GPS抗干扰方法综述

利用周围地形提供附加抗干扰性。基于地面的干 扰机可能因地形效应而遭受传播损失。干扰机信 号受到反射、 散射和折射， 还未到达 !"# 接收机就 在许多目标上损耗掉了。而卫星信号通常与地平 面至少有 $%&， 不会遭受这种效应。这样， 干扰机 信号的传播损失就使基于地面的 !"# 接收机达到 反干扰目 的。但 这 种 方 法 对 机 载 干 扰 机 几 乎 无 效。 ’( ) 从 *+, 源进行控制 这种方法采取截断干扰源从而达到抗干扰目 的。对无线频率干扰 （ *+,） ， 严格的规章制度控制 是最有效的干扰控制方法， 它对可能成为干扰源 的发射波 段 作 出 限 制。要 处 理 偶 然 出 现 的 干 扰 源， 要在系统级别上研究抗干扰策略。对远离 !"# 的相同地点的发射频带源， 最有效的方法是对发 射源进行屏蔽与滤波。另一种方法是从发射控制 的技术着手， 它指为减少确定空间 - 时域发射而设 计的实时可操作程序， 它的关键问题是要确保控 制系统有足够可靠性和整体性。 ’( ’ 技术上的改进和调整 利用常见干扰信号的特性， 如振幅、 频率、 时 间、 空间及极化作用等， 根据成本和复杂性， 可将 这些抑制或减小干扰的技术分成三种类型： ! ! 自适应阵类： 零控制， 光束控制； 多孔技术类： 光束转换， 多元对消法；
物体 （如枪支） 进行轴向调零可在该物体的轴线上 形成一个可编程零点。此种技术在轴线上能减小 !" # !$%& 的干扰。而该技术对轴线以外的复杂干 扰源不起作用。这种轴线技术是一种双孔技术， 而且在使用了对消电路后， 这种技术的成本很低， 且仪器的尺寸也很小。它对主姿态非常敏感。 ’( ’( ) 光束控制 光束控制通常用自适应平面天线阵获取光束 控制 * 规范， 它们的抗干扰度不同。我们用旁 * 后 波瓣抑制电平来提高其抗干扰系数。 + 波段为了 获得窄波束宽， 因而平面天线阵往往较大， 卫星星 历跟踪能力也要求较强。该技术可在地面的固定 位置和大型船只上使用。由于这种技术需要大型 的天线阵列和成套电子设备， 因此成本较高。总 之， 这种技术必须与 ,-. 接收机卫星处理同步。 ’( ’( / 振幅 * 相位对消法 振幅 * 相位对消法是常用的双孔技术， 它利用 调幅信号消除法和 0123 相关技术。该技术常常 受到单干扰源、 水平线周围的多干扰源及按时间 分类的脉冲干扰源的影响。振幅 * 相位技术使用 位于飞机顶部和底部的两种不同的天线方向图来 获取干扰信号和 ,-. 与干扰合成的信号。然后， 在 ,-. 干扰路径上用这两种信号的组合信号消去 干扰信号。这种技术可以减小 4" # ’"%& 的单和复 合宽带与窄带干扰源。此种技术若要用于复杂干 扰， 两个孔 必 须 位 于 飞 机 顶 部 和 底 部 的 垂 线 上。 这种技术对主姿态很敏感。 ’(’( 5 极化抗干扰法 （ 1.8） 的抗干扰技术是一种 671 的抗干扰装置 单孔技术， 它是新近开发出的非常有效的干涉抑 制技术。它利用极化调零及电场矢量补偿来消除 干扰信号。专门的极化调零装置使用一个检测和 跟踪 * 控制信道来识别并跟踪相位、 振幅都相同的 信号， 并将混合中继对消电路用于综合接收信号 的零干扰成分。这种技术会造成极化失配。基本 上， 在类似的极化性能环境中， 它几乎能抑制所有 已知的干扰类型 （连续波、 扫频连续波、 脉冲连续 ， 且无需天线， 经严 波、 93、 23 和宽带高斯噪音）
)
关于 !"# 干扰
!"# 接收机一般接收 !"# 信号和某些多余信
