轉(zhuǎn)發(fā)式gps欺騙干擾機的仿真建模與實現(xiàn)

杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計PAGEPAGE29杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計（2013屆）題目轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機的仿真建模與實現(xiàn)學(xué)院通信工程學(xué)院專業(yè)信息對抗技術(shù)班級09083511學(xué)號09083132學(xué)生姓名張喜合指導(dǎo)教師孫閩紅完成日期2012年12月摘要隨著科學(xué)技術(shù)的進步，GPS系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。有效地利用GPS干擾技術(shù)破壞對方的導(dǎo)航系統(tǒng)并實現(xiàn)對己方的有效隱蔽和保護，是GPS技術(shù)在軍事領(lǐng)域的一個新應(yīng)用。在眾多干擾技術(shù)中，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾有著發(fā)射功率低，不需要了解GPS信號偽碼結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)簡單等優(yōu)點。本文主要研究GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾原理。在分析了GPS定位原理的基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn)發(fā)式干擾進行了可行性分析，完成了轉(zhuǎn)發(fā)式干擾原理樣機的設(shè)計與實現(xiàn)，并著重對干擾機的射頻電路進行了研究。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾主要是利用信號的自然延時來實施干擾。因此，干擾信號與導(dǎo)航信號完全相同，只是延遲時間有所不同。另外轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號經(jīng)過功率放大，信號的幅度大于導(dǎo)航信號的幅度，GPS接收機完全有可能捕獲到轉(zhuǎn)發(fā)后的信號。從而使GPS接收機獲得錯誤的偽距，達不到精確的定位。本文在第一章和第二章中不僅詳細敘述了GPS的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀，還對它的發(fā)展前景做了大致的估計，并簡要概括了GPS信號的基本組成。在第三章，主要對干擾機的各部分功能進行細化和進一步的模塊化設(shè)計，將總體模型分為三個單元，包括：信號接收單元、干擾信號生成單元、干擾信號發(fā)送單元。第四章則著重于對仿真的結(jié)果進行簡要分析和比較，驗證理論依據(jù)的真實性。關(guān)鍵字：全球定位系統(tǒng)；轉(zhuǎn)發(fā)式干擾；模塊化設(shè)計，仿真

AbstractWiththedevelopmentofthetechnology,TheGlobalPositionSystemhasbeenusedwidely．ThenewapplicationofGPStechnologyinthemilitaryfieldishowtodestroyenemyNavigationsystemandenshroudeffectivelyourselvesutilizingtheGPScountertechnology．IntheGPSinterferencetechnology,theretransmittedjamminghastheadvantagesoflowsendingpower,unawarenessofthePRNcodestructureofGPSsignalandsimpleimplementation．Theretransmittedjammingprincipleisstudiedinthisdissertation．BasedontheanalysisoftheGPSpositiontheory,theeffectofjammingprototypeisstudiedandeverypartofthejammingprototypeisanalyzed．Thedesignandimplementationofjammingprototypehavebeendonetoo．Theretransmittedjammingmethodmainlymakesuseofsignal’snaturaldelay,sothejammingsignaliscompletelythesameasnavigatingsignal，exceptforthedifferentlydelaytime．Besides，thepowerofretransmittedjammingsignalisgreaterthanthenavigationsignal，SOGPSreceiverwillprobablyreceivethejammingsignal，whichresultsinit’sgettingthefalsepseudorangeandnotbeingpositionprecisely．Atthefirstandthesecondchapter,InotonlyexplainthedevelopmenthistoryandthedevelopingsituationofGPSindetail,butalsoestimateroughlyitsdevelopmentdirection,inaddition,thebasiccomponentsofGPSissimplysummarized．Atthethirdchapter,themaincontentisthatthefunctionofjammingprototypeisthemodularizationdesigned．Thewholemoduleisdividedintothreepartsincludingsignal-receivingunit，jammingsignalgenerationunitandjammingsignaltransmissionunit,andthefunctionofeachpartisdescribed．Thefourthchapteremphasizesanalyzingandcomparingdifferentsimulationresultinbrief,whichcanbeusedofcheckingtheauthenticityofthetheorybasis．Keywords：GPS，RetransmittedJamming，Modularizationdesigned，Simulation杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計目錄1引言 12GPS簡介及發(fā)展現(xiàn)狀 32.1GPS簡介 32.2GPS分類及應(yīng)用特點 32.3GPS發(fā)展現(xiàn)狀 42.4GPS發(fā)展前景 42.5GPS信號 53轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機 73.1干擾機 73.2轉(zhuǎn)發(fā)式干擾簡介 73.3轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機課題的提出 83.5轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機設(shè)計要點 103.6轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機發(fā)展方向 113.7建立轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機動態(tài)模型 123.7.1干擾信號接收單元的實現(xiàn) 133.7.2干擾信號發(fā)送單元的實現(xiàn) 163.7.3干擾信號生成單元的實現(xiàn) 184仿真效果分析 224.1GPS信號生成 224.2GPS信號的延時轉(zhuǎn)發(fā) 234.3GPS轉(zhuǎn)發(fā)信號的干擾 255結(jié)論 276致謝 287參考文獻 291引言自1957年前蘇聯(lián)將世界第一顆人造衛(wèi)星送入環(huán)地軌道以來，針對衛(wèi)星信號的干擾與抗干擾技術(shù)的發(fā)展日新月異。GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最基本也最重要的功能，是在廣達5.1億平方公里的巨大地球表面，給任意一個物體定位，由此而來，衍生了測速、軌跡描繪、導(dǎo)航、防盜反劫、服務(wù)救援、遠程監(jiān)控等等重要的應(yīng)用。