GPS干擾和抗干擾技術

1、 在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經有記者問一位飛行在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經有記者問一位飛行員：員：“你知道去轟炸哪個城市嗎？你知道去轟炸哪個城市嗎？” 飛行員回答：飛行員回答：“不知道。不知道?！?“那你怎么去轟炸呢？那你怎么去轟炸呢？” “容易，上級給我一個坐標，我按計算容易，上級給我一個坐標，我按計算機的指引，投下采用機的指引，投下采用GPS導航的炸彈掉頭導航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機沒啥兩樣。就走，跟我玩游戲機沒啥兩樣。” 這兩個例子是現(xiàn)這兩個例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中引用代戰(zhàn)爭中引用GPS系系統(tǒng)的典型案例。我們統(tǒng)的典型案例。我們反對戰(zhàn)爭，但要想能反對戰(zhàn)爭，但要想能更好的維護世界和平，更好的維護世界和平，我們也

2、需要了解我們也需要了解GPS全球定位系全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術。技術。 在美國發(fā)動的第二次海灣戰(zhàn)爭中，大量使用了精確制導武器，而這些武器中的80%都采用了GPS精確制導系統(tǒng)。由于伊拉克使用了據說是從俄羅斯購進的GPS干擾系統(tǒng)，使多枚美國導彈偏離了軌道，從而引起了世人廣泛的關注。自伊戰(zhàn)以來，隨著GPS技術在戰(zhàn)場上的廣泛應用，GPS干擾戰(zhàn)術也開始活躍在戰(zhàn)爭的歷史舞臺上。 GPS全稱是Global Position System，直譯為“全球定位系統(tǒng)”，是美國從上世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定

3、位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。 向用戶提供船舶位置、向用戶提供船舶位置、航速、航向信息、海航速、航向信息、海圖、海跡顯示圖、海跡顯示避免船只沖撞，避免船只沖撞，確保航行安全確保航行安全把自己的位置把自己的位置和航向發(fā)送到和航向發(fā)送到航海管理航海管理 中中 心心便于中心的跟便于中心的跟蹤、搜尋和救援蹤、搜尋和救援空域航路、著空域航路、著陸、機場監(jiān)視陸、機場監(jiān)視和管理和管理實現(xiàn)空域劃分、空實現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、中交通流量管理、飛行路徑管理飛行路徑管理1對星座的干擾對星座的干擾 2對中繼的干擾對中繼的干擾 3對接收系統(tǒng)的干擾對接收系統(tǒng)的干擾 4欺騙式干擾欺騙式干擾 對星座的干擾對星座的

4、干擾(1)發(fā)射專用衛(wèi)星對地面注入站發(fā)送的信號進行截獲分發(fā)射專用衛(wèi)星對地面注入站發(fā)送的信號進行截獲分析，使導航衛(wèi)星不能正常工作或發(fā)射錯誤導航信息，析，使導航衛(wèi)星不能正常工作或發(fā)射錯誤導航信息，使用戶得不到精確的導航信息甚至是錯誤的導航信息。使用戶得不到精確的導航信息甚至是錯誤的導航信息。(2)擾亂導航衛(wèi)星上的對日定向系統(tǒng)，使其不能讓太陽擾亂導航衛(wèi)星上的對日定向系統(tǒng)，使其不能讓太陽能電池帆板始終對準太陽，致使整個衛(wèi)星電子設備因能電池帆板始終對準太陽，致使整個衛(wèi)星電子設備因缺乏能源而不能正常工作。缺乏能源而不能正常工作。(3)擾亂衛(wèi)星姿態(tài)三軸穩(wěn)定系統(tǒng)或推進系統(tǒng)，使衛(wèi)星天擾亂衛(wèi)星姿態(tài)三軸穩(wěn)定系統(tǒng)或推進

