衛星導航抗干擾接收系統技術分析

李保東+徐昕誥+陳楊

摘 要 隨著現代化信息技術的快速發展，衛星定位導航作為一種新型的星基無線電導航方式，在各個領域間得到了廣泛的應用。然而衛星導航系統自身信號較弱且易受干擾，在很大程度上制約了衛星導航技術的發展，因此對具有抗干擾能力的衛星導航接收系統進行研發極具必要性。本文從衛星導航干擾技術入手，簡要分析了衛星導航抗干擾接收技術。

關鍵詞 衛星導航；抗干擾接收系統；分析

中圖分類號 G2

文獻標識碼 A

文章編號 1674-6708（2016） 154-0036-01

衛星導航系統利用人造衛星發射導航信號，具有覆蓋范圍廣、用戶基數大的特點，所提供的導航信息也具有精度較高、種類較多的特點，有效地提高了國際導航定位水平。但其也面臨著信道環境復雜、干擾形式多樣化的問題，因此對衛星導航抗干擾接收系統技術進行分析具有一定的現實意義。

1 衛星導航系統干擾技術

衛星導航系統的接收機對不同類型的干擾信號會顯示出不同的受干擾程度，主要干擾類型可以分為掃頻等幅波、調幅等幅波、脈沖等幅波、相移鍵控法偽噪聲等類型。人為的衛星導航干擾技術依據干擾體制的不同主要分為壓制性干擾與欺騙式干擾兩種。

1.1 壓制式干擾

壓制式干擾主要通過發射一定干擾信號以壓制衛星導航GPS信號，使GPS接收機前端接收不到GPS衛星信號，從而使壓制式干擾信號進入接收機后壓制了人們需求的有用信號，使有用信號中包含的信息混淆化，難以進行正常解讀，導致接收機難以準確地對衛星導航信號進行跟蹤，從而實現干擾目的。基于GPS信號抗干擾性弱的特點，瞄準式、相關式以及阻塞式壓制干擾的干擾性較為優秀。壓制性干擾信號的熱點主要是根據GPS信號特性設計的掃頻式、單頻式干擾，以及白噪式的寬帶干擾。

1.2 欺騙式干擾

欺騙式干擾主要通過發射與衛星導航GPS信號相同參數的假信號，使接收機接收到虛假信息，產生錯誤的定位導航信息，從而達到相應的干擾目的。欺騙式干擾主要是針對衛星導航系統工作原理加以干擾，其干擾形式較為隱蔽，主要針對衛星導航系統的薄弱環節進行干擾。欺騙式干擾主要包括產生式欺騙干擾以及轉發式欺騙干擾兩種形式。產生式欺騙干擾會根據掌握的導航信息制作出參數接近的欺騙信號對接收機的信號接收工作進行混淆；轉發式欺騙干擾是將攔截到的衛星導航信號進行放大或延時后發送至信號接收機，使得接收機接收到的信號發生變化，從而影響導航定位的準確性。

2 衛星導航抗干擾技術發展現狀

由于現階段衛星導航技術在軍事領域應用較為廣泛，而衛星導航信號由于自身特性易受到敵方壓制式干擾與欺騙式干擾的影響，提高衛星導航抗干擾能力成為世界各國提升軍事實力以及綜合國力的重要措施。

2.1 衛星優化抗干擾技術

衛星導航抗干擾技術主要通過適當提高導航衛星的發生功率，以及采用更精準的原子鐘、方向性更強的星載天線提高衛星導航系統的抗干擾能力。隨著航天技術的不斷發展，現役的GPS星座衛星逐漸進入了退役期，具有波束發射能力以及軍用M碼的衛星逐漸得到了應用。對導航衛星的抗干擾技術進行優化可以有效地提升信息定位、信息導航的抗干擾能力，提高衛星導航系統的穩定性。

2.2 慣性導航系統結合技術

慣性導航系統可以為信號傳輸提供一定的記憶功能，在GPS信號受到壓制式干擾或欺騙式干擾式可以及時地恢復正常。將衛星導航信號與慣性導航系統相結合，有利于提高接收機重新捕獲GPS信號的效率，衛星導航信號具有高精度特性，慣性導航系統具有短期精度特性，通過將二者有機結合起來，可以有效地提升衛星導航系統的抗干擾能力。