目前，世界上主要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括：美國的GPS、歐盟的GALILEO、俄羅斯GLONASS和中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，其中美國的GPS應(yīng)用最為廣泛。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅在民用領(lǐng)域（如個人位置服務(wù)、氣象應(yīng)用、道路交通管理、鐵路智能交通、海運和水運、航空運輸、應(yīng)急救援等）得到廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生具大社會和經(jīng)濟效益，而且在軍事領(lǐng)域更具重要性。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于衛(wèi)星信號功率較低，GPS信號的能量大約相當(dāng)于在幾千公里以外一盞家用電燈的能量，要比廣播電視的信號要弱1,000,000,000倍，正是因為它過于微弱，因而極易受到多種形式的有意或無意干擾，導(dǎo)致接收機導(dǎo)航定位性能下降，甚至無法正常工作。在美國發(fā)動的第二次海灣戰(zhàn)爭中，由于伊拉克使用了據(jù)說是從俄羅斯購進的GPS干擾系統(tǒng)，使多枚美國精確制導(dǎo)導(dǎo)彈偏離了軌道，從而使得GPS干擾問題引起了世人廣泛的關(guān)注。美國政府、工業(yè)部門和學(xué)術(shù)界對GPS受干擾的問題進行了大量研究和模擬，提出即使沒有掌握先進技術(shù)的敵方也能容易、快速、廉價地制造和使用許多GPS干擾機，以摧毀依靠GPS制導(dǎo)的美國武器和其它平臺。如1994年9月，在約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室舉行的一次航空航天工程師和其它專業(yè)人員的研討會上，首次公開展示了一種得煙盒大小的自制干擾機，它采用12伏電池作動力，產(chǎn)生100毫瓦的輸出功率，通過一根細小的全向天線發(fā)射信號。據(jù)設(shè)計者稱，該裝置足以干擾半徑16公里范圍內(nèi)的任何采用CA編碼的GPS接收機。俄羅斯設(shè)計的廉價GPS干擾機現(xiàn)在到處可以買到，甚至可通過因特網(wǎng)采購到這種裝置。這種干擾機重3—10公斤鑒于空間衛(wèi)星系統(tǒng)在導(dǎo)航、通信、探測、預(yù)警、偵察等領(lǐng)域的廣泛軍事應(yīng)用，為在空間信息的通信對抗中獲得優(yōu)勢，美軍率先提出并建立了“反空間通信系統(tǒng)”，其目的在于利用無線電頻率干擾空間鏈路，阻礙敵方的衛(wèi)星通信。該系統(tǒng)已于2004年1月開始裝備。為此，我們也應(yīng)開展空間通信干擾技術(shù)的研究，期望通過先進的技術(shù)、方法、手段和策略，實現(xiàn)對信息有效傳輸保證的衛(wèi)星通信鏈路的干擾，進一步獲得空間優(yōu)勢。但是GPS衛(wèi)星信號抗電子干擾方面異常脆弱,傳輸功率小，信號頻率公開,是GPS易受干擾的重要原因。通過發(fā)射與GPS信號相類似的干擾信號，誤導(dǎo)GPS接收機偏離準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位，這個過程就是GPS欺騙干擾。本文主要概括轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙式干擾的發(fā)展與應(yīng)用。

2GPS簡介及發(fā)展現(xiàn)狀2.1GPS簡介全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機三大部分組成。按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。24顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Φ孛姹O(jiān)控部分包括四個監(jiān)控站、一個上行注入站和一個主控站。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進行數(shù)據(jù)初步處理的計算機。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站設(shè)在范登堡空軍基地。它對地面監(jiān)控部實行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運行至上空時把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天進行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。2.2GPS分類及應(yīng)用特點GPS衛(wèi)星接收機種類很多，根據(jù)型號分為測地型、全站型、定時型、手持型、集成型；根據(jù)用途分為車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式。GPS的應(yīng)用都是基于兩個基本服務(wù)，其一為空間位置服務(wù)，分為：定位：如汽車防盜、地面車輛跟蹤和緊急救生；導(dǎo)航：如船舶遠洋導(dǎo)航和進港引水、飛機航路引導(dǎo)和進場降落、智能交通、汽車自主導(dǎo)航及導(dǎo)彈制導(dǎo)；測量：主要用于測量時間、速度、及大地測繪，如水下地形測量、地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測及浮動車數(shù)據(jù)，利用GPS定期記錄車輛的位置和速度信息。從而計算道路的擁堵情況；另外還有時間服務(wù)，分為：系統(tǒng)同步：如CDMA通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)授時：準(zhǔn)確時間的授入、準(zhǔn)確頻率的授入2.3GPS發(fā)展現(xiàn)狀中國GPS導(dǎo)航的市場潛力巨大。截至到2005年底，中國擁有車載導(dǎo)航設(shè)備的車輛不足10萬輛，相對于3000萬輛的汽車總數(shù)來說，普及率不到1%。而日本的汽車車載導(dǎo)航安裝率高達59%，歐美約占25%。2006年便攜導(dǎo)航市場應(yīng)該有近5億元的規(guī)模，而隨著市場的高速發(fā)展及新品牌的層出不窮，預(yù)計2009年中國汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)終端的銷售額將接近100億元。2008年，被人們稱為中國的“3G元年”。眾所周知，目前在國內(nèi)通信領(lǐng)域，最火的就是正在試運行的TD-SCDMA——3G標(biāo)準(zhǔn)。作為新一代的通信技術(shù)，3G帶給人們非常多的期許。3G牌照的全面發(fā)放，也成了人們共同關(guān)注的焦點。其實在國內(nèi)的GPS導(dǎo)航領(lǐng)域也在經(jīng)歷著一場蛻變，第三代PND類導(dǎo)航產(chǎn)品的應(yīng)運而生，已經(jīng)把人們帶進了全新的導(dǎo)航時代。衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著越來越重要的作用，將成為“十一五”發(fā)展的亮點。在“十一五”期間，衛(wèi)星導(dǎo)航在其它領(lǐng)域如航空、海路、鐵路、建筑、電信、電力等方面的應(yīng)用都會有很大的發(fā)展空間。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在三方面：一是衛(wèi)星導(dǎo)航的多系統(tǒng)并存，使系統(tǒng)可用性得以提高，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼜V闊；二是多元組合導(dǎo)航技術(shù)正在得到推廣應(yīng)用，主要有GPS與移動通信基站定位、陀螺、航位推算技術(shù)等的組合應(yīng)用；三是衛(wèi)星導(dǎo)航與無線通信等其它高技術(shù)相結(jié)合，如GPS接收機嵌入到蜂窩電話、便攜式PC、PDA和手表等通信、安全和消費類電子產(chǎn)品中，從根本上促進了IT技術(shù)的整體發(fā)展。2.4GPS發(fā)展前景中國目前正在成為全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS）產(chǎn)業(yè)增長最快的市場之一?！笆晃濉逼陂g，GPS在多個領(lǐng)域?qū)碛懈蟮陌l(fā)展空間。