定的頻率中隨機選擇，由于時間和頻率都不確定，信號的傳遞很難被掌控，因此很難受到干擾。當(dāng)發(fā)射的衛(wèi)星跳頻到達4000跳每秒時，抗干擾能力超強。

直接序列擴頻是通過改變衛(wèi)星的接收信號，將之變成窄帶信號，將干擾信號轉(zhuǎn)換成寬的信號，通過這種方法對干擾源的能量進行過濾，大大提高抗干擾能力。就目前而言，直接序列擴頻的方法比較成熟，應(yīng)用十分廣泛。

4. 利用光通信。光通信是衛(wèi)星導(dǎo)航目前很熱門的一項技術(shù)，與電磁傳輸相比，光傳遞具有不易被干擾的明顯優(yōu)勢，容量可以達到1G/t，目前，許多國家都積極研究光通信技術(shù)，一些國家已經(jīng)將之成功應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，在抗干擾能力上表現(xiàn)突出。

5. 利用編碼調(diào)制法。采用編碼調(diào)制的方法可以糾正衛(wèi)星的差錯，每當(dāng)衛(wèi)星受到干擾的時候，系統(tǒng)會優(yōu)先選擇級聯(lián)編碼技術(shù)，這種編碼相對與其他編碼具有明顯的組合優(yōu)勢。常用的編碼有自正交卷積碼門譯碼、vitebi譯碼、BCH碼等。隨著近年來數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，級聯(lián)編碼技術(shù)的使用越來越廣泛。

PSK技術(shù)也適用于衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)，系統(tǒng)通過合適的編碼，不僅能夠提升衛(wèi)星系統(tǒng)的性能，還能夠有效提高抗干擾的能力，保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正常地工作。

6. 限幅技術(shù)。限幅技術(shù)作為目前十分普遍的一種衛(wèi)星抗干擾技術(shù)，無論是在科技和經(jīng)濟發(fā)達的美國的GPS系統(tǒng)里中，還是在俄羅斯一些國家的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中都有廣泛的使用，這種技術(shù)的原理是為了提防衛(wèi)星發(fā)射器出現(xiàn)飽和，而產(chǎn)生無法發(fā)射信號的情況。

常見的限幅技術(shù)分為軟限幅和硬限幅兩種。軟限幅是指工作區(qū)域有兩個，分別為限幅區(qū)和線性區(qū)，性能比硬限幅要好得多。硬限幅是指利用增加大的信號來減小小的信號源，工作的壓縮比率受干擾源的影響。當(dāng)系統(tǒng)不斷遭遇干擾是，壓縮比率就會大大增強。

衛(wèi)星抗干擾技術(shù)是為了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方面，通過現(xiàn)有的抗干擾技術(shù)，研究出低成本，有效的抗干擾技術(shù)，對提升衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的作用，具有很大的意義。

三、常用衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)應(yīng)用實例

常用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如GPS系統(tǒng)，采用了抗干擾技術(shù)，使其能夠更好地定位，從而實現(xiàn)正常工作。

GPS系統(tǒng)是一個全球與全天候且連續(xù)實時的精確定位系統(tǒng)。它由發(fā)射信號的空間衛(wèi)星座和用戶終端機地面操作控制網(wǎng)組成。在軍用和民用方面都有廣泛的用途。由于GPS系統(tǒng)在設(shè)計的時候，它主要是以實時定位精確而制定的，是在沒有考慮外界干擾的情況下工作的能力。在信息化飛速發(fā)展的今天，GPS定位系統(tǒng)的安全運行存在各種威脅。人們就GPS系統(tǒng)采取以下措施，提高GPS系統(tǒng)的抗干擾能力。

