GPS干擾和抗干擾技術(shù)教材課件

GPS干擾和抗干擾技術(shù)14空間GPS干擾和抗干擾技術(shù)14空間

在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：“你知道去轟炸哪個城市嗎？”

飛行員回答：“不知道。”“那你怎么去轟炸呢？”“容易，上級給我一個坐標(biāo)，我按計算機(jī)的指引，投下采用GPS導(dǎo)航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機(jī)沒啥兩樣。”

這兩個例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中引用GPS系統(tǒng)的典型案例。我們反對戰(zhàn)爭，但要想能更好的維護(hù)世界和平，我們也需要了解GPS——全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術(shù)。

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(dǎo)武器，而這些武器中的80%都采用了GPS精確制導(dǎo)系統(tǒng)。由于伊拉克使用了據(jù)說是從俄羅斯購進(jìn)的GPS干擾系統(tǒng)，使多枚美國導(dǎo)彈偏離了軌道，從而引起了世人廣泛的關(guān)注。自伊戰(zhàn)以來，隨著GPS技術(shù)在戰(zhàn)場上的廣泛應(yīng)用，GPS干擾戰(zhàn)術(shù)也開始活躍在戰(zhàn)爭的歷史舞臺上。在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：“你知道GPS全稱是GlobalPositionSystem，直譯為“全球定位系統(tǒng)”，是美國從上世紀(jì)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(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。

GPS全稱是GlobalPositionSy【閱讀指導(dǎo)】

GPS在航海、航空導(dǎo)航中的應(yīng)用應(yīng)用類型應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用作用航海應(yīng)用航空應(yīng)用向用戶提供船舶位置、航速、航向信息、海圖、海跡顯示避免船只沖撞，確保航行安全把自己的位置和航向發(fā)送到航海管理中心便于中心的跟蹤、搜尋和救援空域航路、著陸、機(jī)場監(jiān)視和管理實現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、飛行路徑管理【閱讀指導(dǎo)】GPS在航海、航空導(dǎo)航中的應(yīng)用應(yīng)用類型應(yīng)GPS的干擾分類1對星座的干擾

2對中繼的干擾

3對接收系統(tǒng)的干擾

4欺騙式干擾GPS的干擾分類1對星座的干擾2對中繼的干擾3對接收系統(tǒng)對星座的干擾(1)發(fā)射專用衛(wèi)星對地面注入站發(fā)送的信號進(jìn)行截獲分析，使導(dǎo)航衛(wèi)星不能正常工作或發(fā)射錯誤導(dǎo)航信息，使用戶得不到精確的導(dǎo)航信息甚至是錯誤的導(dǎo)航信息。(2)擾亂導(dǎo)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(zhǔn)太陽，致使整個衛(wèi)星電子設(shè)備因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(jìn)系統(tǒng)，使衛(wèi)星天線輻射不能對準(zhǔn)地面，從而使地面接收不到GPS的導(dǎo)航電文或使衛(wèi)星偏離正確軌道位置，降低GPS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(jù)，或使存儲器產(chǎn)生溢出。(5)通過干擾，降低衛(wèi)星時鐘校準(zhǔn)參數(shù)精度及衛(wèi)星星歷中的有關(guān)衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)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(jù)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無法傳遞信息和數(shù)據(jù)，導(dǎo)致地面監(jiān)控系統(tǒng)不能正常工作，從而達(dá)到干擾的目的。對星座的干擾對中繼的干擾對接收系統(tǒng)的干擾對接收系統(tǒng)的干擾通常指GPS接收機(jī)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)與有用信號相同或相似的其他信號，GPS接收機(jī)檢測有用信號時必然存在一些不確定因素。利用這一特點，可以施放干擾信號，迫使對方獲得的有用信息量降至最小。因此，對GPS的干擾就是通過輻射干擾信號，來壓制或欺騙敵方的GPS接收機(jī)。

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(jī)，使其產(chǎn)生錯誤的定位信息。它的實質(zhì)就是破壞GPS接收機(jī)的碼同步電路，使其捕獲假信號。

