張啟福，徐世成，王 章，劉志全，李健睿，劉興宇，常 凱

基于“導(dǎo)航戰(zhàn)”的北斗衛(wèi)星定位抗干擾策略

張啟福，徐世成，王 章，劉志全，李健睿，劉興宇，常 凱

（95972部隊(duì)，甘肅 酒泉 735018）

為了進(jìn)一步加強(qiáng)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的抗干擾應(yīng)用，立足“導(dǎo)航戰(zhàn)”理念，提出電磁干擾環(huán)境下北斗衛(wèi)星定位抗干擾策略：在總結(jié)北斗衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)和特性的基礎(chǔ)上，查找北斗接收機(jī)面臨人為干擾的薄弱環(huán)節(jié)，并重點(diǎn)對(duì)壓制式、欺騙式和組合式干擾的機(jī)理、特點(diǎn)等進(jìn)行分析；結(jié)合“導(dǎo)航戰(zhàn)”3種屬性進(jìn)行逆向思維，從可用信號(hào)增強(qiáng)、干擾信號(hào)抵消、其他定位輔助等3個(gè)角度設(shè)計(jì)抗干擾總體策略；最后針對(duì)接收機(jī)抗干擾，提出一種“圓形陣列天線(xiàn)/空時(shí)域?yàn)V波”的壓制式干擾對(duì)抗策略，以及慣導(dǎo)輔助定位、基于寬窄巷組合的載波相位差分等2種欺騙式干擾對(duì)抗策略。研究結(jié)果可為“導(dǎo)航戰(zhàn)”理念實(shí)戰(zhàn)轉(zhuǎn)化和接收機(jī)抗干擾相關(guān)研究提供參考。

導(dǎo)航戰(zhàn)；北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)（BDS）；抗干擾策略；陣列天線(xiàn)；空時(shí)域；慣導(dǎo)輔助；差分

0 引言

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)作為一項(xiàng)革命性技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、海上航行、測(cè)量勘探、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面，尤其是在航空航天、武器制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域的應(yīng)用不斷成熟和拓展；不僅能有效提升武器系統(tǒng)的打擊精度，而且可實(shí)現(xiàn)體系化對(duì)抗、空地指揮等全天候、實(shí)時(shí)性協(xié)同作戰(zhàn)，備受各國(guó)重視。作為目前成熟運(yùn)行的四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，我國(guó)的北斗系統(tǒng)經(jīng)歷了三步走發(fā)展戰(zhàn)略，于2020年7月初步建成北斗三號(hào)[1]，突破了導(dǎo)航“壟斷”，正在逐漸深化軍事應(yīng)用。但是隨著“導(dǎo)航戰(zhàn)”理念的提出、推廣和實(shí)踐，安全與對(duì)抗必將是北斗衛(wèi)星定位面臨的緊迫問(wèn)題?！皩?dǎo)航戰(zhàn)”是指在戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境下，一方面優(yōu)先保證己方充分利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位，另一方面干擾、阻止敵方利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位，并同時(shí)保證在敵對(duì)區(qū)以外的民用不受影響而采取的措施和行動(dòng)。

在第一次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍還依靠全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）制導(dǎo)武器的優(yōu)勢(shì)，取得了很大的軍事效益；但到了第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，以及后續(xù)的幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，干擾系統(tǒng)的出現(xiàn)，讓制導(dǎo)武器、無(wú)人機(jī)等攻擊效能大打折扣，美國(guó)RQ-170無(wú)人機(jī)、MQ-9無(wú)人機(jī)等先后被干擾捕獲或摧毀[2]，讓人們深刻認(rèn)識(shí)到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)既有可靠性，又有抗干擾能力不足的缺點(diǎn)。

作為導(dǎo)航系統(tǒng)中的新興力量，北斗衛(wèi)星定位無(wú)論從信號(hào)結(jié)構(gòu)、二次調(diào)制，還是星間鏈路等方面都做了抗干擾的相關(guān)工作；但是在信息化的今天，面對(duì)日益惡劣的復(fù)雜電磁環(huán)境和層出不窮的干擾手段，以及“導(dǎo)航戰(zhàn)”的實(shí)戰(zhàn)轉(zhuǎn)化，北斗衛(wèi)星定位接收機(jī)的處境更加艱難，且面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，加強(qiáng)其抗干擾應(yīng)用十分必要。

