GPS干擾和抗干擾技術(shù)

1、 在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，曾經(jīng)有記者問一位飛行在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：?jiǎn)T：“你知道去轟炸哪個(gè)城市嗎？你知道去轟炸哪個(gè)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(jí)給我一個(gè)坐標(biāo)，我按計(jì)算容易，上級(jí)給我一個(gè)坐標(biāo)，我按計(jì)算機(jī)的指引，投下采用機(jī)的指引，投下采用GPS導(dǎo)航的炸彈掉頭導(dǎo)航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機(jī)沒啥兩樣。就走，跟我玩游戲機(jī)沒啥兩樣。” 這兩個(gè)例子是現(xiàn)這兩個(gè)例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中引用代戰(zhàn)爭(zhēng)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(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)，但要想能反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)，但要想能更好的維護(hù)世界和平，更好的維護(hù)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(shù)。技術(shù)。 在美國(guó)發(fā)動(dòng)的第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)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(gòu)進(jìn)的GPS干擾系統(tǒng)，使多枚美國(guó)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(chǎng)上的廣泛應(yīng)用，GPS干擾戰(zhàn)術(shù)也開始活躍在戰(zhàn)爭(zhēng)的歷史舞臺(tái)上。 GPS全稱是Global Position System，直譯為“全球定位系統(tǒng)”，是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)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(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定

3、位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)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(jī)場(chǎng)監(jiān)視陸、機(jī)場(chǎng)監(jiān)視和管理和管理實(shí)現(xiàn)空域劃分、空實(shí)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(duì)星座的干擾對(duì)星座的干擾 2對(duì)中繼的干擾對(duì)中繼的干擾 3對(duì)接收系統(tǒng)的干擾對(duì)接收系統(tǒng)的干擾 4欺騙式干擾欺騙式干擾 對(duì)星座的干擾對(duì)星座的

4、干擾(1)發(fā)射專用衛(wèi)星對(duì)地面注入站發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行截獲分發(fā)射專用衛(wèi)星對(duì)地面注入站發(fā)送的信號(hào)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(cuò)誤導(dǎo)航信息，析，使導(dǎo)航衛(wèi)星不能正常工作或發(fā)射錯(cuò)誤導(dǎo)航信息，使用戶得不到精確的導(dǎo)航信息甚至是錯(cuò)誤的導(dǎo)航信息。使用戶得不到精確的導(dǎo)航信息甚至是錯(cuò)誤的導(dǎo)航信息。(2)擾亂導(dǎo)航衛(wèi)星上的對(duì)日定向系統(tǒng)，使其不能讓太陽擾亂導(dǎo)航衛(wèi)星上的對(duì)日定向系統(tǒng)，使其不能讓太陽能電池帆板始終對(duì)準(zhǔn)太陽，致使整個(gè)衛(wèi)星電子設(shè)備因能電池帆板始終對(duì)準(zhǔn)太陽，致使整個(gè)衛(wèi)星電子設(shè)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(jìn)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(jìn)

5、系統(tǒng)，使衛(wèi)星天線輻射不能對(duì)準(zhǔn)地面，從而使地面接收不到線輻射不能對(duì)準(zhǔn)地面，從而使地面接收不到GPS的導(dǎo)的導(dǎo)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(chǔ)數(shù)據(jù)，或通過干擾使衛(wèi)星微處理器無法處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，或使存儲(chǔ)器產(chǎn)生溢出。使存儲(chǔ)器產(chǎn)生溢出。(5)通過干擾，降低衛(wèi)星時(shí)鐘校準(zhǔn)參數(shù)精度及衛(wèi)星星歷通過干擾，降低衛(wèi)星時(shí)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。中的有關(guān)衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)的精度。對(duì)中繼的干擾 對(duì)中繼的干擾是通過對(duì)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(duì)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(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(duì)接收系統(tǒng)的干擾對(duì)接收系統(tǒng)的干擾 對(duì)接收系統(tǒng)的干擾通常指對(duì)接收系統(tǒng)的干擾通常指GPS接接收機(jī)在接收有用信號(hào)的同時(shí)，不可能收機(jī)在接收有用信號(hào)的同時(shí)，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(hào)相同或相似的其他信號(hào)，用信號(hào)相同或相似的其他信號(hào)，GPS接收機(jī)檢測(cè)有用信號(hào)時(shí)必然存在一些接收機(jī)檢測(cè)有用信號(hào)時(shí)必然存在一些不確定因素。利用這一特點(diǎn)，可以施不確定因素。利用這一特點(diǎn)，可以施放干擾信號(hào)，迫使對(duì)方獲得的有用信放干擾信號(hào)，迫使對(duì)方獲得的有用信息量降至最小。因此，對(duì)息量降至最小。因此，對(duì)GPS的干擾的