對接收系統(tǒng)的干擾欺騙式干擾GPS的抗干擾技術(shù)與方法美軍實施導(dǎo)航戰(zhàn)的措施主要分為空間部分和接收機(jī)部分。

GPS空間部分：在GPS空間段部分，主要采取3種措施以提高GPS的抗干擾能力，分別為增大GPS衛(wèi)星發(fā)射信號功率、研制新型導(dǎo)航衛(wèi)星、建立獨(dú)立軍用GPS系統(tǒng)。

增大衛(wèi)星發(fā)射信號功率可以提高GPS信號幅度及與干擾信號的信噪比，使敵方現(xiàn)有干擾機(jī)失效。研制新型GPSIIF導(dǎo)航衛(wèi)星。GPSIIF導(dǎo)航衛(wèi)星具有較強(qiáng)抗干擾能力和防截獲能力。美國在未來的“GPS現(xiàn)代化”計劃中，將建立獨(dú)立的軍用GPS，即將民用和軍用信號的頻譜分離開。

GPS接收機(jī)部分：對GPS進(jìn)行干擾的主要目的是干擾GPS接收機(jī)的正常工作，使其無法提供正確的導(dǎo)航信息。所以GPS接收機(jī)的抗干擾技術(shù)，是GPS系統(tǒng)抗干擾措施的最重要的組成部分。在接收端主要采取以下兩項技術(shù)以減輕對GPS接收機(jī)的干擾，他們分別是:研制抗干擾GPS接收機(jī)天線和采用先進(jìn)的接收信號處理技術(shù)。GPS的抗干擾技術(shù)與方法美軍實施導(dǎo)航戰(zhàn)的措施主要分為空間部GPS接收機(jī)綜合抗干擾技術(shù)

1空間－時域自適應(yīng)處理：時域濾波器可以以低的成本抑制多個窄帶干擾，而空間調(diào)零天線可以抑制所有類型的干擾，這就是空間－時域自適應(yīng)處理。2空間－頻率自適應(yīng)處理：將STAP中的自適應(yīng)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(yīng)處理（SFAP）。

3自適應(yīng)調(diào)零與波束形成結(jié)合：將自適應(yīng)調(diào)零與波束形成結(jié)合，在不知道衛(wèi)星的方位和俯仰時采用自適應(yīng)調(diào)零算法，使接收機(jī)一開始工作就具有一定的抗干擾能力。GPS接收機(jī)綜合抗干擾技術(shù)1空間－時域自適應(yīng)處理：時域濾波

新型的GPS接收機(jī)中使用了各種各樣的抗干擾措施，這些技術(shù)正被模塊化實現(xiàn)，如空域和時域抗干擾接收機(jī)（G-STAR）就是對聯(lián)合濾波的成功應(yīng)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)星上將使用一種可抗干擾的靈活功率系統(tǒng)，它利用獨(dú)特的多路復(fù)用信號或混合信號技術(shù)，可提高衛(wèi)星的信號發(fā)射強(qiáng)度。其他的技術(shù)還有安裝多信道天線、安裝多天線單元、零點控制、干擾抑制技術(shù)等。

新型的GPS接收機(jī)中使用了各種各樣的抗干擾措施抗干擾技術(shù)的發(fā)展前景抗干擾技術(shù)的發(fā)展前景

目前GPS技術(shù)正日益應(yīng)用到各個領(lǐng)域，隨著GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對GPS的抗干擾能力提出了越來越高的需求。GPS接收機(jī)的抗干擾已不能滿足市場的需求，提高GPS接收天線的抗干擾能力已成為提高GPS抗干擾能力不可避免的趨勢。目前GPS技術(shù)正日益應(yīng)用到各個領(lǐng)域，隨著GPS技

已有的抗干擾方案各有其技術(shù)優(yōu)勢和缺陷，如何有效的將各種抗干擾措施結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)越性，同時降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，做到多功能、小型化，是今后面臨的關(guān)鍵問題。單一的技術(shù)不能有效地抑制各種GPS的干擾，相比之下，空時聯(lián)合處理和級聯(lián)接收機(jī)技術(shù)更具有潛力，且技術(shù)上已漸成熟?？沼蚝蜁r域聯(lián)合處理在GPS抗干擾接收中的研究已取得豐碩成果。