1 北斗衛(wèi)星定位信號(hào)結(jié)構(gòu)及特性

1.1 北斗衛(wèi)星定位信號(hào)組成

北斗衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)空間星座上的靜止軌道衛(wèi)星、中圓地球軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星等三類(lèi)衛(wèi)星播發(fā)。北斗二號(hào)提供3路公開(kāi)、 3路授權(quán)信號(hào)，即B1、B2和B3三個(gè)中心頻率上正交調(diào)制的I、Q 2個(gè)支路信號(hào)；北斗三號(hào)擴(kuò)展形成5路公開(kāi)、3路授權(quán)信號(hào)，根據(jù)北斗系統(tǒng)最新空間接口信號(hào)控制文件（signal in space interface control document，ICD）[1]顯示，公開(kāi)信號(hào)包括B1I、B1C、B2a、B2b、B3I，授權(quán)信號(hào)包括B1A、B3Q、B3A。這些信號(hào)在頻率、帶寬、碼率、調(diào)制方式上各有不同，但是許多信息都是公開(kāi)的，這就極易被針對(duì)性干擾。

B1I、B3I信號(hào)在北斗二號(hào)、三號(hào)中延續(xù)使用，在全部衛(wèi)星上播發(fā)，并提供公開(kāi)服務(wù)，具有一定代表性，下面均以B1I信號(hào)為例進(jìn)行分析。B1I信號(hào)從結(jié)構(gòu)上可分為載波、偽碼和數(shù)據(jù)碼等3個(gè)層次。其中：載波是信號(hào)的最底層，是以1561.098 MHz中心頻率傳播的正弦波；偽碼是位于載波之上的第二層，是由2個(gè)11級(jí)線(xiàn)性移位寄存器產(chǎn)生的一串隨機(jī)的、有良好自相關(guān)和互相關(guān)性的二進(jìn)制數(shù)；數(shù)據(jù)碼是第三層，是調(diào)制在偽碼上的一列載有導(dǎo)航電文的二進(jìn)制碼。通過(guò)這3層信息的相互配合，即可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)的傳輸和接收機(jī)定位。

1.2 北斗衛(wèi)星定位信號(hào)特性

北斗衛(wèi)星信號(hào)特性主要體現(xiàn)在接收解調(diào)過(guò)程，包括衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射、空間傳輸、接收解算等3個(gè)部分。

在衛(wèi)星發(fā)射端，北斗衛(wèi)星首先將數(shù)據(jù)碼與偽碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)低碼率數(shù)據(jù)碼（D1導(dǎo)航電文，碼寬20 ms）對(duì)高碼率偽碼（周期1 ms）的擴(kuò)頻調(diào)制，并形成組合碼。在空間傳輸中，組合碼對(duì)載波B1進(jìn)行二進(jìn)制相移鍵控（binary phase shift keying，BPSK）調(diào)制，然后將已調(diào)信號(hào)在B1中心頻率上空間傳輸，最終到達(dá)接收機(jī)通道。在接收機(jī)端，首先對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)，實(shí)現(xiàn)組合碼分離；然后將組合碼與接收機(jī)內(nèi)部復(fù)制的偽碼進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，依靠偽碼的強(qiáng)自相關(guān)性，一方面剝離偽碼，提取數(shù)據(jù)碼，完成解擴(kuò)，另一方面獲取偽碼的自相關(guān)峰值，測(cè)量碼相位，解算偽距。自此實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)三層結(jié)構(gòu)的先組合、后分離，有效獲取衛(wèi)星位置、接收機(jī)鐘差、偽距、大氣延時(shí)等信息，完成接收機(jī)定位。