然而，由于GPS在我國尚處于起步階段，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相配套的環(huán)境還不完善，制約了企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。致力于GPS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有識之士時刻關(guān)注著這些問題，并親自實踐探索其發(fā)展和突破之道。北京東方聯(lián)星科技有限公司總經(jīng)理張峻林是眾多探索者中的一員。有了更多這樣的有識之士，中國GPS產(chǎn)業(yè)的明天值得期待。與GPS產(chǎn)業(yè)發(fā)達的國家相比，我國的GPS產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，與之配套的大環(huán)境還沒有形成，企業(yè)發(fā)展相對較難。目前，雖然我國企業(yè)自主研制的GPS核心技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)達到國際水平，甚至直接賣給國外的公司，但由于沒有適合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大環(huán)境，產(chǎn)業(yè)鏈沒有形成，許多相關(guān)配套產(chǎn)品都沒有企業(yè)提供。特別是能夠研發(fā)核心技術(shù)的企業(yè)太少，只有東方聯(lián)星、西安華訊、北京星科聯(lián)通等少數(shù)幾家，勢單力孤。在政策環(huán)境方面，雖然國家已經(jīng)認識到發(fā)展GPS的重要性，但支持力度遠遠不夠?！爸饕€是國家衛(wèi)星導(dǎo)航的人才太少，制定發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的框架戰(zhàn)略不清晰，導(dǎo)致國家對未來衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的認識不足，投入謹慎，對企業(yè)的支持力度不夠?！睒I(yè)內(nèi)人士表示。此外，目前高校中沒有教授GPS知識的人，更談不上培養(yǎng)下一代GPS人才。據(jù)國外專家預(yù)測，到2030年，世界GPS市場將進入到平緩發(fā)展階段，市場趨于平穩(wěn)，應(yīng)用范圍雖十分廣泛，但隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大，單位利潤會逐漸降低。由于事關(guān)中國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多年來一直致力于此的業(yè)內(nèi)人士對以上情況看在眼里急在心里，其中就包括東方聯(lián)星科技公司總經(jīng)理張峻林。他說：“目前，衛(wèi)星導(dǎo)航在國內(nèi)外都是不成熟的，但是如果再等5年，國外技術(shù)完全成熟的時候，我們的機會就更少了，就像現(xiàn)在去做PC操作系統(tǒng)，談何容易？”目前，東方聯(lián)星雖然在某些領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界GPS事業(yè)的前列，但是缺乏大的環(huán)境支持，難免曲高和寡。目前，國家已經(jīng)認識到發(fā)展GPS的重要性，特別是對某些國有企業(yè)動輒支持幾千萬甚至上億元。但這些國有企業(yè)并沒有自己的核心技術(shù)，而是斥巨資購買國外的技術(shù)產(chǎn)品。如果這些企業(yè)能轉(zhuǎn)而利用國內(nèi)企業(yè)的核心技術(shù)，讓他們分一杯羹，不僅可以保證國內(nèi)企業(yè)的生存，還能打開GPS發(fā)展的大環(huán)境，推動我國衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展。2.5GPS信號GPS信號是擴頻調(diào)制信號，這種擴頻調(diào)制信號具有低截獲概率特性，系統(tǒng)為了區(qū)分各衛(wèi)星信號，通常采用碼分多址形式。目前GPS系統(tǒng)是部分公開的，采用的偽碼有C/A碼、P（Y）碼等。GPS衛(wèi)星信號包括三種信號分量：載波，兩個偽隨機噪聲碼(C/A碼和P碼)和數(shù)據(jù)碼(D碼)。隨著GPS現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，偽碼中將增設(shè)新的軍用M碼。GPS測距的測距碼信號和導(dǎo)航電文信號都屬于低頻信號。GPS衛(wèi)星距離地面約兩萬公里。緊張的電能不足以將上述數(shù)據(jù)率很低的信號傳輸?shù)降孛?。解決這一難題的辦法就是另外發(fā)射一種高頻信號作為載波將低頻的測距碼信號和導(dǎo)航電文信號加載到這一高頻信號上，構(gòu)成一個高頻的調(diào)制波發(fā)射給地面。GPS衛(wèi)星采用L頻帶的兩種不同頻率的電磁波作為高頻信號，分別稱為L1載波和L2載波。其中：L1載波的頻率fl=1575．42MHz，L2載波的頻率f2=1227．6MHz。GPS衛(wèi)星發(fā)射信號的頻率，都要受衛(wèi)星上原子鐘的基準(zhǔn)頻率的控制，GPS衛(wèi)星原子種基準(zhǔn)頻率為10．23MHz，P碼產(chǎn)生采用基準(zhǔn)頻率，C/A碼產(chǎn)生采用基準(zhǔn)頻率的1/10，而L1載波的頻率n為基準(zhǔn)頻率的154倍，L2載波的頻率Q為基準(zhǔn)頻率的120倍。

3轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機3.1干擾機對GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的下行信號進行干擾，主要是針對用戶接收機的干擾對抗，從技術(shù)上考慮，主要有壓制式干擾和欺騙式干擾，如圖3.1所示圖3.1GPS干擾方式分類圖3.2轉(zhuǎn)發(fā)式干擾簡介所謂欺騙式干擾是指發(fā)射與GPS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(chǎn)生錯誤定位信息，其功效相當(dāng)于偽GPS衛(wèi)星。根據(jù)偽距定位原理，由于GPS用戶設(shè)備不配帶原子鐘，用戶至衛(wèi)星的偽距測量結(jié)果會包括鐘差等引入誤差，因此對GPS進行定位欺騙可從兩方面著手，即給出虛假導(dǎo)航信息或增加信號傳播時延，從而使測得的偽距產(chǎn)生偏差。這種欺騙式干擾有產(chǎn)生式和轉(zhuǎn)發(fā)式兩種體制。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾就是將接收到的GPS衛(wèi)星信號重新廣播出去，從而構(gòu)成一個虛假的GPS衛(wèi)星信號，使接收機出現(xiàn)錯誤解碼，導(dǎo)致測距誤差，發(fā)生錯誤定位。就空間GPS干擾技術(shù)而言，我們首要研究重點是具有最佳干擾效果的相關(guān)干擾技術(shù)，其研究的最終目的在于通過產(chǎn)生的最大互相關(guān)偽碼匹配序列進行虛假導(dǎo)航電文的擴頻，實現(xiàn)GPS產(chǎn)生式欺騙干擾。由于轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾不需要對所接收的真實GPS信號進行分析，而直接通過延遲調(diào)節(jié)發(fā)射達到欺騙目的，因而從理論上可以認為是一種與代碼無關(guān)的干擾，因此進行該方式的研究也具有一定的實際指導(dǎo)意義。阻塞式壓制干擾實際上是一種非常有效的干擾手段，其缺點在于功率過高，但就戰(zhàn)時GPS信號可能發(fā)生的變化而言，該方式在一定條件下還是可以達到干擾目的的。隨著GPS系統(tǒng)抗干擾能力的增加，及其覆蓋范圍和精度的提高，單一效能的干擾手段很難達到預(yù)期效果。3.3轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機課題的提出現(xiàn)今社會，各個國家相繼開展了以攜帶各類有效載荷的航天器及其星座為核心體的相關(guān)資源利用和組網(wǎng)等技術(shù)的研究，期望通過空間優(yōu)勢獲得信息優(yōu)勢，其目的是奪取制天權(quán)。而信息能力已成為現(xiàn)代作戰(zhàn)的核心能力，未來空間攻防對抗的實質(zhì)也將是一場空間信息對抗，其目的在于奪取控制信息權(quán)。全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)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年全面建成，具有在海陸空進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)。