已有的抗干擾方案各有其技術(shù)優(yōu)勢和缺陷，如何有效國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國在GPS對抗方面的研究起步較晚，目前尚無自主生產(chǎn)的成品化GPS干擾機(jī)，目前部隊配備的干擾機(jī)大多從俄羅斯購買，這對于我們建設(shè)現(xiàn)代化國防是一個很大的障礙。但是近年來中國自己也生產(chǎn)了部分的GPS干擾器?！氨本┌卜礁呖啤毖兄屏薌PS干擾系統(tǒng)，安裝在重要樓宇的頂部，使用電池供電，能設(shè)置成連續(xù)干擾，無線電指令控制干擾，定時干擾等模式。國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國在GPS對抗方面的研究起步較晚，謝謝！謝謝！GPS干擾和抗干擾技術(shù)14空間GPS干擾和抗干擾技術(shù)14空間

在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：“你知道去轟炸哪個城市嗎？”

飛行員回答：“不知道?！薄澳悄阍趺慈マZ炸呢？”“容易，上級給我一個坐標(biāo)，我按計算機(jī)的指引，投下采用GPS導(dǎo)航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機(jī)沒啥兩樣。”

這兩個例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中引用GPS系統(tǒng)的典型案例。我們反對戰(zhàn)爭，但要想能更好的維護(hù)世界和平，我們也需要了解GPS——全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術(shù)。

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(dǎo)武器，而這些武器中的80%都采用了GPS精確制導(dǎo)系統(tǒng)。由于伊拉克使用了據(jù)說是從俄羅斯購進(jìn)的GPS干擾系統(tǒng)，使多枚美國導(dǎo)彈偏離了軌道，從而引起了世人廣泛的關(guān)注。自伊戰(zhàn)以來，隨著GPS技術(shù)在戰(zhàn)場上的廣泛應(yīng)用，GPS干擾戰(zhàn)術(shù)也開始活躍在戰(zhàn)爭的歷史舞臺上。在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：“你知道GPS全稱是GlobalPositionSystem，直譯為“全球定位系統(tǒng)”，是美國從上世紀(jì)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(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。

GPS全稱是GlobalPositionSy【閱讀指導(dǎo)】

GPS在航海、航空導(dǎo)航中的應(yīng)用應(yīng)用類型應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用作用航海應(yīng)用航空應(yīng)用向用戶提供船舶位置、航速、航向信息、海圖、海跡顯示避免船只沖撞，確保航行安全把自己的位置和航向發(fā)送到航海管理中心便于中心的跟蹤、搜尋和救援空域航路、著陸、機(jī)場監(jiān)視和管理實現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、飛行路徑管理【閱讀指導(dǎo)】GPS在航海、航空導(dǎo)航中的應(yīng)用應(yīng)用類型應(yīng)GPS的干擾分類1對星座的干擾

2對中繼的干擾

3對接收系統(tǒng)的干擾

4欺騙式干擾GPS的干擾分類1對星座的干擾2對中繼的干擾3對接收系統(tǒng)對星座的干擾(1)發(fā)射專用衛(wèi)星對地面注入站發(fā)送的信號進(jìn)行截獲分析，使導(dǎo)航衛(wèi)星不能正常工作或發(fā)射錯誤導(dǎo)航信息，使用戶得不到精確的導(dǎo)航信息甚至是錯誤的導(dǎo)航信息。(2)擾亂導(dǎo)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(zhǔn)太陽，致使整個衛(wèi)星電子設(shè)備因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(jìn)系統(tǒng)，使衛(wèi)星天線輻射不能對準(zhǔn)地面，從而使地面接收不到GPS的導(dǎo)航電文或使衛(wèi)星偏離正確軌道位置，降低GPS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(jù)，或使存儲器產(chǎn)生溢出。(5)通過干擾，降低衛(wèi)星時鐘校準(zhǔn)參數(shù)精度及衛(wèi)星星歷中的有關(guān)衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)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(jù)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無法傳遞信息和數(shù)據(jù)，導(dǎo)致地面監(jiān)控系統(tǒng)不能正常工作，從而達(dá)到干擾的目的。對星座的干擾對中繼的干擾對接收系統(tǒng)的干擾對接收系統(tǒng)的干擾通常指GPS接收機(jī)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)與有用信號相同或相似的其他信號，GPS接收機(jī)檢測有用信號時必然存在一些不確定因素。利用這一特點，可以施放干擾信號，迫使對方獲得的有用信息量降至最小。因此，對GPS的干擾就是通過輻射干擾信號，來壓制或欺騙敵方的GPS接收機(jī)。