通過(guò)上述分析可知，面對(duì)信號(hào)傳輸?shù)拈_(kāi)放環(huán)境和諸多核心信息公開(kāi)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位受干擾的威脅十分明顯，主要體現(xiàn)在信號(hào)傳輸、信號(hào)鎖定、組合碼解擴(kuò)、定位解算等方面，尤其是面對(duì)敵意的人為干擾，這些薄弱環(huán)節(jié)都會(huì)成為干擾入侵的可乘之機(jī)，需要重點(diǎn)研究。

2 人為干擾的機(jī)理分析

2.1 人為干擾的分類(lèi)

人為干擾是一種典型的敵意電磁干擾，是在一定的空、時(shí)、頻及功率域內(nèi)，專(zhuān)門(mén)針對(duì)北斗衛(wèi)星信號(hào)的薄弱環(huán)節(jié)，人為制造指向性干擾、大能量輻射等電磁攻擊，擾亂、破壞、誘導(dǎo)北斗衛(wèi)星定位接收機(jī)工作過(guò)程。

從接收機(jī)應(yīng)用角度而言，人為干擾可分為三級(jí)：在一級(jí)上，根據(jù)干擾體制分為壓制式干擾和欺騙式干擾2大類(lèi)[3-4]。在二級(jí)上，壓制式干擾根據(jù)干擾信號(hào)的頻譜特性分為窄帶干擾和寬帶干擾；欺騙式干擾根據(jù)干擾形成方式分為生成式干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。在三級(jí)上，窄帶干擾根據(jù)干擾頻帶特征分為單頻連續(xù)波干擾、窄帶噪聲干擾、窄脈沖干擾等；寬帶干擾根據(jù)頻譜性能分為噪聲調(diào)幅干擾、噪聲調(diào)頻干擾、寬帶脈沖干擾、寬帶梳狀譜干擾、線(xiàn)性?huà)哳l干擾等；生成式干擾按照干擾發(fā)射方式可分為單天線(xiàn)生成、多天線(xiàn)生成；轉(zhuǎn)發(fā)式干擾按照干擾源數(shù)量可分為單源轉(zhuǎn)發(fā)、多源轉(zhuǎn)發(fā)[5]。如圖1所示。

圖1 人為干擾組成

這些干擾的作用機(jī)理、特點(diǎn)各有不同，早期以某種單一干擾為主，后來(lái)逐漸演變?yōu)?個(gè)以上干擾相互組合、疊加的復(fù)合式干擾，具有很強(qiáng)的危害性、欺騙性。

2.2 干擾機(jī)理分析

2.2.1 壓制式干擾機(jī)理

采用大功率的發(fā)射機(jī)，在接收機(jī)接收頻帶內(nèi)，發(fā)射與衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)同頻段的強(qiáng)功率干擾信號(hào)，使接收機(jī)解擴(kuò)后干擾信號(hào)功率高于導(dǎo)航信號(hào)功率，大大降低了導(dǎo)航信號(hào)信噪比，致使接收機(jī)無(wú)法捕獲、鎖定衛(wèi)星信號(hào)，從而喪失定位能力[4]。

其中，窄帶干擾是針對(duì)特定的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行同頻干擾，干擾頻譜寬度和衛(wèi)星信號(hào)帶寬相近或者占據(jù)帶寬內(nèi)幾個(gè)相對(duì)集中的頻寬。對(duì)B1I信號(hào)，窄帶干擾帶寬通常為0.4MHz左右，干擾瞄準(zhǔn)中心頻點(diǎn)，能量聚焦，利用率高，會(huì)造成衛(wèi)星信號(hào)載波和碼元丟失，致使接收機(jī)無(wú)法利用偽碼定位。寬帶干擾是在特定頻帶上，針對(duì)一定區(qū)域內(nèi)所有衛(wèi)星信號(hào)實(shí)施干擾，覆蓋整個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的頻譜寬度。對(duì)B1I信號(hào)，寬帶干擾不僅覆蓋4.092MHz帶寬，而且可能覆蓋B1C、B2a、B2b、B3I等信號(hào)中幾個(gè)或全部帶寬，真實(shí)信號(hào)完全被淹沒(méi)，導(dǎo)致接收機(jī)失鎖。