為了實現(xiàn)空間電子對抗，干擾GPS系統(tǒng)正常工作的方法可分為兩大類：一類是直接摧毀衛(wèi)星，一類是用電子手段進行干擾。硬摧毀武器從研制、部署到使用的成本比較昂貴。因此，不到萬不得已，不應(yīng)輕易采用硬摧毀的手段。以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，它已經(jīng)成為精確制導(dǎo)武器的重要手段，美軍使用的精確制導(dǎo)彈藥占全部使用量的90％以上，而絕大多數(shù)精確制導(dǎo)彈藥均裝備了GPS導(dǎo)航定位裝置將打擊精度提升到數(shù)米量級。它分為空間部分、地面控制部分和地面控制部分三個部分。對空間部分、地面控制部分和由地面控制部分發(fā)往空間衛(wèi)星的上行鏈路信號進行“軟干擾"攻擊的難度也非常大，而從衛(wèi)星反饋到用戶定位設(shè)備的下行信號比較微弱，其開放性的特點，容易受到干擾，因此GPS的下行星地通信鏈路信號便是其“軟肋’’。對導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星通信下行鏈路進行“軟干擾”主要是對用戶接收機的干擾對抗，從技術(shù)上考慮，主要有壓制式干擾和欺騙式干擾。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是GPS干擾技術(shù)中欺騙式干擾的一個分支。其最大的優(yōu)勢是發(fā)射功率低，不易被探測器材發(fā)現(xiàn)，因而具有很強的戰(zhàn)場生存能力。同時，它不需要對所接收的真實GPS信號進行分析，而直接通過信號的延遲達到欺騙目的，因而從理論上可以認為是一種與代碼無關(guān)的干擾，因此進行該方式的研究具有一定的實際指導(dǎo)意義。本課題研究的就是GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾原理樣機的設(shè)計與實現(xiàn)。3.4轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機的發(fā)展本世紀(jì)，出于其軍事利益、經(jīng)濟利益、國家安全等方面的考慮，世界上有能力的國家都在紛紛建設(shè)自己的或與其他國家聯(lián)合的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)?，F(xiàn)今，世界上的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有：美國的GPS系統(tǒng)，歐洲的Galileo系統(tǒng)，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。衛(wèi)星導(dǎo)航已成為現(xiàn)代化戰(zhàn)爭“信息戰(zhàn)”、“導(dǎo)航戰(zhàn)’’的重要組成部分，海灣戰(zhàn)爭以來精確制導(dǎo)武器使用量與總投彈量比逐年提升，其中GPS制導(dǎo)武器占整個精確制導(dǎo)武器的比例由海灣戰(zhàn)爭的10％急增至2003年自由伊拉克戰(zhàn)爭的98％。航空導(dǎo)航GPS化是GPS系統(tǒng)建設(shè)的重要目標(biāo)之一，但航空導(dǎo)航可靠性要求高，技術(shù)相對復(fù)雜，因此GPS航空導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)落后于GPS航海系統(tǒng)。國際上，為了使衛(wèi)星導(dǎo)航成為航空導(dǎo)航的主導(dǎo)航手段，需要在現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建設(shè)增強系統(tǒng)，例如北美的WAAS系統(tǒng)，LAAS系統(tǒng)，歐洲的EGNOS系統(tǒng)，日本的MSAS系統(tǒng)等。在不斷的應(yīng)用探索的過程中，各國科學(xué)家及學(xué)者展開了針對GPS干擾機的研究及討論，并取得了一系列的研究成果。1997年，GlisieS等[1]提出了GPS系統(tǒng)采用典型的CDMA體制，這種擴頻調(diào)制信號具有低截獲概率特性，系統(tǒng)以碼分多址形式區(qū)分各衛(wèi)星信號。2000年，周義，王自焰[2]在論文中概括出了轉(zhuǎn)發(fā)式GPS干擾系統(tǒng)圖，如圖3.2所示。并提到，對GPS進行欺騙性干擾可從兩方面入手:給出虛假導(dǎo)航信息或增加信號延時時間,可分別采用產(chǎn)生式和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。文中預(yù)測，對欺騙式干擾而言,干擾機的趨勢是智能化。即能準(zhǔn)確估算目標(biāo)所接收到的衛(wèi)星測量值大小,并隨機給這些測量信號加上適當(dāng)?shù)牟豢蓹z測的偏差值,以較小的偏差值實施有效干擾。圖3.2GPS干擾示意圖2001年，孫智信[3]在其論文中提出，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾利用信號的自然時延容易實現(xiàn),關(guān)鍵在于解決收發(fā)隔離問題。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾還要從-20~-30dB的信噪比中提取、放大信號,以保證信號不產(chǎn)生畸變或較少畸變,并提高輸出信噪比。2005年，范俊輝等[4]指出，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是通過利用信號的自然延遲,對敵方的GPS接收機進行干擾,這種方法不需要知道信號的形式和偽碼結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)簡單。顯然，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾優(yōu)于產(chǎn)生式干擾,欺騙式干擾的研究的重點應(yīng)該放在轉(zhuǎn)發(fā)式干擾上。2006年，張翰林等[5]在論文中提出，對現(xiàn)代化GPS實施有效干擾難度越來越大,隨著新頻段和新碼的使用,從信噪比中提取高保真有用信號時,接收機很容易被欺騙信號所欺騙。在使用了新頻段和新代碼的現(xiàn)代化GPS中,干擾技術(shù)相對比較容易實現(xiàn)。由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)域。隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，美國政府宣布2000年至2006年期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到10米，這將進一步推動GPS技術(shù)的應(yīng)用，提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量，刺激GPS市場的增長。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，在美國，單單是汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，2000年后的市場將達到30億美元，而在中國，汽車導(dǎo)航的市場也將達到50億元人民幣。可見，3.5轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機設(shè)計要點為實現(xiàn)GPS轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾，有以下幾個關(guān)鍵問題：(1)收發(fā)隔離問題2002年，為解決這個問題，Rabbany[6]首次給出經(jīng)典的雙星協(xié)同的二級轉(zhuǎn)發(fā)機制，但是它比較復(fù)雜如圖3.3所示：圖3.3二星轉(zhuǎn)發(fā)示意圖(2)降低信號畸變和提高信噪比為降低信號畸變、提高信噪比，應(yīng)考慮使用具有較寬天線波束的天線，并在帶通濾波器后面加裝低噪放大器。(3)動態(tài)時延控制先通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后采用多抽頭可控數(shù)字延遲線來實現(xiàn)數(shù)字信號的動態(tài)時延，最后再通過D/A轉(zhuǎn)換還原為模擬信號。1994年，SallyL[7]等認為，對于GPS衛(wèi)星信號的捕獲是一個二維捕獲過程。捕獲結(jié)果是使本地參考碼和接收碼相位差值小于一個碼元寬度，且收發(fā)碼時鐘頻率基本一致，同時使載波相互對準(zhǔn)，從而實現(xiàn)輸入信號與本地信號的粗同步。