7、干擾就是通過輻射干擾信號(hào)，來壓制或欺就是通過輻射干擾信號(hào)，來壓制或欺騙敵方的騙敵方的GPS接收機(jī)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(hào)具有相同參數(shù)(只有信息碼不同)的假信號(hào)，干擾GPS接收機(jī)，使其產(chǎn)生錯(cuò)誤的定位信息。它的實(shí)質(zhì)就是破壞GPS接收機(jī)的碼同步電路，使其捕獲假信號(hào)。 美軍實(shí)施導(dǎo)航戰(zhàn)的措施主要分為空間美軍實(shí)施導(dǎo)航戰(zhàn)的措施主要分為空間部分和接收機(jī)部分。部分和接收機(jī)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(hào)功率、研制新型導(dǎo)航衛(wèi)星、

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

9、進(jìn)行干擾的主要目的是干擾的主要目的是干擾GPS接收機(jī)的正接收機(jī)的正常工作，使其無法提供正確的導(dǎo)航常工作，使其無法提供正確的導(dǎo)航信息。所以信息。所以GPS接收機(jī)的抗干擾技接收機(jī)的抗干擾技術(shù)，是術(shù)，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(xiàng)技術(shù)以減輕對(duì)以下兩項(xiàng)技術(shù)以減輕對(duì)GPS接收機(jī)接收機(jī)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(jī)天線和采用先進(jìn)的接收接收機(jī)天線和采用先進(jìn)的接收信號(hào)處理技術(shù)。信號(hào)處理技術(shù)。GPS接收機(jī)綜合抗干擾技術(shù)接收機(jī)綜合抗干擾技術(shù) 1空間時(shí)域自適應(yīng)處理：時(shí)域?yàn)V波器空間時(shí)域自適應(yīng)處

10、理：時(shí)域?yàn)V波器可以以低的成本抑制多個(gè)窄帶干擾，可以以低的成本抑制多個(gè)窄帶干擾，而空間調(diào)零天線可以抑制所有類型的而空間調(diào)零天線可以抑制所有類型的干擾，這就是空間時(shí)域自適應(yīng)處理。干擾，這就是空間時(shí)域自適應(yīng)處理。 2空間頻率自適應(yīng)處理：將空間頻率自適應(yīng)處理：將STAP中的自適應(yīng)濾波器從時(shí)域改為在頻域中的自適應(yīng)濾波器從時(shí)域改為在頻域上實(shí)現(xiàn)時(shí)，便稱作空間頻率自適應(yīng)上實(shí)現(xiàn)時(shí)，便稱作空間頻率自適應(yīng)處理（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：將自適應(yīng)調(diào)零與波束形成結(jié)合，在不自適應(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(shí)采用自適知道衛(wèi)星的方位和俯仰時(shí)采用自適應(yīng)調(diào)零

11、算法，使接收機(jī)一開始工作應(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就具有一定的抗干擾能力 。 新型的新型的GPS接收機(jī)中使用了各種接收機(jī)中使用了各種各樣的抗干擾措施，這些技術(shù)正被模各樣的抗干擾措施，這些技術(shù)正被模塊化實(shí)現(xiàn)，如空域和時(shí)域抗干擾接收塊化實(shí)現(xiàn)，如空域和時(shí)域抗干擾接收機(jī)（機(jī)（G-STAR）就是對(duì)聯(lián)合濾波的成）就是對(duì)聯(lián)合濾波的成功應(yīng)用，它使用了選擇可用性反欺騙功應(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(dú)特的多路復(fù)用信號(hào)或混合信它利用獨(dú)特的多路復(fù)用信號(hào)或

12、混合信號(hào)技術(shù)，可提高衛(wèi)星的信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度。號(hào)技術(shù)，可提高衛(wèi)星的信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度。其他的技術(shù)還有安裝多信道天線、安其他的技術(shù)還有安裝多信道天線、安裝多天線單元、零點(diǎn)控制、干擾抑制裝多天線單元、零點(diǎn)控制、干擾抑制技術(shù)等。技術(shù)等。 目前目前GPS技術(shù)正日益技術(shù)正日益應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，隨著應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，隨著GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)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(jī)的抗干擾已不能滿足收機(jī)的抗干擾已不能滿足市場(chǎng)的需求，提高市場(chǎng)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(shì)?？杀苊獾内厔?shì)。 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(shù)優(yōu)勢(shì)和缺陷，如何有效的將各術(shù)優(yōu)勢(shì)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)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(shí)降低系統(tǒng)揮各自的優(yōu)越性，同時(shí)降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，做到多功能、小型化，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技術(shù)不能有效地抑制各種GPS的的干擾，相比之下，空時(shí)聯(lián)合處理干擾，相比之下，空時(shí)聯(lián)合處理和級(jí)聯(lián)接收機(jī)技術(shù)更具有潛力，和級(jí)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(shí)域且技術(shù)上已漸成熟?？沼蚝蜁r(shí)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(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)在我國(guó)在GPS對(duì)抗方面的研究起步較晚，對(duì)抗方面的研究起步較晚，目前尚無自主生產(chǎn)的成品化目前尚無自主生產(chǎn)的成品化GPS干擾機(jī)，干擾機(jī)，目前部隊(duì)配備的干擾機(jī)大多從俄羅斯購(gòu)目前部隊(duì)配備的干擾機(jī)大多從俄羅斯