5、系統(tǒng)，使衛(wèi)星天線輻射不能對準地面，從而使地面接收不到線輻射不能對準地面，從而使地面接收不到GPS的導的導航電文或使衛(wèi)星偏離正確軌道位置，降低航電文或使衛(wèi)星偏離正確軌道位置，降低GPS精度。精度。(4)通過干擾使衛(wèi)星微處理器無法處理和存儲數(shù)據，或通過干擾使衛(wèi)星微處理器無法處理和存儲數(shù)據，或使存儲器產生溢出。使存儲器產生溢出。(5)通過干擾，降低衛(wèi)星時鐘校準參數(shù)精度及衛(wèi)星星歷通過干擾，降低衛(wèi)星時鐘校準參數(shù)精度及衛(wèi)星星歷中的有關衛(wèi)星位置數(shù)據的精度。中的有關衛(wèi)星位置數(shù)據的精度。對中繼的干擾 對中繼的干擾是通過對GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)的通信數(shù)據的截獲和分析研究，尋求對其衛(wèi)星中繼的有效干擾，可以使其地面站之間

6、無法傳遞信息和數(shù)據，導致地面監(jiān)控系統(tǒng)不能正常工作，從而達到干擾的目的。 對接收系統(tǒng)的干擾對接收系統(tǒng)的干擾 對接收系統(tǒng)的干擾通常指對接收系統(tǒng)的干擾通常指GPS接接收機在接收有用信號的同時，不可能收機在接收有用信號的同時，不可能完全抑制外部干擾以及特征參數(shù)與有完全抑制外部干擾以及特征參數(shù)與有用信號相同或相似的其他信號，用信號相同或相似的其他信號，GPS接收機檢測有用信號時必然存在一些接收機檢測有用信號時必然存在一些不確定因素。利用這一特點，可以施不確定因素。利用這一特點，可以施放干擾信號，迫使對方獲得的有用信放干擾信號，迫使對方獲得的有用信息量降至最小。因此，對息量降至最小。因此，對GPS的干擾的

7、干擾就是通過輻射干擾信號，來壓制或欺就是通過輻射干擾信號，來壓制或欺騙敵方的騙敵方的GPS接收機接收機。 欺騙式干擾 欺騙式干擾是指發(fā)射與GPS干擾信號具有相同參數(shù)(只有信息碼不同)的假信號，干擾GPS接收機，使其產生錯誤的定位信息。它的實質就是破壞GPS接收機的碼同步電路，使其捕獲假信號。 美軍實施導航戰(zhàn)的措施主要分為空間美軍實施導航戰(zhàn)的措施主要分為空間部分和接收機部分。部分和接收機部分。 GPS空間部分：在空間部分：在GPS空間段部分，空間段部分，主要采取主要采取3種措施以提高種措施以提高GPS的抗的抗干擾能力，分別為增大干擾能力，分別為增大GPS衛(wèi)星發(fā)衛(wèi)星發(fā)射信號功率、研制新型導航衛(wèi)星、

8、射信號功率、研制新型導航衛(wèi)星、建立獨立軍用建立獨立軍用GPS系統(tǒng)。系統(tǒng)。 增大衛(wèi)星發(fā)射信號功率可以增大衛(wèi)星發(fā)射信號功率可以提高提高GPS信號幅度及與干擾信號幅度及與干擾信號的信噪比，使敵方現(xiàn)有信號的信噪比，使敵方現(xiàn)有干擾機失效干擾機失效 。研制新型研制新型GPSIIF導航衛(wèi)星。導航衛(wèi)星。GPSIIF導航衛(wèi)星具有較強抗干導航衛(wèi)星具有較強抗干擾能力和防截獲能力。擾能力和防截獲能力。 美國在美國在未來的未來的“GPS現(xiàn)代化現(xiàn)代化”計劃中，計劃中，將建立獨立的軍用將建立獨立的軍用GPS，即將民，即將民用和軍用信號的頻譜分離開。用和軍用信號的頻譜分離開。 GPS接收機部分：對接收機部分：對GPS進行干擾

9、進行干擾的主要目的是干擾的主要目的是干擾GPS接收機的正接收機的正常工作，使其無法提供正確的導航常工作，使其無法提供正確的導航信息。所以信息。所以GPS接收機的抗干擾技接收機的抗干擾技術，是術，是GPS系統(tǒng)抗干擾措施的最重系統(tǒng)抗干擾措施的最重要的組成部分。在接收端主要采取要的組成部分。在接收端主要采取以下兩項技術以減輕對以下兩項技術以減輕對GPS接收機接收機的干擾，他們分別是的干擾，他們分別是:研制抗干擾研制抗干擾GPS接收機天線和采用先進的接收接收機天線和采用先進的接收信號處理技術。信號處理技術。GPS接收機綜合抗干擾技術接收機綜合抗干擾技術 1空間時域自適應處理：時域濾波器空間時域自適應處