2.2.2 欺騙式干擾機(jī)理

針對(duì)公開(kāi)的北斗衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)、接口協(xié)議等，利用專(zhuān)業(yè)手段和設(shè)備進(jìn)行信號(hào)“仿真”、直接制造“偽衛(wèi)星”或者中繼真實(shí)信號(hào)，通過(guò)修改時(shí)鐘參數(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)虛假導(dǎo)航電文、增加信號(hào)時(shí)延等措施，產(chǎn)生與真實(shí)信號(hào)特征極其相似且功率略高、約5 dB左右的欺騙信號(hào)，使接收機(jī)被功率“接管”，導(dǎo)致真假難辨，定位結(jié)果與實(shí)際偏離[6]。

其中，生成式干擾預(yù)先接收衛(wèi)星信號(hào)，檢測(cè)得到衛(wèi)星偽碼、導(dǎo)航電文、時(shí)鐘參數(shù)等關(guān)鍵信息，然后生成與其相關(guān)性最大的偽碼信號(hào)，并對(duì)衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘參數(shù)進(jìn)行篡改[7-8]，以此產(chǎn)生與真實(shí)信號(hào)特征十分相似的欺騙信號(hào)，誘惑接收機(jī)捕獲、跟蹤，導(dǎo)致定位出現(xiàn)偏差。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是將接收到的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過(guò)延時(shí)處理、功率放大等操作后轉(zhuǎn)發(fā)出去，使轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)完全一樣，致使接收機(jī)在無(wú)預(yù)判的情況下捕獲欺騙信號(hào)。該方式對(duì)民用、軍用接收機(jī)均有效。

2.2.3 組合式干擾機(jī)理

這是壓制式和欺騙式相互結(jié)合的干擾方式，不僅可體現(xiàn)壓制式的功率優(yōu)勢(shì)，奪取制信息權(quán)，而且可實(shí)現(xiàn)欺騙式的無(wú)縫切入，接管接收機(jī)?；舅悸窞椋菏紫龋ㄟ^(guò)大功率壓制進(jìn)行信息飽和攻擊，致使衛(wèi)星信號(hào)被屏蔽或淹沒(méi)，以此切斷接收機(jī)與衛(wèi)星的無(wú)線(xiàn)鏈路，使其無(wú)法接收有效信號(hào)，迫使失鎖重捕、自主運(yùn)行；在此階段，發(fā)射欺騙信號(hào)，構(gòu)建虛假衛(wèi)星系統(tǒng)，接收機(jī)捕獲虛假信號(hào)進(jìn)行錯(cuò)誤定位，至此完成接收機(jī)的“無(wú)縫接管”。在伊朗對(duì)美軍RQ-170無(wú)人機(jī)、MQ-9無(wú)人機(jī)的誘捕[9]上展現(xiàn)了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，逐步成為干擾的主樣式。

綜合可見(jiàn)，人為干擾已融入了“導(dǎo)航戰(zhàn)”的重要內(nèi)容，尤其在復(fù)雜電磁環(huán)境下，極易隱蔽和潛伏，難以檢測(cè)和識(shí)別，破壞性極大。

3 北斗衛(wèi)星定位抗干擾總體策略

“導(dǎo)航戰(zhàn)”中突出了為“己”所用、阻“敵”使用、保證民用的3種屬性，重在彰顯干擾行為，而反過(guò)來(lái)也可分析出抗干擾的策略。面對(duì)北斗接收機(jī)工作環(huán)境的電磁常態(tài)化，及人為干擾演變的明顯趨勢(shì)，抗干擾的總體策略可從3個(gè)角度著手，即可用信號(hào)增強(qiáng)、干擾信號(hào)抵消、其他定位輔助。具體而言：一是立足接收信號(hào)，要大大增強(qiáng)特定方向信號(hào)，實(shí)現(xiàn)有用信號(hào)的空域放大、同相疊加；二是立足抑制干擾，要對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行濾波處理，形成干擾信號(hào)的空域零陷或反相消減；三是立足降維處理，要降低干擾信號(hào)參與定位的權(quán)重，利用不受干擾影響的其他定位技術(shù)、算法輔助定位，以此對(duì)抗干擾影響。

