伍 俊 潘 定

湖南衛(wèi)導(dǎo)信息科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410005

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全球全時(shí)限特性，且具有信息實(shí)時(shí)性以及信息精度準(zhǔn)確的特點(diǎn)，可以隨時(shí)進(jìn)行其載體的位置以及運(yùn)行速度的精準(zhǔn)測(cè)定，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在軍事方面和民用各行業(yè)中?，F(xiàn)在世界上有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，分別是美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)、前蘇聯(lián)/俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、歐洲航天局的伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)和中國(guó)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。我國(guó)自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)，所提供的信息內(nèi)容廣泛而豐富，不僅可以滿(mǎn)足國(guó)家軍事防御，還被應(yīng)用在很多民用行業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備了更多的關(guān)于民用方面的功能，比如可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人用戶(hù)的位置定位，進(jìn)行道路交通的定位和情況監(jiān)測(cè)，用于氣象信息觀測(cè)、航空運(yùn)輸信息采集、應(yīng)急救援等諸多方面，為人們的生活工作帶來(lái)了更多的便利。

1 衛(wèi)星導(dǎo)航及信號(hào)干擾概述

導(dǎo)航衛(wèi)星是指人造地球衛(wèi)星，其從衛(wèi)星上進(jìn)行發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，服務(wù)于地面、空中、海洋以及各空間用戶(hù)，實(shí)現(xiàn)各用戶(hù)所需的信息定位。其中每個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)均有其相應(yīng)的設(shè)備配置、特定的工作頻段、定位機(jī)理和其相應(yīng)的星歷信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都有著不同之處，但是關(guān)于衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾的技術(shù)均屬于普遍性應(yīng)用。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)隨科技能力的提高而不斷發(fā)展創(chuàng)新，在當(dāng)下已經(jīng)有了較為豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和成果，可是面對(duì)日益復(fù)雜的無(wú)線(xiàn)電環(huán)境，在衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)的應(yīng)用方面仍存在一些問(wèn)題需要解決。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最大的弱點(diǎn)就是在越接近地球表面時(shí)信號(hào)衰減最嚴(yán)重，此時(shí)空間內(nèi)的低功率無(wú)線(xiàn)電信號(hào)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)造成的干擾也最嚴(yán)重。而衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力不大，碼元以及載波在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力低下時(shí)極易丟失。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)頻率以及調(diào)制特性公開(kāi)，其數(shù)據(jù)的傳輸格式固定，很容易對(duì)接收機(jī)進(jìn)行欺騙式干擾。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的這些弱性特點(diǎn)使得接收機(jī)在復(fù)雜的干擾環(huán)境中會(huì)逐漸失去穩(wěn)定的工作性能，嚴(yán)重情況下可完全喪失定位功能。

衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)干擾從信號(hào)類(lèi)型方面進(jìn)行劃分，分別是調(diào)幅等幅波，窄帶頻率調(diào)制信號(hào)，寬帶頻率調(diào)制信號(hào)，掃描等幅波，相移鍵控法(PSK)偽噪聲等。從目前衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)方面進(jìn)行劃分，分別是壓制干擾和模擬性干擾，模擬性干擾又稱(chēng)欺騙式干擾。本文主要從衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)方面對(duì)目前衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接受的兩種干擾體制進(jìn)行分析。

壓制干擾：此干擾體制對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)產(chǎn)生的危害性最大，其通過(guò)干擾信號(hào)直接到達(dá)接收機(jī)對(duì)用戶(hù)所需的信號(hào)進(jìn)行淹沒(méi)，導(dǎo)致正常信號(hào)無(wú)法被解讀，信息丟失，最終可造成接收機(jī)無(wú)法正常接收和追蹤衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，達(dá)到干擾目的。壓制干擾一般為瞄準(zhǔn)式、相關(guān)式以及阻塞式三種碼型。這三種壓制干擾通過(guò)不同的形式以及特點(diǎn)實(shí)施信號(hào)干擾，對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)造成危害。