号。这些多余信号就是噪音， 这些噪音或者源于 接收机硬件或者源于其它发射源。噪音源按有无 目的性分为两类： 一种是有目的干扰行为， 就是人 为干扰 （或对抗） ； 另一种是无目的无恶意的干扰。 大多数人为干扰技术广播一 种 强 有 力 无 线 电 信 号， 将噪音准确调制在被干扰信号频带上， 达到取 代或遮蔽被干扰信号的目的。信号功率与噪音功 。 率的比率称为信噪比 （ #5/） 人为干扰的目标就是要在一个已知频谱带上 辅以能量， 使接收机无法检测接收到的信号。要 使干扰生效， 干扰频率要与信号的载波频率一致
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!"# 干扰及其危害
不仅 !"# 作为新一代卫星导航与定位系统，
或接近。如 果 干 扰 者 知 道 信 号 的 载 波 频 率 和 频 谱， 就会集中所有能量攻击信号频谱达到损毁信 号的目的。但在不知载波频率和频谱时， 干扰者 会采取两种方法： 一种称为阻塞式噪音的方法， 这 种方法将噪音广泛分布在极广频域上， 期望 !"# 信号频谱在此区域内； 另一种称为扫频瞄准噪音， 干扰机将所有能级集中在窄频带上， 然后周期性 扫描值得怀疑的频带。无意干扰目前最严重的有 商业 1;W 广播和军事雷达。 71 广播、 宽带高斯噪声， !"# 按干扰发射波形可分为： 连续波 （ L3） ， 扫式连续波， 脉冲连续波， 调幅连续 波， 窄带和宽带信号等。 !"# 的易干扰性依据环 境的不同、 接收机型号的不同及天线方向的不同 而不同。由于与空间滤波相关的成本、 尺寸和性 能影响， 造成宽带噪声滤波困难， 使得宽带高斯噪 音干扰成为最典型的干扰类型。
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!"# 抗干扰方法综述
胡永生 （武汉大学， 湖北武汉
［摘
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要］ 全球定位系统提供的低能级信号易受干扰。这些干扰或对抗导致 !"# 丢失信
息， 因而成为威胁 !"# 的严重问题。本文探讨对抗或干扰对 !"# 的威胁， 从策略、 干扰源 和 !"# 接收机角度谈抗干扰方法， 侧重分析减少 !"# 干扰的技术。 ［关键词］ 全球定位系统； 干扰； 方法 ［中图分类号］ "))*+$ ［文献标识码］ , ［文章编号］ （)&&-） &% . &&(( . &% -&&- . *%’(
窄前后滤波器， 窄辅助跟踪 ! 单孔技术类： 环， 时相滤波， 极化抗干扰 !"# - 惯性集成和辅助， 技术。 在抗干扰领域取得的进展大多数都是基于雷 达和通信的平行演化， 数据采集现代化及 ./ 技术、 数字信号处理等。 ’( ’( $ 时相滤波 时相或时域滤波借助数字信号处理 （ 0#"） 方 法提供用于频谱及逆谱鉴别的可编程 ,,* - +,* 滤 波器和相关器。这种技术是一种单孔技术， 可用 于复杂的窄带噪声和连续波干扰源并对有限阶频 率捷变起作用。这种技术还可解决安装多路径及 回波对消干扰问题。时相滤波在用于有界干扰源 时是十分稳定的， 这是因为它能同时提供复杂带 阻滤波器准则， 并且它被看作是 !"# 接收机前后 处理的嵌入部分或是 !"# 接收机前的独立嵌入部 分。在对尺寸影响很小的情况下， 此种技术可减 小超过 ’%12 的窄带干扰并且成本很低。用 3 - 4