抗干擾策略應(yīng)用主要體現(xiàn)在2個(gè)層面：從設(shè)計(jì)層而言就是系統(tǒng)抗干擾，包括空間星座優(yōu)化、提高衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射功率、增加衛(wèi)星信號(hào)頻點(diǎn)、民碼加密等，可以從根源上解決干擾問(wèn)題，一般基于國(guó)家層面實(shí)施；從應(yīng)用層而言就是接收機(jī)抗干擾，這個(gè)是“干擾-抗干擾”博弈最活躍的部分，抗干擾針對(duì)性強(qiáng)，主要是基于信號(hào)鏈路、接收前端和數(shù)據(jù)處理算法等方面。本文針對(duì)壓制式干擾，提出軟硬件結(jié)合的“圓形陣列天線(xiàn)/空時(shí)域?yàn)V波”的對(duì)抗手段；對(duì)于欺騙式干擾，提出慣導(dǎo)輔助定位、基于寬窄巷組合的載波相位差分等 2種手段。

3.1 圓形陣列天線(xiàn)/空時(shí)域?yàn)V波

這是綜合利用圓形陣列天線(xiàn)的陣元數(shù)可控、空間分辨力強(qiáng)、避免陣元互擾等優(yōu)勢(shì)[4]，以及空時(shí)域?yàn)V波抗干擾自由度大、時(shí)域空域二維聯(lián)合等特點(diǎn)[4]，使二者有效融合，在獲取多個(gè)陣列天線(xiàn)合成方向圖的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)準(zhǔn)則和濾波算法，給各陣元自動(dòng)賦予最優(yōu)權(quán)值，來(lái)調(diào)整陣列信號(hào)的幅度、相位，控制合成方向圖指向：一方面使得主瓣指向衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)增強(qiáng)；另一方面空域?yàn)V除窄帶干擾，時(shí)域?yàn)V除寬帶干擾，實(shí)現(xiàn)干擾零陷[9]。軟硬件系統(tǒng)主要包括圓形陣列天線(xiàn)、波束形成器以及空時(shí)域?yàn)V波3個(gè)部分，核心是陣列天線(xiàn)模型構(gòu)建和空時(shí)域?yàn)V波算法。如圖2所示。

圖2 陣列濾波結(jié)構(gòu)

3.1.1 圓形陣列天線(xiàn)模型構(gòu)建

參考陣元接收信號(hào)

式中：j為虛數(shù)單位；e為指數(shù)的底數(shù)；為載波角頻率。

由坐標(biāo)系位置關(guān)系可知，第個(gè)陣元的坐標(biāo)矢量

則陣列接收信號(hào)

3.1.2 空時(shí)域?yàn)V波分析

空時(shí)域?yàn)V波是對(duì)空域?yàn)V波的拓展，在純空域結(jié)構(gòu)的每個(gè)陣元后增加多級(jí)橫向時(shí)延抽頭。其關(guān)鍵作用在于通過(guò)信號(hào)加權(quán)，改變陣列方向圖指向[4]。從縱向看，個(gè)陣元構(gòu)成空域?yàn)V波結(jié)構(gòu)，能夠在空域?yàn)V除窄帶干擾；橫向看，每個(gè)陣元后個(gè)時(shí)延抽頭構(gòu)成有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波結(jié)構(gòu)，能夠在時(shí)域?yàn)V除寬帶干擾。

可得空時(shí)結(jié)構(gòu)MN×1維的信號(hào)矢量為：

式中Kron表示線(xiàn)性代數(shù)中矩陣的Kronecker運(yùn)算，即張量積。

由此，擴(kuò)展抗干擾自由度為-1個(gè)。然后給陣列信號(hào)賦予最優(yōu)權(quán)矢量，可得空時(shí)域加權(quán)濾波輸出

3.2 慣導(dǎo)輔助定位

慣導(dǎo)系統(tǒng)（inertial navigation system，INS）是一種內(nèi)部自主式導(dǎo)航的傳感器，短期精度高且不受外部因素和欺騙影響，也不接收或發(fā)射電磁能量，隱蔽性和抗干擾性強(qiáng)。INS與北斗定位接收機(jī)組合實(shí)現(xiàn)了2種傳感器的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可彌補(bǔ)衛(wèi)星定位受干擾輻射影響大的不足。二者之間只須實(shí)時(shí)交互位置、速度或偽距、偽距率等結(jié)果，無(wú)須改變彼此狀態(tài)，也不會(huì)增加解算復(fù)雜度，可明顯提高整個(gè)制導(dǎo)平臺(tái)的可靠性。