10、理：時域濾波器可以以低的成本抑制多個窄帶干擾，可以以低的成本抑制多個窄帶干擾，而空間調零天線可以抑制所有類型的而空間調零天線可以抑制所有類型的干擾，這就是空間時域自適應處理。干擾，這就是空間時域自適應處理。 2空間頻率自適應處理：將空間頻率自適應處理：將STAP中的自適應濾波器從時域改為在頻域中的自適應濾波器從時域改為在頻域上實現(xiàn)時，便稱作空間頻率自適應上實現(xiàn)時，便稱作空間頻率自適應處理（處理（SFAP）。）。 3自適應調零與波束形成結合：將自適應調零與波束形成結合：將自適應調零與波束形成結合，在不自適應調零與波束形成結合，在不知道衛(wèi)星的方位和俯仰時采用自適知道衛(wèi)星的方位和俯仰時采用自適應調零

11、算法，使接收機一開始工作應調零算法，使接收機一開始工作就具有一定的抗干擾能力就具有一定的抗干擾能力 。 新型的新型的GPS接收機中使用了各種接收機中使用了各種各樣的抗干擾措施，這些技術正被模各樣的抗干擾措施，這些技術正被模塊化實現(xiàn)，如空域和時域抗干擾接收塊化實現(xiàn)，如空域和時域抗干擾接收機（機（G-STAR）就是對聯(lián)合濾波的成）就是對聯(lián)合濾波的成功應用，它使用了選擇可用性反欺騙功應用，它使用了選擇可用性反欺騙模塊和干擾抑制單元。在新型衛(wèi)星上模塊和干擾抑制單元。在新型衛(wèi)星上將使用一種可抗干擾的靈活功率系統(tǒng)，將使用一種可抗干擾的靈活功率系統(tǒng)，它利用獨特的多路復用信號或混合信它利用獨特的多路復用信號或

12、混合信號技術，可提高衛(wèi)星的信號發(fā)射強度。號技術，可提高衛(wèi)星的信號發(fā)射強度。其他的技術還有安裝多信道天線、安其他的技術還有安裝多信道天線、安裝多天線單元、零點控制、干擾抑制裝多天線單元、零點控制、干擾抑制技術等。技術等。 目前目前GPS技術正日益技術正日益應用到各個領域，隨著應用到各個領域，隨著GPS技術的廣泛應用，對技術的廣泛應用，對GPS的抗干擾能力提出了的抗干擾能力提出了越來越高的需求。越來越高的需求。GPS接接收機的抗干擾已不能滿足收機的抗干擾已不能滿足市場的需求，提高市場的需求，提高GPS接接收天線的抗干擾能力已成收天線的抗干擾能力已成為提高為提高GPS抗干擾能力不抗干擾能力不可避免的

13、趨勢?？杀苊獾内厔?。 已有的抗干擾方案各有其技已有的抗干擾方案各有其技術優(yōu)勢和缺陷，如何有效的將各術優(yōu)勢和缺陷，如何有效的將各種抗干擾措施結合起來，充分發(fā)種抗干擾措施結合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)越性，同時降低系統(tǒng)揮各自的優(yōu)越性，同時降低系統(tǒng)的復雜性，做到多功能、小型化，的復雜性，做到多功能、小型化，是今后面臨的關鍵問題。單一的是今后面臨的關鍵問題。單一的技術不能有效地抑制各種技術不能有效地抑制各種GPS的的干擾，相比之下，空時聯(lián)合處理干擾，相比之下，空時聯(lián)合處理和級聯(lián)接收機技術更具有潛力，和級聯(lián)接收機技術更具有潛力，且技術上已漸成熟?？沼蚝蜁r域且技術上已漸成熟?？沼蚝蜁r域聯(lián)合處理在聯(lián)合處理在GPS抗干擾接收中的抗干擾接收中的研究已取得豐碩成果。研究已取得豐碩成果。 國內研究現(xiàn)狀國內研究現(xiàn)狀 我國在我國在GPS對抗方面的研究起步較晚，對抗方面的研究起步較晚，目前尚無自主生產的成品化目前尚無自主生產的成品化GPS干擾機，干擾機，目前部隊配備的干擾機大多從俄羅斯購目前部隊配備的干擾機大多從俄羅斯