1999年，BraaschM[8]在論文中認為，作為GPS接收機的處理核心，由捕獲和跟蹤組成的同步過程是尤為關(guān)鍵的。GPS衛(wèi)星信號在到達接收機后，經(jīng)天線前端處理(低噪放、下變頻、采樣等)后，隨即進入信號的同步階段。第二年，BrownA．等[9]認為，為捕獲到GPS衛(wèi)星信號，需要同時復(fù)現(xiàn)衛(wèi)星的碼相位和載波頻率，對GPS信號的搜索和捕獲，并給出了四種方法。①偽碼串行、載波串行②偽碼串行、載波并行③偽碼并行、載波串行④偽碼并行、載波并行2010年，劉慧越[10]利用多徑估計理論，提出了一種新的基于最大似然估計的GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號估計技術(shù)。闡述了轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的原理，建立了GPS接收機對轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號相干積分累加的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了轉(zhuǎn)發(fā)式干擾最大似然估計的計算公式。仿真實驗表明：該技術(shù)可以在有色噪聲條件下，對多個轉(zhuǎn)發(fā)式信號進行較精確的估計。在眾多國家中，俄羅斯對GPS干擾技術(shù)的研究是最為深入的，成果也最為顯著，先后提出了五代GPS干擾機理論。目前比較流行的主動干擾機是在復(fù)制導(dǎo)航信號的基礎(chǔ)上形成干擾信號，優(yōu)點是既可實現(xiàn)“硬”抑制，也可實現(xiàn)“軟"抑制，坐標(biāo)的測量過程中，在導(dǎo)航接收器中可以引用可控誤差，干擾效率高，可形成任何前面探討的干擾信號，暴露性非常小；而缺點是復(fù)雜性增大，功耗大。目前，除俄羅斯和美國外，能制造GPS干擾機的國家還有法國、德國、意大利、朝鮮等。就國內(nèi)而言，GPS干擾技術(shù)的理論研究及干擾裝置的研制起步較早，取得了一定的進展。但隨著技術(shù)的發(fā)展，迫切需要在現(xiàn)有干擾體制的基礎(chǔ)上提出更合理，更有效的干擾方法。3.6轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機發(fā)展方向結(jié)合上述認知轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機的現(xiàn)狀，預(yù)計認知轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機會沿著以下幾個方面發(fā)展：1，基礎(chǔ)理論和相關(guān)應(yīng)用的研究。包括：GPS基本運行機制，常見干擾計算與抗干擾方法，以及GPS信息傳輸基礎(chǔ)理論等。2，解決轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾的關(guān)鍵問題，例如收發(fā)隔離機制的簡化。3，民用GPS信息編碼加密防熱為惡意干擾，以及軍用GPS加密編碼的研發(fā)，并不斷改進GPS的測算精度。4，干擾機智能化，能準(zhǔn)確估算目標(biāo)所接收到的衛(wèi)星測量值大小,并隨機給這些測量信號加上適當(dāng)?shù)牟豢蓹z測的偏差值,以較小的偏差值進行有效干擾。3.7建立轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機動態(tài)模型在GPS系統(tǒng)被干擾的過程中，干擾機將信號進行轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾處理后，在將虛假信號與真實信號相結(jié)合，由GPS接收天線進行接收，從而達到干擾的目的，整個系統(tǒng)基本模型如圖3.4所示：圖3.4GPS干擾系統(tǒng)基本模型“轉(zhuǎn)發(fā)式"干擾利用信號的自然延時，因此干擾信號與導(dǎo)航信號完全相同，只是延時不同，另外轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號經(jīng)過放大信號的幅度大于導(dǎo)航信號的幅度GPS接收機完全有可能將轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號捕獲到從而獲得錯誤的偽距使GPS接收機達不到精確的定位。而且“轉(zhuǎn)發(fā)式’’干擾利用信號的自然延時，不需要產(chǎn)生高逼真信號，技術(shù)上相對容易實現(xiàn)。系統(tǒng)將原理樣機各部分功能細化，進行模塊化的設(shè)計，各模塊既具有相對獨立的功能，相互之間又有信息和數(shù)據(jù)的傳遞與交換，工作時相互制約，相互協(xié)調(diào)。基于FPGA控制的模擬信號可控延遲技術(shù)，實現(xiàn)了在一定存貯約束條件下的可控信號延遲轉(zhuǎn)發(fā)。我們將對干擾機模塊進行重點模擬，轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機框圖如圖3.5：圖3.5轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機流程圖典型的轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機結(jié)構(gòu)框圖如圖3.5所示，其中信號接收單元接收GPS衛(wèi)星信號，進行相應(yīng)處理，將模擬信號轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號；干擾生成信號單元產(chǎn)生延遲干擾信號，根據(jù)控制單元輸出的控制指令，由FPGA控制的FIFO進行延時控制，將經(jīng)過延時的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換后，生成干擾信號；干擾信號發(fā)送單元發(fā)送干擾信號，由微處理控制單元輸入控制指令，進行相應(yīng)處理后發(fā)送出去。從圖3中可以看出，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機的主要器件包括：低噪聲放大器、濾波器、混頻器、晶體振蕩器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、時鐘控制和FIFO等。需要分別對這些主要器件對干擾信號產(chǎn)生的細微影響進行分析并建模。其中涉及到的部分重要元件主要有以下幾種：低噪聲放大器用來增加接收機輸入端的微弱信號的幅度，使之能夠達到接收機的檢波器的可用范圍。濾波器用來選擇性地通過或抑制某頻段信號。理想特性為：允許某一頻率段通過，而抑制其余頻率段；濾波器對通帶內(nèi)頻率信號呈現(xiàn)匹配傳輸，對阻帶頻率信號失配而進行反射衰減，從而實現(xiàn)信號頻譜過濾功能?；祛l器是三端口的有源或無源器件。如果在兩個輸入端口分別輸入不同頻率的兩個信號，在唯一的輸出端口將產(chǎn)生一個和頻和一個差頻信號，這個過程叫做頻率變換。信號接收單元中必須使用這種頻率較低的信號，因為它很容易用中頻級進行有效放大和濾波，并且很容易使頻段得到優(yōu)化，從而使信號接收單元的增益和選擇性得到提高。晶體振蕩器是性能最好的振蕩器，如果在晶體兩端加上同頻交變信號，那么它就在自己的固有諧振頻率上振蕩，其功能基本上和超高Q值的串聯(lián)諧振電路一樣。對所有的振蕩電路來說，最重要的一個參數(shù)是Q。高Q反饋振蕩器的輸出頻率比LC振蕩器的輸出頻率要穩(wěn)定得多。3.7.1干擾信號接收單元的實現(xiàn)信號接收單元原理圖如圖3.6所示：圖3.6信號接收單元原理框圖信號接收單元運行特點是：接收單元接收信號遠大于單元工作時的內(nèi)部噪聲，由于輸出為數(shù)字信號，接收單元應(yīng)具有較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換速率。圖中帶通濾波器l可以選出GPS信號頻帶，排除信號頻帶外信號。接收單元中，大部分噪聲系數(shù)是在低噪放大器產(chǎn)生的。低噪放大器提供15dB的前端增益，同時也產(chǎn)生了小于15dB的噪聲。而帶通濾波器2不僅可以衰減所有諧波分量，而且還可以消減由LNA自身引起的鏡像噪聲。在帶有單一濾波器的接收機中，帶通濾波器1使天線與LNA的輸入端相匹配，減少信號頻帶外信號的幅度，以防止LNA過載，并提供一定的鏡像濾波。為減少帶通濾波器l預(yù)選器的插入損耗（LNA前面的濾波器插入損耗可直接影響噪聲系數(shù)），通常在LNA與第一混頻器之間接入帶通濾波器2。二次濾波可以減少噪聲系數(shù)，有助于預(yù)選器排除鏡像信號以及其他干擾信號?；祛l器1的輸入信號幅度一般較大，為減少混頻產(chǎn)生的互調(diào)失真，需要一個高壓縮點。