欺騙式干擾：是以假信號(hào)形式出現(xiàn)的干擾信號(hào)，通過(guò)讓接收機(jī)對(duì)假信號(hào)的接收進(jìn)行錯(cuò)誤信息傳輸，達(dá)到其干擾衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的目的。欺騙式干擾的表現(xiàn)形式有兩種：轉(zhuǎn)發(fā)式和產(chǎn)生式。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾通過(guò)將衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)延時(shí)并且放大進(jìn)行發(fā)送的干擾方式，使到達(dá)接收機(jī)端的信號(hào)與真實(shí)信號(hào)發(fā)生時(shí)間上的延遲，造成信息錯(cuò)誤，失去導(dǎo)航功能。產(chǎn)生式干擾是通過(guò)制作與真實(shí)信號(hào)相近的假信號(hào)對(duì)接收機(jī)實(shí)施“欺騙”行為，造成接收機(jī)接收到虛假信息。因?yàn)槿藗儧](méi)有辦法預(yù)先進(jìn)行長(zhǎng)碼信息的解讀，所以抗干擾技術(shù)無(wú)法對(duì)產(chǎn)生式干擾進(jìn)行抑制。

2 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)存在問(wèn)題分析

伴隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)以及其信號(hào)抗干擾技術(shù)能力的發(fā)展提高，對(duì)于窄帶信號(hào)干擾的抗干擾技術(shù)能力較為成熟，寬帶干擾和多徑干擾兩種抗干擾技術(shù)是當(dāng)前進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)應(yīng)用和研究的主要領(lǐng)域，雖然這兩種技術(shù)有了一定成熟發(fā)展，但是仍存在一些尚未解決的問(wèn)題。具體分析如下：

2.1 寬帶干擾技術(shù)

寬帶干擾技術(shù)采用抑制方法，通過(guò)天線(xiàn)陣和濾波技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用，再輔以其他技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前對(duì)于此技術(shù)的研究重點(diǎn)在于如何優(yōu)化空時(shí)自適應(yīng)處理算法、自適應(yīng)算法的穩(wěn)健性、多干擾類(lèi)型的抑制等。其中子空間投影技術(shù)因?yàn)槠溆?jì)算的復(fù)雜度較低和具有相對(duì)來(lái)說(shuō)較好的抑制干擾信號(hào)的效果，使其與各域?yàn)V波技術(shù)被廣泛應(yīng)用和研究。

目前對(duì)于寬帶干擾技術(shù)的問(wèn)題及其研究較困難的方面為：當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和干擾信號(hào)存在相同的方向，相應(yīng)的干擾抑制和高動(dòng)態(tài)下的抗干擾算法，同時(shí)多個(gè)類(lèi)型的寬帶干擾同時(shí)抑制等。目前已有關(guān)于此問(wèn)題的研究措施和算法，但其方法有效性均不高，而且多是針對(duì)某一難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行的，起不到系統(tǒng)解決的作用，目前所研究的方法和策略在有效性以及實(shí)用性方面都存在欠缺。同時(shí)對(duì)于脈沖干擾信號(hào)的抗干擾技術(shù)目前研究尚少，特別是對(duì)于超寬帶、長(zhǎng)時(shí)間、均勻頻譜的信號(hào)干擾，缺少相對(duì)應(yīng)的解決措施。

2.2 多徑干擾技術(shù)

多徑干擾技術(shù)原理為通過(guò)接收機(jī)的前段、內(nèi)部信號(hào)、定位結(jié)果幾方面消除干擾信號(hào)，應(yīng)用較為廣泛的是特殊類(lèi)型的天線(xiàn)技術(shù)以及MEDLL 技術(shù)。當(dāng)前此技術(shù)的研究重心為抑制天線(xiàn)上方的多徑信號(hào)，以及在快速變換環(huán)境中進(jìn)行多徑抑制等。