1. 通過增加GPS的發(fā)射功率，提高GPS抗干擾的能力。因為GPS系統(tǒng)傳遞到地面的功率小，所以提高GPS系統(tǒng)的發(fā)射功率，可以有效提高GPS系統(tǒng)的抗干擾能力。受太空環(huán)境的影響，增強GPS的發(fā)射功率，成本較高，整個GPS系統(tǒng)的設(shè)計造價也會隨之提高。但是，為了保證地面微波通信系統(tǒng)能夠正常地工作，國際電信聯(lián)盟對衛(wèi)星傳遞到地面的功率有一定限制，因此，通過增加GPS的發(fā)射功率，不能從根本上解決GPS抗干擾問題。不過，對降低GPS接收機性能指標(biāo)和成本來說，提高衛(wèi)星的發(fā)射功率，在干擾去增加高增益天線，不僅能夠提高輻射的能量，也能夠避免衛(wèi)星的輸出功率過大。

2. 一些軍用GPS接收機通過采用保密結(jié)構(gòu)，防止信號受到干擾。美國通過反電子欺騙技術(shù)，利用P碼加密，編譯成Y碼，只有有權(quán)限的用戶才能夠全面獲得精確的GPS定位功能。因此，軍用的GPS系統(tǒng)必須具備專用的硬件，才能夠存儲及處理秘密信息，從而使用反電子欺騙技術(shù)，達到抗干擾的目的。

3. 利用衛(wèi)星導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航組合技術(shù)

通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與慣性導(dǎo)航組合，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)承受射頻干擾時，通過慣性系統(tǒng)能夠衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)連續(xù)導(dǎo)航功能，從而完成導(dǎo)航任務(wù)。當(dāng)干擾消失后，慣導(dǎo)系統(tǒng)又能夠協(xié)助衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重新獲得信號。我們可以利用慣導(dǎo)系統(tǒng)提供的平臺速度信息，幫助GPS接收機的載波環(huán)與碼環(huán)，GPS接受機的環(huán)路帶寬設(shè)計很窄，可以有效提高GPS接收機的信號干擾比。與此同時，即使GPS接收機因干擾而短時間收不到信號，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的速度輔助仍然會對其繼續(xù)保持跟蹤。使用這種組合技術(shù)能夠?qū)⑾到y(tǒng)的抗干擾能力提高10dB～15dB。目前，這種組合導(dǎo)航方式在軍用飛機、巡航導(dǎo)彈、精確制導(dǎo)炸彈、軍艦等方面得到了廣泛地應(yīng)用。

4. 攻擊GPS干擾機

（1）對GPS干擾源進行探測和定位。對GPS干擾源進行探測和定位系統(tǒng)能夠阻斷或干擾GPS的射頻信號進行定位，通過探測GPS的無意干擾或人為干擾，收集相關(guān)的干擾源詳細信息，進而采取相應(yīng)的保護措施。提高GPS的抗干擾性能能夠使敵方增加干擾機的信號功率，從而維持它的有效性，使干擾機的尺寸和射頻能量得到增加，致使干擾源受到偵察和反擊導(dǎo)彈的攻擊。倘若接收機的抗干擾能力能提高18dB，就會使干擾機發(fā)射功率增加，從而容易受到反干擾輻射導(dǎo)彈的攻擊；如果接收機的抗干擾能力提高40dB或者更多，干擾機就更容易遭受攻擊，從而保證了GPS系統(tǒng)的穩(wěn)固性。

（2）對干擾源的攻擊

攻擊GPS干擾機是目前常用的方法，當(dāng)前正在開發(fā)一種具有對干擾源進行攻擊的改進型高速反干擾輻射導(dǎo)彈。但是，成本相對較高，限制了這種方法的使用。因此高速反干擾輻射導(dǎo)彈只能用于高價值目標(biāo)，如飛機上的高功率干擾機，或者用于利用手段無能為力的干擾機。

結(jié)語

總之，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在軍事及民用或其他領(lǐng)域上應(yīng)用越來越廣泛，伴隨著科技的進步，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作環(huán)境日益復(fù)雜，衛(wèi)星導(dǎo)航的安全問題也越來越突出，面對當(dāng)今復(fù)雜的國際形勢，我們應(yīng)該積極地發(fā)展我國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過借鑒各國的抗干擾技術(shù)，研究更多更有效的抗干擾措施，從而保證衛(wèi)星系統(tǒng)更好地發(fā)揮作用。

參考文獻

［1］徐勇祥.GPS干擾模式研究［D］.合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

中圖分類號：TN82

文獻標(biāo)識碼：A