為了減少互調(diào)失真的產(chǎn)生，輸入混頻器的射頻信號應(yīng)至少比輸入到混頻器本振端口的信號低10dB。為了濾除所需要的信號之外的其他信號，混頻器1的輸出端鏈接天線分離濾波器。采用設(shè)計完善、品質(zhì)因數(shù)較高的晶體振蕩器可以減小誤比特率，并使緩沖相鄰信道靈敏度降低。接收機的增益特性包括：由放大器提供的增益、由濾波器造成的損耗、衰減和混頻。對整個接收機而言，從接收機的前端對天線的輸入到最后一級中頻輸出，整個射頻和中頻增益通常在125dB左右。具體參數(shù)設(shè)計如下信號接收單元包括帶通濾波器、混頻器、本振器等器件，當(dāng)中頻輸出30．69MHz時，參數(shù)設(shè)計指標(biāo)如下所示：帶通濾波器1，2：1．濾波器中心頻率為1575.42MHz；2．3dB帶寬為12MHz；3．中心插入損耗小于1.2dB；4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5:1；5．帶外抑制不小于35dBc；6．輸入與輸出阻抗皆為50。低噪聲放大器：1．輸入阻抗50；2．工作頻段為1400--1600MHz；3．噪聲系數(shù)不大于0.65dB；4．增益大于25dB，當(dāng)輸入功率電平大于0．001W時應(yīng)進入過載；5．增益平坦度為0.2dB；6．輸出阻抗50。第一本振：1．產(chǎn)生頻率1205.42MHz；2．輸出幅度7dBm；3．雜波抑制小于-70dBc；4．頻率穩(wěn)定度10^-8ppm：5．諧波失真-40dBc。帶通濾波器3：1．濾波器中心頻率為1205.42MHz：2．3dB帶寬為12MHz；3．中心插入損耗小于1.2dB；，4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；5．帶外抑制不小于35dBc；6．輸入與輸出阻抗皆為50?；祛l器l：1．輸入阻抗50；2．插入損耗小于8dB；3．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm：4．輸出阻抗50；5．隔離度LO/RF大于40dB；LO/IF大于30dB；LO/IF大于20dB。第一中頻處理：第一中頻處理包括第一中頻的帶通濾波器，中頻放大器等；對應(yīng)第一中頻的帶通濾波器：1．中心頻率370MHz；2．輸入阻抗50：3．3dB帶寬為12MHz；4．帶內(nèi)損耗小于-2dB，5．輸出阻抗50。對應(yīng)第一中頻的中頻放大器：1．輸入阻抗50；2．噪聲系數(shù)不大于2dB；3．260MHz處增益大于40dB；4．輸出阻抗50。第二本振：1．產(chǎn)生頻率400.69MHz；2．輸出幅度7dBm；3．雜波抑制小于-70dBc：4．頻率穩(wěn)定度10^-8ppm；5．諧波失真-40dBc。帶通濾波器4：1．濾波器中心頻率為400.69MHz；2．3dB帶寬為12MHz；3．帶內(nèi)損耗小于ldB；4．帶外抑制不小于35dBc；5．輸入與輸出阻抗皆為50。混頻器2：1．輸入阻抗50；2．插入損耗小于8dB；3．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；4．輸出阻抗50；5．隔離度LO/RF大于40dB，LO/IF大于30dB，LO/IF大于20dB。第二中頻處理：第二中頻處理包括第二中頻的帶通濾波器，中頻放大器等。3.7.2干擾信號發(fā)送單元的實現(xiàn)通信的發(fā)射部分主要功能是將中頻的模擬信號上變頻至GPSL1(1575．42MHz)L2(1227．60MHz)頻率并放大輸出。原理框圖如3.7所示圖3.7干擾信號發(fā)送單元基本框圖就信號發(fā)射單元來說，發(fā)送的RF頻率和較低的輸入頻率決定使用單變頻還是雙變頻。在對頻率較高的射頻的操作中，為適當(dāng)抑制混頻產(chǎn)生的反饋，同時也抑制濾波器的帶寬百分比的限制所引起的寄生混頻器響應(yīng)，設(shè)計采用中頻濾波器。射頻帶通濾波器的作用是，抑制部分發(fā)射機產(chǎn)生的諧波、帶寬噪聲、互調(diào)失真及帶外變換頻率。發(fā)射帶通濾波器可以用來衰減LO饋通、不需要的和頻以及差頻、以及其他混頻分量，但是不能產(chǎn)生大的群延遲變化和幅度波動。寬帶中頻放大器不僅有放大功能，還有高反相隔離作用，阻止第一混頻器產(chǎn)生的混頻分量再次進入輸出端口。第一混頻器將輸入信號轉(zhuǎn)換為IF，而本地帶通濾波器濾除寬帶噪聲、諧波。為了不降低整個信號發(fā)射單元的信噪比，數(shù)字發(fā)射機的功率放大器應(yīng)具有較高的信噪比。對發(fā)射機濾波器的要求是：所有信號都能通過，但不會引起通帶切割。參數(shù)設(shè)計如下帶通濾波器：1．濾波器中心頻率30.69MHz；2．3dB帶寬為12MHz；3．中心插入損耗小于1.2dB；4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；5．帶外抑制不小于35dBc：6．輸入與輸出阻抗皆為50。第一本振：1．產(chǎn)生頻率410.69MHz。第1級混頻器：1．輸入阻抗50：2．插入損耗不大于8dB：3．隔離度：LO/RF不小于40dB，LO/IF不小于30dB，LO/IF不小于20dB：4．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；5．輸出阻抗50。本地帶通濾波器：1．濾波器中心頻率380MHz；2．3dB帶寬為12MHz；3．中心插入損耗小于1.2dB：4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；5．帶外抑制不小于35dBc：6．輸入與輸出阻抗皆為50。第二本振：1．產(chǎn)生頻率1955.42MHz。第2級混頻器：1：輸入阻抗50；2．插入損耗不大于8dB；3．隔離度：LO/RF不小于40dB，LO/IF不小于30dB，LO/IF不小于20dB。4．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；5．輸出阻抗50。本地帶通濾波器：1．濾波器中心頻率1955.42MHz；2．3dB帶寬為12MHz；3．中心插入損耗小于1.2dB：4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；5．帶外抑制不小于35dBc；6．輸入與輸出阻抗皆為50。發(fā)射帶通濾波器1．濾波器中心頻率1575.42MHz；2：3dB帶寬為12MHz；3．中心插入損耗小于1.2dB；4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；5．帶外抑制不小于35dBc；6．輸入與輸出阻抗皆為50。功率放大器：1．輸入輸出阻抗50；2．噪聲系數(shù)不大于2dB；3．1575.42MHz處增益大于40dB；4．工作電壓：12V。第一中頻處理：第一中頻處理包括第一中頻的帶通濾波器，中頻放大器等3.7.3干擾信號生成單元的實現(xiàn)在轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機的結(jié)構(gòu)框圖中可以看到，干擾生成信號單元產(chǎn)生延遲干擾信號，根據(jù)控制單元輸出的控制指令，由FPGA控制的FIFO進行延時控制，將經(jīng)過延時的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換后，生成干擾信號。干擾信號生成單元包括ADC模塊，鐘控模塊與先入先出隊列（FIFO）組合而成的時鐘管理模塊和DAC模塊三大部分組成。圖3.8存儲轉(zhuǎn)發(fā)基本框圖如圖3.8所示，產(chǎn)生干擾信號其總體流程為，接收到的中頻調(diào)制信號，通過解調(diào)將信號變?yōu)閿?shù)字信號，然后用存儲器存儲。這樣的過程稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程干擾機體系結(jié)構(gòu)的一個重要特點是將A/D和D/A盡量靠近射頻前端。為減少模擬環(huán)節(jié)，在較高的中頻，乃至對射頻信號直接進行數(shù)字化。這就要求A/D器件具有適中的采樣速率和很高的工作帶寬。為適應(yīng)錯綜復(fù)雜的電磁環(huán)境。A/D器件除了要有高速度、大帶寬外，同時還需要大動態(tài)范圍。首先，要選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器理想的采樣就是用周期性的沖激序列和給定的信號相乘。把時域上連續(xù)的信號轉(zhuǎn)換成時域離散的信號翻。在實際中，真正的沖激序列是無法實現(xiàn)的，通常代之以窄帶脈沖串。這樣，就可以得到頂部隨給定信號變化的脈沖序列，這種采樣方法，稱為自然采樣。對一個模擬信號的時間和幅度進行離散采樣，。