3 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力探析

衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)一般有接收機(jī)抗干擾、星上抗干擾和輔助抗干擾三種技術(shù)。星上抗干擾技術(shù)需要進(jìn)行衛(wèi)星優(yōu)化，提高衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的發(fā)射功率、改善信息碼結(jié)構(gòu)及在衛(wèi)星上實(shí)施其他先進(jìn)的技術(shù)。輔助抗干擾技術(shù)主要是改善衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)系統(tǒng)，通過(guò)借助其他導(dǎo)航設(shè)施，來(lái)不斷提高定位準(zhǔn)確度和其抗干擾的能力，比如將衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，通過(guò)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行抗干擾能力的提升。其中星上抗干擾和輔助抗干擾需要過(guò)高的技術(shù)成本，技術(shù)實(shí)現(xiàn)較困難，所以目前衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)研究和應(yīng)用多采用接收機(jī)抗干擾。下面主要對(duì)接收機(jī)抗干擾能力和技術(shù)進(jìn)行探析，通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的接收機(jī)進(jìn)行抗干擾，一般考慮和研究窄帶信號(hào)干擾、寬帶信號(hào)干擾、多徑信號(hào)干擾三種信號(hào)干擾類(lèi)型。接收機(jī)抗干擾技術(shù)主要分為按接收機(jī)模塊實(shí)施抗干擾和自適應(yīng)濾波技術(shù)兩方面。具體分析研究如下：

3.1 按接收機(jī)不同模塊實(shí)施抗干擾技術(shù)

3.1.1 天線(xiàn)抗干擾技術(shù)

接收機(jī)天線(xiàn)可以使極微弱的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，以電流形式進(jìn)行信號(hào)采集處理。天線(xiàn)可以分為單極、微波傳輸帶、四線(xiàn)螺旋形、錐形等類(lèi)型，其中微波傳輸帶天線(xiàn)和四線(xiàn)螺旋天線(xiàn)較為廣泛應(yīng)用。對(duì)于天線(xiàn)的技術(shù)方面要求有：可以全方位接受衛(wèi)星信號(hào)，有可靠的防護(hù)以及屏蔽措施來(lái)抑制多徑效應(yīng)，天線(xiàn)的相位中心與其幾何中心位置保持一致性，并且相位中心必須保持一定的高度。當(dāng)前接收機(jī)天線(xiàn)通常采用的是天線(xiàn)陣列方法，通過(guò)輔以特殊的天線(xiàn)，對(duì)抑制寬帶干擾和多徑信號(hào)干擾可以起到很好的作用。

3.1.2 射頻前段干擾技術(shù)

射頻前段是指從天線(xiàn)處理開(kāi)始到其基帶處理之間的部件，是接收機(jī)進(jìn)行工作的基礎(chǔ)。其功能是使射頻信號(hào)轉(zhuǎn)成中頻信號(hào)，使之滿(mǎn)足信號(hào)處理器所需。在進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中通過(guò)抑制其他干擾信號(hào)，提高有用信號(hào)的接受水平。主要分為前端濾波技術(shù)、射頻干擾檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)增益控制技術(shù)。前端濾波技術(shù)是通過(guò)前置濾波器進(jìn)行逐級(jí)濾波，使末級(jí)中頻在進(jìn)行變頻過(guò)程時(shí)輸出較窄的濾波帶寬，可以有效提高接收機(jī)機(jī)帶外射頻信號(hào)干擾的能力，還可以更好的降低中頻轉(zhuǎn)變過(guò)程中奈奎斯特采樣的限制，具有較強(qiáng)的抵抗外界強(qiáng)功率信號(hào)干擾的能力。其中射頻干擾檢測(cè)技術(shù)通過(guò)檢測(cè)射頻干擾信號(hào)來(lái)判斷干擾信號(hào)強(qiáng)度。自動(dòng)增益控制技術(shù)是通過(guò)在電路中放大其增益，從而使其隨信號(hào)強(qiáng)度的變化而不斷進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的控制方法。