INS對(duì)北斗定位接收機(jī)的輔助模式主要有3種，即基于位置速度的松組合、基于原始觀(guān)測(cè)值的緊組合和基于INS速度信息的深組合[5,10]。INS輔助定位后，當(dāng)遭遇干擾時(shí)：INS一方面可繼續(xù)、獨(dú)立提供短時(shí)間高精度導(dǎo)航服務(wù)，確保制導(dǎo)平臺(tái)持續(xù)定位；另一方面可結(jié)合自身定位信息協(xié)助接收機(jī)甄別、剔除干擾信號(hào)；同時(shí)，在有可用衛(wèi)星信號(hào)的情況下，輔助接收機(jī)縮小跟蹤環(huán)路帶寬，在動(dòng)態(tài)下快速捕獲信號(hào)，可提高10～15 dB的抗干擾能力。如圖4所示。

圖4 慣導(dǎo)輔助定位

雖然INS在使用中仍面臨定位誤差隨時(shí)間累積、初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)、需要衛(wèi)星定位初次響應(yīng)等問(wèn)題，但是通過(guò)組合輔助，或在其他抗干擾技術(shù)的支持下，只要能實(shí)現(xiàn)斷續(xù)的北斗定位，獲取高精確的定位信息，就可及時(shí)對(duì)INS誤差進(jìn)行修正，在一定程度上減小誤差累積、降低誤差增長(zhǎng)速率，可獲得準(zhǔn)確、穩(wěn)定的慣導(dǎo)信息。此外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和仿真計(jì)算可知，慣導(dǎo)精度對(duì)抗干擾性能的影響很小，這在一定程度上增加了INS輔助定位的可信性。

3.3 基于寬巷組合的載波相位差分

寬窄巷組合是一種多頻測(cè)量值的線(xiàn)性組合，其思想也可創(chuàng)新應(yīng)用于抗欺騙式干擾。本文提出一種新穎的思路，將寬窄巷組合與載波相位差分進(jìn)行耦合，通過(guò)雙差解算，實(shí)現(xiàn)抗干擾效能。差分的目的在于消除衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星星歷誤差等，而這恰好是破壞欺騙式干擾實(shí)現(xiàn)的2個(gè)必要條件。寬窄巷組合是通過(guò)生成新的虛擬測(cè)量值，大大減小單頻測(cè)量中干擾信號(hào)參與定位解算的影響，利用冗余觀(guān)測(cè)降低干擾信號(hào)權(quán)重。

整體架構(gòu)可分為2個(gè)層面，一個(gè)是基于衛(wèi)星接收機(jī)自身，另一個(gè)是基于地面基準(zhǔn)站的輔助。前者是對(duì)同一衛(wèi)星的多頻信號(hào)進(jìn)行寬窄巷組合，得到單差載波相位測(cè)量值，然后在2個(gè)歷元上再進(jìn)行一次差分，獲取雙差測(cè)量值，借助雙差測(cè)量值隨時(shí)間的變化率識(shí)別干擾、放棄跟蹤，并利用剩余雙差測(cè)量值進(jìn)行定位。后者是地面基準(zhǔn)站與移動(dòng)站同步觀(guān)測(cè)同一衛(wèi)星多頻信號(hào)，利用寬窄巷組合，獲取信號(hào)間的單差載波相位測(cè)量值，同時(shí)通過(guò)空間數(shù)據(jù)鏈路，將移動(dòng)站數(shù)據(jù)回傳至基準(zhǔn)站進(jìn)行單差對(duì)比，獲得站間雙差測(cè)量值，通過(guò)雙差閾值判別，剔除被干擾的寬窄巷組合；然后基準(zhǔn)站將此干擾預(yù)警信息上傳至移動(dòng)站，并附帶上傳已嵌入正確衛(wèi)星鐘差、星歷參數(shù)等信息的虛擬衛(wèi)星信號(hào)，使得移動(dòng)站一方面放棄對(duì)預(yù)警信號(hào)的跟蹤，另一方面直接使用虛擬衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位，以此保證定位持續(xù)且實(shí)現(xiàn)抗干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