首先假定信號的有用頻率分量從直流至f，對這樣的信號進行采樣我們稱之為香農(nóng)采樣，或稱為基帶采樣。當(dāng)我們用離散的時間間隔對一個連續(xù)信號進行采樣時，必須仔細地對采樣間隔加以選擇，以確保原始模擬信號的復(fù)現(xiàn)精度。很顯然，采樣速率f正越高，數(shù)據(jù)的復(fù)現(xiàn)精度也就越高。香農(nóng)采樣定理：為了避免信息損失，帶寬為f的模擬信號必須用大于2f的采樣速率進行采樣。香農(nóng)采樣準(zhǔn)則：如果采樣速率小于2f，那么將會發(fā)生混疊現(xiàn)象。A/D轉(zhuǎn)換器有以下技術(shù)指標(biāo)：最低有效位(LSB)：二進制數(shù)中權(quán)最小的位。在n位二進制數(shù)中，1LSB對應(yīng)的模擬輸入量是滿度范圍的1/24，也就是量化單位。通常把1LSB對應(yīng)的模擬輸入量簡稱1LSB。最高有效位(MSB)：二進制數(shù)中權(quán)數(shù)最大的位。分辨率：模數(shù)轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換中所能分辨的最小量，習(xí)慣上用轉(zhuǎn)換結(jié)果的位數(shù)表示。如稱14位ADC有14位分辨率。分辨率有時也用最低有效位LSB的步長表示，例如把14位ADC的分辨率說成1/2^14單極性方式：當(dāng)ADC的模擬輸入電壓只允許為正電壓或只允許為負電壓．即為單極性方式，轉(zhuǎn)換結(jié)果用無符號的二進制數(shù)表示。雙極性方式：當(dāng)ADC的模擬輸入電壓既可為正電壓，也可為負電壓時，即為雙極性方式，轉(zhuǎn)換結(jié)果常用二進制偏移碼表示。量化誤差：模擬輸入量在量化取整的過程中所引起的誤差，又稱量化不確定度。量化誤差是模數(shù)轉(zhuǎn)換器固有的，其大小與分辨率直接相關(guān)，通常為±1／2LSB或±1LSB模擬輸入量。信噪比(SNR)：信號電平的有效值與各種噪聲(包括量化噪聲、熱噪聲、白噪聲等)有效值之比的分貝數(shù)。理論信噪比(即只考慮量化噪聲的因素)取決于ADC量化過程所使用的量化數(shù)目，量化數(shù)目(即ADC的位數(shù))越多，量化噪聲就越小、其理論信噪比也就越大。對于正弦信號，其理論信噪比可由公式3-1得到：SNR=6.02N+1.76dB（3-1）式中N為ADC的位數(shù)。應(yīng)當(dāng)指出，上式?jīng)]有考慮采樣速率對信噪比的影響。事實上，提高采樣速率可以等效地提高ADC的位數(shù)，因此，提高采樣速率可以提高ADC的信噪比。如公式3-2：（3-2）式中，稱為過采樣倍率，稱為處理增益。信噪失真比(SINAD)，又稱之為信納比。記作S/(N+D)，是指輸入信號有效值與基帶帶寬中全部其他頻率分量(包括噪聲和諧波分量，但不包括直流分量)總有效值之比的分貝數(shù)。S/(N+D)與SNR不同之處在于考慮了諧波分量。由于ADC在實際應(yīng)用中存在噪聲和失真，從而影響了ADC的實際分辨率，等效地降低了ADC的位數(shù)。ADC實際可達到的位數(shù)稱為有效位數(shù)(ENOB)，如果已知SINAD(通常用實測的方法得到)，ENOB可用公式3-3求出：（3-3）顯然，ENOB是一個綜合性的動態(tài)性能指標(biāo)。它與系統(tǒng)的采樣速率、信號帶寬、信號幅度、噪聲、諧波失真等均有密切的關(guān)系。為保證干擾機的功能和性能，以及信號還原的準(zhǔn)確度，課題對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時鐘質(zhì)量要求較高且要具有低相位噪聲。本文使用AD6645作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。AD6645片上提供了采樣保持電路和基準(zhǔn)電位，使其成為一個完整的A/D轉(zhuǎn)換解決方案，內(nèi)部采用三級子區(qū)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，既保證了精度又降低了功耗。第二步要考慮D/A轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)。與A/D轉(zhuǎn)換器不同，D/A轉(zhuǎn)換器的核心部分是一組電流開關(guān)和其權(quán)電流的控制。它的輸出信號實際上就是寬度為轉(zhuǎn)換速率倒數(shù)的矩形脈沖串。構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器有兩種基本方案：一種是電流開關(guān)中通以相向的電流，輸出電流的大小由R-2R網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)；另一種采用二進制作權(quán)電流源，它的輸出是疊加在一起的。相應(yīng)的，我們也有專門的芯片來進行D/A轉(zhuǎn)換，即AD9772。AD9772內(nèi)部模塊依據(jù)功能可以劃分為：時鐘產(chǎn)生和控制模塊，輸入鎖存模塊，內(nèi)插濾波模塊，“零填充”模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及輸出參考電路。時鐘產(chǎn)生和控制模塊使用鎖相環(huán)實現(xiàn)，主要為片內(nèi)各個功能模塊提供時鐘和控制信號，環(huán)路的參數(shù)直接決定了數(shù)模轉(zhuǎn)換的性能。時鐘產(chǎn)生和控制模塊由差分輸入，相位檢測，環(huán)路濾波(外圍電路配置)，壓控振蕩器(VCO)，分頻器和時鐘分配模塊組成。依據(jù)輸入數(shù)據(jù)速率，鎖相環(huán)路有兩種工作模式：當(dāng)輸入數(shù)據(jù)速率大于6MSPS時，鎖相環(huán)路工作，相應(yīng)的管腳PLLVDD=VCC，PLLCOM=GND；當(dāng)數(shù)據(jù)速率小于6MSPS時，為了獲得更高的相位抗噪聲性能，不使用內(nèi)部的鎖相環(huán)路，相應(yīng)的管腳PLLVDD=PLLCOM=GND。最后，要進行最重要的時鐘管理模塊的建立。在延遲控制系統(tǒng)中模擬信號的延遲有著很廣泛的應(yīng)用，例如電子對抗中轉(zhuǎn)發(fā)式干擾技術(shù)，信號的模擬中繼技術(shù)等，但延遲的方法均采用延遲線完成，并且延遲時間短，可控性較弱、靈活性不強。為了改善這種情況，實現(xiàn)在一定存貯約束條件下的可控信號延遲轉(zhuǎn)發(fā)，我們采用FPGA控制的模擬信號可控延遲技術(shù)?？倖卧ㄟ^控制AD6645和AD9772芯片來進行模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換，以FIFO存儲器實現(xiàn)信號的連續(xù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)，并通過存儲的深度決定延遲時間。DCM稱為數(shù)字時鐘管理器，可以對時鐘進行分頻操作和倍頻操作。由于產(chǎn)生偽碼序列的時鐘頻率為10.23MHz，對GPS信號采樣的時鐘頻率為81.84MHz，需要使用DCM產(chǎn)生這兩個時鐘信號。DCM的最低輸入頻率為24MHz，因此，使用的用戶晶振頻率為61.38MHz，這個頻率等于產(chǎn)生偽碼序列頻率的6倍經(jīng)過2倍頻可以得到頻率為122.76MHz時鐘信號，再經(jīng)過12分頻可以得到頻率為10.23MHz的時鐘信號，經(jīng)過1.5分頻可以得到頻率為92.07MHz的時鐘信號。而100MHz的時鐘用于向處理器提供時鐘信號。系統(tǒng)利用FIFO存儲器的自然延遲對數(shù)據(jù)進行存儲延遲。AD輸入的信號是邏輯電平信號，由于采樣結(jié)果只有l(wèi)和0兩種值，所以采樣結(jié)果只需要一位寬度的FIFO進行存儲。為保證電路的精度，采樣速度可能比較高，采樣速度越高，所需要的FIFO規(guī)模越大，對于本設(shè)計所要求的精度，即最大延遲2雌，92．07MHz的采樣頻率，采樣周期為1ms，采樣精度14位。此時要求FIFO的深度為2578bit。