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(jī)，使其產(chǎn)生錯誤的定位信息。它的實質(zhì)就是破壞GPS接收機(jī)的碼同步電路，使其捕獲假信號。

對接收系統(tǒng)的干擾欺騙式干擾GPS的抗干擾技術(shù)與方法美軍實施導(dǎo)航戰(zhàn)的措施主要分為空間部分和接收機(jī)部分。

GPS空間部分：在GPS空間段部分，主要采取3種措施以提高GPS的抗干擾能力，分別為增大GPS衛(wèi)星發(fā)射信號功率、研制新型導(dǎo)航衛(wèi)星、建立獨(dú)立軍用GPS系統(tǒng)。

增大衛(wèi)星發(fā)射信號功率可以提高GPS信號幅度及與干擾信號的信噪比，使敵方現(xiàn)有干擾機(jī)失效。研制新型GPSIIF導(dǎo)航衛(wèi)星。GPSIIF導(dǎo)航衛(wèi)星具有較強(qiáng)抗干擾能力和防截獲能力。美國在未來的“GPS現(xiàn)代化”計劃中，將建立獨(dú)立的軍用GPS，即將民用和軍用信號的頻譜分離開。

GPS接收機(jī)部分：對GPS進(jìn)行干擾的主要目的是干擾GPS接收機(jī)的正常工作，使其無法提供正確的導(dǎo)航信息。所以GPS接收機(jī)的抗干擾技術(shù)，是GPS系統(tǒng)抗干擾措施的最重要的組成部分。在接收端主要采取以下兩項技術(shù)以減輕對GPS接收機(jī)的干擾，他們分別是:研制抗干擾GPS接收機(jī)天線和采用先進(jìn)的接收信號處理技術(shù)。GPS的抗干擾技術(shù)與方法美軍實施導(dǎo)航戰(zhàn)的措施主要分為空間部GPS接收機(jī)綜合抗干擾技術(shù)

1空間－時域自適應(yīng)處理：時域濾波器可以以低的成本抑制多個窄帶干擾，而空間調(diào)零天線可以抑制所有類型的干擾，這就是空間－時域自適應(yīng)處理。2空間－頻率自適應(yīng)處理：將STAP中的自適應(yīng)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(yīng)處理（SFAP）。

3自適應(yīng)調(diào)零與波束形成結(jié)合：將自適應(yīng)調(diào)零與波束形成結(jié)合，在不知道衛(wèi)星的方位和俯仰時采用自適應(yīng)調(diào)零算法，使接收機(jī)一開始工作就具有一定的抗干擾能力。GPS接收機(jī)綜合抗干擾技術(shù)1空間－時域自適應(yīng)處理：時域濾波

新型的GPS接收機(jī)中使用了各種各樣的抗干擾措施，這些技術(shù)正被模塊化實現(xiàn)，如空域和時域抗干擾接收機(jī)（G-STAR）就是對聯(lián)合濾波的成功應(yīng)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)星上將使用一種可抗干擾的靈活功率系統(tǒng)，它利用獨(dú)特的多路復(fù)用信號或混合信號技術(shù)，可提高衛(wèi)星的信號發(fā)射強(qiáng)度。其他的技術(shù)還有安裝多信道天線、安裝多天線單元、零點控制、干擾抑制技術(shù)等。