在導(dǎo)航戰(zhàn)中如何提高北斗衛(wèi)星定位的抗干擾能力是必須面臨的實(shí)際問(wèn)題，也是研究探討的主要方向。本文立足“導(dǎo)航戰(zhàn)”理念，針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下北斗衛(wèi)星定位抗干擾的緊迫問(wèn)題開(kāi)展研究。首先簡(jiǎn)述、總結(jié)了北斗衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)和特性，查找北斗接收機(jī)面臨人為干擾的薄弱環(huán)節(jié)，然后對(duì)壓制式、欺騙式、組合式干擾的機(jī)理、特點(diǎn)等進(jìn)行分析。針對(duì)“導(dǎo)航戰(zhàn)”的3種屬性進(jìn)行逆向思維，從可用信號(hào)增強(qiáng)、干擾信號(hào)抵消、其他定位輔助等 3個(gè)角度制定抗干擾總體策略，最后就“干擾-抗干擾”博弈最活躍的接收機(jī)部分，提出軟硬件結(jié)合的“圓形陣列天線(xiàn)/空時(shí)域?yàn)V波”的壓制式干擾對(duì)抗策略，提出降維輔助的慣導(dǎo)輔助定位、基于寬窄巷組合的載波相位差分等2種欺騙式干擾對(duì)抗策略。本文的研究成果可為“導(dǎo)航戰(zhàn)”理念實(shí)戰(zhàn)轉(zhuǎn)化提供一種應(yīng)對(duì)之策，在接收機(jī)抗干擾應(yīng)用上具有一定的參考意義。

[1] 中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件(公開(kāi)服務(wù)信號(hào)2.0版)[EB/OL]. (2013). http: //www.beidou. gov.cn.

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Anti-jamming strategy of BeiDou satellite positioning based on navigation warfare

ZHANG Qifu, XU ShiCheng, WANG Zhang, LIU Zhiquan, LI Jianrui, LIU Xingyu, CHANG Kai

（Troops 95972, Jiuquan, Gansu 735018, China）

In order to further inhance the anti-jamming application of BeiDou navigation satellite system (BDS), the paper proposed the anti-jamming strategy of BDS under electromagnetic interference environments based on the concept of navigation warfare: on the summarization of BDS signal structure and characteristics, the vulnerability of BDS receivers to man-made interference was found, and the mechanism and characteristics of clamped，spoofing and combined jamming were analyzed; then, with three attributes of navigation warfare for reverse thinking，the overall anti-jamming strategy was designed from three aspects of signal enhancement, signal cancellation and auxiliary positioning; finally, three strategies for receiver anti-jamming, including the suppressive jamming strategy based on circular array antenna and space-time filter, and the deceptive jamming strategies based on inertial navigation assisted localization and carrier phase difference of wide-narrow lane combination, were put forward. Results could provide a reference for the relate research of the practice transformation from concept of navigation warfare and anti-jamming of receivers.

navigation warfare; BeiDou navigation satellite system (BDS); anti-jamming strategy; array antenna; space-time domain; inertial navigation aid; differential

P228

A

2095-4999(2023)01-0024-06

張啟福，徐世成，王章，等. 基于“導(dǎo)航戰(zhàn)”的北斗衛(wèi)星定位抗干擾策略[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報(bào), 2023, 11(1): 24-29.（ZHANG Qifu, XU Shicheng, WANG Zhang, et al. Anti-jamming strategy of BeiDou satellite positioning based on navigation warfare[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2023, 11(1): 24-29.）DOI:10.16547/j.cnki.10-1096.20230104.

2022-11-15

張啟福（1986—），男，甘肅會(huì)寧人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航定位與抗干擾技術(shù)。