格试验， 1.8 的跟踪与测距准确度可达到无干扰时 水平。 ’(’(: ,-. * 惯性耦合 （ 惯性量测装置 * 惯性导航系 ,-. 与 138 * 1;. 统） 间的惯性耦合为高速运动平台 （如导弹、 -,3< 和飞机） 提供了很好的解决方法。 ,-. 和 138 * 1;. 可互为补充。可用 ,-. 定期对 138 * 1;. 进行更新 从而使偏差最小。 138 * 1;. 可对 ,-. 位置进行初 始化以提高数据采集和跟踪次数， 并处理发射时 的多 路 径 状 态。 ,-. 和 138 * 1;. 系 统 可 以 通 过 =>?@>A 技术进行 耦 合 以 便 将 导 航 信 息 综 合 在 一 起， 并且可以处理短时间的 ,-. 故障和干扰。获 取的性能等级与 138 * 1;. 准确度和 ,-. 卫星可见 度有关。在导弹系统、 -,3< 中必须用耦合技术处 理快速变化的 ,-. 可见性和干扰。
具有全球性、 全天候、 连续的精密三维导航与定位 能力， 其迅速发展也引起各国军事部门和广大民 用部门的广泛关注。 !"# 得到广泛应用的同时， 也加剧了信息干扰。众所周知， 在民用领域， !"# 被广泛用作陆上、 水上、 空中导航设备。在航空领 域， 也广泛用于地面导航。对为飞行航线提供信 息的通讯或导航卫星进行干扰极易导致大空难。 出于军事目的或恐怖活动进行人为干扰也有巨大 隐患。因此抗干扰方法研究迫在眉睫。
码和 " 码计算带宽时需要一个不同的数字或数值 处理技术。在 3 - 4 码应用中， 时相滤波及与之相 关的 数 值 计 算 可 用 当 前 的 模 拟—数 字 转 换 器 （403） 和 0#" 设备来进行。在 " （ 5） 码应用中， 时 相滤波需要现代化的 403 和数值处理技术 （如多 比特和宽带宽电路） ， 这可能会导致高成本且消耗 更多的能源。如果消除窄带， 则时相滤波技术可 用于复杂窄带和连续波干扰源， 但这又会受到残 余计算带宽的限制， 这种残余计算带宽会妨碍有 效的 !"# 信号处理。 ’(’() 空间滤波 空间域滤波利用天线方向控制 - 规范及各种 天线阵列技术使光束和 - 或零控制达到最佳。天 线方向控制量用于减小对干扰的主波瓣、 旁波瓣 和后波瓣敏感性。利用旋转天线， 地面或表面处 理技术可减小由天线方向所 导 致 的 抗 干 扰 性 下 降， 各种技术都成功地用于低高度角时产生的多 路径反射。天线方向所导致的抗干扰性下降同样 也表明卫星可视性降低。 ’(’(’ 频域滤波 这种技术可用于有界窄带和连续波带内干扰 源及强带 外 干 扰 源。频 谱 滤 波 基 本 是 介 于 用 户 !"# 双频接收机和 !"# 天线之间的独立技术。窄 带天线设 计 可 以 略 微 缓 和 干 扰。但 是 为 达 到 目 的， 在噪声预放大前， 天线安装和接收机前端都要 利用附加离散滤波器。调谐滤波和自适应数字信 号处理 （ 0#"） 滤波技术可用于预处理， 并能嵌入现 代 !"# 接收机。在对尺寸影响很小的情况下， 这 种滤波技术通常可以减小超过 ’612 的窄带干扰， 并且花费很少的费用就能测 出 复 杂 的 窄 带 干 扰 源。该滤波技术可能减慢 !"# 数据采集、 重采集 过程， 并可能减弱 !"# 信号。这种技术对宽带噪 声干扰或复杂的扫频瞄准噪声不起作用。 ’(’(7 零控制 零控制是一种稳健的干扰抑制技术， 广泛地 用于军事系统， 如受控辐射方向图天线。这种方 法用微波传输带或缝隙元的环形阵取得自适应控 制方向图零点值， 宜于处理多重宽带噪音和窄带 干扰源， 对各种干扰源的抑制达到 $6 8 )612。这 种技术需大天线阵和电子设备， 成本较高， 适于复 杂军事环境， 是高级飞行器首选。 ’( ’( 6 轴向调零 用干扰计并借助地面效应对一些小型圆柱形