2.3 偽衛星技術

偽衛星技術主要通過安裝地面虛擬機或者在無人機上裝載記載轉發器，構成一個虛擬的GPS衛星星座，從而轉發加密的高功率GPS信號。這些偽衛星通過直接發射的形式對信號進行傳輸，極大地提高了導航衛星信號強度，降低了干擾性。無人機裝載的偽衛星主要使用波束形成天線，在受到壓制式干擾與欺騙式干擾時仍然可以對信號進行接收，并對位置信息進行解碼。偽衛星發射的高功率的加密信號減輕了接收機設備的抗干擾壓力，提高了接收機對衛星導航信號的捕獲能力提高了定位精度。

2.4 幅相對消技術

幅相對消技術是一種雙孔徑技術，采用了無人機頂部天線以及底部天線的雙天線模式，分別對干擾性信號與有用信號進行接收，并通過對所有接收到的信號進行整合與分析，對干擾信號進行消除。幅相對消技術可以應用于復雜的信道環境中，其雙孔徑需要安裝于飛頂部與底部的統一垂線上。

2.5 自適應天線技術

由于衛星導航信號抗干擾性較弱，很容易湮沒在干擾信號中。自適應天線技術依據這一特點，依據接收準則對天線陣元的幅度進行自動調節，并通過相位加權達到良好的接收效果，使陣列方向圖在干擾信號方向實現足夠深的零陷，從而最大限度地對輸入總功率進行抑制。自適應天線技術通過有序結合天線陣列信號形成多波束模式，從而實現對強干擾信號的抑制，使強干擾電頻降低至低噪聲水平，提高衛星導航系統的空域抗干擾能力。

2.6 頻域濾波技術

頻域濾波技術使用于帶寬有限的窄帶干擾、某些類型的寬帶干擾、等幅干擾以及較強的帶外干擾。頻域濾波技術主要通過時頻分析將干擾信號與有效信號進行分離，并對干擾信號加以抑制。對于窄帶干擾與等幅干擾一般在頻域內特定位置利用陷波法加以抑制，而對于某些類型的寬帶干擾與較強的帶外干擾，可以直接以普通濾波進行抑制。

2.7 時域濾波技術

時域濾波技術是對信號在時域內進行處理的單孔徑技術，時域濾波可以有效地抑制窄帶干擾以及連續波干擾。不過時域濾波技術在對干擾信號進行抑制時，會在一定程度上對有用信號進行抑制。

3 衛星導航抗干擾接收技術研究策略

1）深入研究信源參數估測工作。現階段衛星導航信號在復雜傳播環境下的估測算法都是基于均勻線陣的，確實具備較高的抗干擾性能以及準確性。不過二維DOA較之傳統的一維DOA包含了更多的位置信息，更為符合接收機接收信號的需要，因此衛星導航抗干擾技術應當深入研究信源參數的估測工作，加強二維DOA估計的研究。

2）深入非平穩干擾抑制的研究。衛星導航抗干擾技術可以深入研究采用分數階傅里葉變化估計的非平穩干擾抑制參數，并分析其產生的誤差對于抗干擾性能的影響，從而提高對干擾信號參數估測的準確性，提高抗干擾算法抵抗非平穩干擾的能力。

3）隨著衛星導航抗干擾接收技術研究的深入，利用凸優化技術可以對絕大多數非凸優化問題進行簡化，并提高凸優化問題解決的便捷性。基于凸優化技術的文件波束形成的干擾抑制技術，可以作為衛星導航抗干擾技術的重要發展方向。

4 結論

總而言之，衛星導航系統作為一種新型的空基無線電導航系統，對全球GPS技術的現代化發展展現出了一系列優勢，解決了空間層面上各類運行平臺的定位導航問題。然而受制于其以受信號弱、抗干擾性差的特性，在信息導航戰的復雜信道環境下是否具備優秀的抗干擾能力影響了其只能的發揮水平，因此提升衛星導航抗干擾接收系統技術具有一定的必要性。