3.1.3 基帶處理

基帶處理的效果與接收機(jī)的定位精度和靈敏度指標(biāo)之間存在直接關(guān)系，其作用有搜素、追蹤衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，并對(duì)有關(guān)的電文數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)和解調(diào)，測(cè)量偽距和載波相位等?；鶐幚砑夹g(shù)可以有效增強(qiáng)接收機(jī)對(duì)于抗擊寬帶性能有較好的作用，同時(shí)對(duì)于多徑信號(hào)干擾有一定的抑制輔助作用。

3.2 自適應(yīng)濾波技術(shù)

通過(guò)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)抗干擾技術(shù)方法除上述內(nèi)容之外，還有濾波技術(shù)，這是接收機(jī)抗干擾的根本技術(shù)。該技術(shù)是通過(guò)信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)濾波處理，主要可以分為頻域、時(shí)域、空域?yàn)V波來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波處理，有效抗擊窄帶、寬帶和多徑信號(hào)的干擾。時(shí)域?yàn)V波技術(shù)主要可以消除窄帶噪聲以及連續(xù)波的信號(hào)干擾，其效果最為明顯，同時(shí)對(duì)于多徑信號(hào)干擾和回波消除問(wèn)題有一定的抑制作用。頻域?yàn)V波技術(shù)多應(yīng)用在窄帶信號(hào)干擾、連續(xù)波信號(hào)干擾以及強(qiáng)帶外信號(hào)干擾?？沼?yàn)V波技術(shù)對(duì)多徑信號(hào)干擾、窄帶信號(hào)干擾和寬帶信號(hào)干擾都有較明顯抑制作用。

4 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)多年的研究和應(yīng)用創(chuàng)新使衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)得到了很大進(jìn)步和發(fā)展，目前衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力有了很大提高。當(dāng)今社會(huì)，數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，信息科技不斷發(fā)展應(yīng)用，無(wú)論是軟件還是硬件設(shè)施與之前相比都有了極大的進(jìn)步，提升了先進(jìn)程度。結(jié)合時(shí)代背景和信息科技技術(shù)的發(fā)展，可以進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)能力方面的展望及研究。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力提高的技術(shù)展望主要表現(xiàn)在以下兩方面：

4.1 數(shù)字信息化與硬件算法的共同發(fā)展進(jìn)步

隨著數(shù)字信息的飛速發(fā)展，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步提高，將來(lái)會(huì)在很大程度上應(yīng)用于提高導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)的抗干擾技術(shù)方面，使其抗干擾能力得到極大提高，也會(huì)很大程度上提高定位接收機(jī)的數(shù)字化程度。自適應(yīng)算法在目前硬件設(shè)施上運(yùn)用存在較困難的現(xiàn)狀，隨著數(shù)據(jù)科技的發(fā)展，這一難題也將會(huì)得到解決，使抗干擾算法向著更加高速、實(shí)時(shí)的方向發(fā)展。

4.2 實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的多功能性和智能化

目前在衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)方面多為針對(duì)特定的一類(lèi)干擾信號(hào)進(jìn)行研究和應(yīng)用，缺少同時(shí)對(duì)多種干擾信號(hào)進(jìn)行抑制的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)接收機(jī)抗干擾信號(hào)的多功能和智能化是其今后的發(fā)展方向和趨勢(shì)，信息科技的發(fā)展為其實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)保障。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，對(duì)其信號(hào)干擾的特點(diǎn)進(jìn)行研究，分析衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力方面存在的現(xiàn)狀問(wèn)題，研究目前衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)，進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力探析，并對(duì)其抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究，希望研究?jī)?nèi)容對(duì)于提高我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)抗干擾能力技術(shù)的研究應(yīng)用有所幫助。