4仿真效果分析4.1GPS信號生成在仿真的過程中，為了驗證干擾機對信號的干擾作用，我只是使用普通的隨機碼產(chǎn)生信號，進行二次濾波量化處理，得到基本原始信號作為GPS信號。信號的初始處理電路圖如圖4.1，首先要進行二次濾波，二次濾波可以減少噪聲系數(shù)，有助于預(yù)選器排除鏡像信號以及其他干擾信號。量化處理之后幅度增加4，使信號幅度為正值，然后取整可得GPS數(shù)字信號，如圖4.2。信號進過緩存進行FFT，可以觀察其頻譜，如圖4.3。圖4.1GPS信號初始處理圖4.2GPS信號時域波形圖4.3GPS信號頻譜4.2GPS信號的延時轉(zhuǎn)發(fā)GPS信號的延時轉(zhuǎn)發(fā)如圖4.4，GPS信號經(jīng)上述處理轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號后，根據(jù)信號幅度數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為二進制形式進行幀變換并進行延時處理，再次恢復(fù)數(shù)字信號后就可以得到經(jīng)過延時轉(zhuǎn)發(fā)的信號時域波形和頻域波形，如圖4.5和圖4.6。其中時域波形與原信號相比較，可以看出延時效果，圖4.6與圖4.3對比可知而延時不影響頻域。圖4.4GPS信號的延時轉(zhuǎn)發(fā)圖4.5延時信號與原信號波形對比圖4.6延時信號的頻譜4.3GPS轉(zhuǎn)發(fā)信號的干擾轉(zhuǎn)發(fā)信號幅度增加轉(zhuǎn)為正值，進行FFT之后被一矩形波進行濾波干擾，IFFT之后信號幅度取整，完成整個干擾。電路圖如圖4.7。圖4.8中可以看到干擾信號與原信號的不同，通過對比圖4.9和圖4.3，可以看出干擾信號頻譜發(fā)生了改變。圖4.7轉(zhuǎn)發(fā)信號的干擾過程電路圖圖4.8原GPS信號（上）與干擾信號（下）時域波形對比圖4.9干擾信號的頻譜總電路圖如下：圖4.10轉(zhuǎn)發(fā)式GPS干擾機總電路圖

5結(jié)論GPS技術(shù)是美國開發(fā)的一系列技術(shù)中最為成功的一項，它推動了武器系統(tǒng)向前發(fā)展，使精確制導(dǎo)精度進一步提高，并將成為未來軍事革命的重點之一。因此如何更有效的干擾GPS制導(dǎo)武器便成了當(dāng)前急需解決的重大課題，同時它也是一項需要不斷改進的長期課題。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于衛(wèi)星信號功率較低，GPS信號的能量大約相當(dāng)于在幾千公里以外一盞家用電燈的能量，要比廣播電視的信號要弱1,000,000,000倍，正是因為它過于微弱，因而極易受到多種形式的有意或無意干擾，導(dǎo)致接收機導(dǎo)航定位性能下降，甚至無法正常工作。本文研究的是GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾方法的建模與仿真。通過對轉(zhuǎn)發(fā)式GPS干擾機原理的學(xué)習(xí)研究，針對GPS信號的特點和弱點，用Matlab仿真軟件對轉(zhuǎn)發(fā)式GPS干擾方法進行了建模與仿真，得到仿真結(jié)果并驗證干擾方法。得出如下結(jié)論：1)．分析了轉(zhuǎn)發(fā)干擾的機理及實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的關(guān)鍵問題。分析得出最佳轉(zhuǎn)發(fā)干擾參數(shù)的設(shè)定應(yīng)該遵循干擾載頻與信號載頻瞄準(zhǔn)，干擾和信號兩者的偽碼速率相近等原則。2)．完成轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機的整體進行設(shè)計與實現(xiàn)，對原理樣機各部分功能細化，進行模塊化的設(shè)計，各模塊既具有相對獨立的功能，便于查驗疏漏，又相輔相成，緊密結(jié)合，進行良好的仿真分析。3)．設(shè)計了模擬信號延遲模塊，重點在于二進制轉(zhuǎn)換之間的信號處理。4)．對整個系統(tǒng)進行測試，對測試結(jié)果進行分析，不斷修改參數(shù)，得到不同的結(jié)果，進一步分析各個模塊的作用與工作參數(shù)限制。

6致謝時光飛逝，大學(xué)四年轉(zhuǎn)眼過去，迎來了最后的畢業(yè)時刻。謹此對關(guān)心我支持我的老師同學(xué)，朋友家人致以真誠的感謝。本文是在我的指導(dǎo)老師孫閩紅教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在論文選題和研究過程中，孫老師給與了我極大的支持，這些對論文研究工作及論文的完成都起著關(guān)鍵性的作用。在畢業(yè)設(shè)計進行過程中，他嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及務(wù)實認真的科研精神，給我留下了極為深刻的印象。在他的指導(dǎo)點撥下，我時有心得，受到了極大的啟發(fā)，學(xué)業(yè)上受益頗多。尤其在最后的電路仿真中，經(jīng)常指點我電路的不足和改進方法讓我茅塞頓開，在此，向?qū)熤乱陨钌畹木匆夂驼\摯的謝意!感謝與我一起承擔(dān)課題、付出努力陸云峰、陳拓、魏旭光、阮超力、曾超，我們相互合作，彼此都真誠互助，建立了良好而真摯的友誼，十分感謝他們對我的關(guān)心和幫助。在畢業(yè)設(shè)計最后一段時間，我因肺炎住院，我的室友沈科、邵力夫以及王嘉彬給與了我極大的關(guān)心和幫助，謹在此致以真摯的感謝?！叭诵斜赜形釒煛?。與我同組的每一位同學(xué)都給我留下了深刻的印象。我要感謝他們等對我的幫助，希望記住那一年，曾經(jīng)一起做過的畢業(yè)設(shè)計。這是一個團結(jié)互助的集體，我為曾經(jīng)生活在其中而感到無限榮幸!感謝我的父母，千里之外依然擔(dān)心牽掛著我，為我的病情心急如焚。感謝我的朋友，在我遇到困難時，即使幫不上忙也真誠地安慰我，鼓勵我。

7參考文獻[1]GlisicS，VuceticB．SpreadSpectrumCDMASystemsforWirelessCommunications[C]，ArtechHouseMobileCommunicationsSeries，March1997:383-386．[2]周義，王自焰，GPS干擾與反干擾——電子戰(zhàn)新焦點[J]，飛航導(dǎo)彈2001(4)：31-47．[3]孫智信，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的電子攻防對抗研究綜述[J].航天電子對抗,2001(1):5-11．[4]范俊輝，田斌，王勇，田紅心，易克初,GPS干擾技術(shù)研究[J],廣東通信技術(shù)，2005，25(2)：70-73．[5]張翰林，張國定，劉寶。對現(xiàn)代化GPS的欺騙式干擾研究[J]，光盤技術(shù)，2006（4）：36-38．[6]El-RabbanyA．IntroductiontoGPS：theGlobalPositioningSystem[M]．ArtechHouse，2002:1-11．[7]SallyL.Fridge，StephenR．Beloach．Real-TimeOn-The-FlyKineMaticGPSSystemResults[J]，Navigation，Summer1994,2(3)：175—186．[8]BraaschM．a(chǎn)ndVanDierendonckA．GPSReceiverArchitecturesandMeasurements[J]，Proc．OftheIEEE，January1999,1(87):48-64．[9]BrownA，NeilGerein，andKeithTaylor．ModelingandSimulationofGPSUsingSoftwareSignalGenerationandDigitalsignalReconstruction[J]，Proc．ofIONTechnicalMeeting，Anaheim，CA，January2000,5(12):4-11．[10]劉慧越，張愛勇，唐斌，基于最大似然的GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號估計方法[J]，GNSSWORLDOFCHINA，2010,35(3)：10-12．目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章總論 11.1項目概論 11.2項目建設(shè)單位基本情況 11.3項目建設(shè)規(guī)模 21.4項目建設(shè)內(nèi)容 21.5建設(shè)方案 21.6主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)（項目達產(chǎn)后） 31.7編制依據(jù) 31.8綜合評價 4項目背景及現(xiàn)狀評價 52.1項目建設(shè)背景 52.2地理位置與自然資源 82.3社會經(jīng)濟狀況與現(xiàn)狀評價 10第三章項目投資環(huán)境分析 143.1項目建設(shè)有利條件 143.2項目區(qū)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢 173.3項目提出的必要性 19第四章產(chǎn)品市場分析 254.1農(nóng)業(yè)觀光旅游的基本屬性 254.2農(nóng)業(yè)觀光旅游市場前景 254.3目標(biāo)市場分析 274.4目標(biāo)市場定位 33HYPERLINK\l"_Toc286