衛星導航抗干擾接收系統技術研究

李孟學丁翠環

（1.92213部隊，廣東 湛江 524022；2.91388部隊，廣東 湛江 524022）

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衛星導航抗干擾接收系統技術研究

李孟學1丁翠環2

（1.92213部隊，廣東 湛江 524022；2.91388部隊，廣東 湛江 524022）

摘 要：衛星導航系統具有連續性和實時性的特點，它能夠實現精確定位，因而在軍事及其他領域具有廣泛的應用。但是，隨著科技的不斷發展與進步，衛星導航系統所處的工作環境也越來越復雜化，衛星信號很容易受到各種因素的干擾。因此，分析衛星導航受干擾的原因，研究衛星抗干擾技術，對提高衛星的使用效果具有重要的意義。本文就衛星導航系統受干擾的原因進行分析，研究衛星導航抗干擾技術，提高衛星導航系統的抗干擾性能，使其更好地為人們服務。

關鍵詞：衛星導航；抗干擾；接收系統

隨著科技的不斷發展與進步，衛星導航系統被廣泛地應用到軍事及其他領域。但是，隨著經濟的全球化，人類的價值取向不斷地發生變化。衛星導航系統所處的工作環境也日益復雜。衛星信號很容易受到有意或者無意的干擾。因此，研究衛星導航系統受干擾的原因及提高衛星抗干擾能力成為當今重要的課題之一。

一、衛星受到干擾的原因

衛星導航系統受到復雜的電磁干擾。隨著電子信息技術的普及，頻譜資源越來越稀缺，諸多系統的頻譜相互影響。由于導航信號到達地面的功率很小，特別容易受到外界的干擾。常見的衛星導航系統干擾分為有意干擾和無意的干擾。無意的干擾主要是指其他衛星、移動電話以及電視臺等的射頻源發出的信號。有意的干擾主要是指人為的干擾。由于衛星導航系統的準確定位功能，在軍事及國防安全領域被廣泛的使用。在戰爭時期，信號必然會受到強烈的干擾。就目前而言，對衛星導航系統造成嚴重威脅的主要有先進的電子技術。通過近年來的伊拉克局部戰爭，人們對衛星導航系統的優勢和弱點有了充分的認識。“導航戰”成了新時代的戰樣式，它主要是利用衛星導航，干擾或者阻止對方利用導航衛星，保證自己的衛星導航正常的工作。

二、常用衛星導航抗干擾技術分析

所謂抗干擾技術就是利用一定的方法對衛星信息接收和傳遞方式及功率進行處理，使衛星接收自己所需的信號。常見的衛星導航抗干擾技術主要有以下幾種：

1. 利用虛擬衛星法。虛擬衛星法就是在地面上設定一個發射裝置或小衛星來模擬衛星發射信號，或者通過無人駕駛飛行器，阻止干擾方分清真正的導航衛星，增加干擾的難度及成本。這種方法一般適用于軍事領域，特別是在戰爭的時候。

2. 利用天線抗干擾法。天線抗干擾法是衛星通信中最常用的方法，具體分為智能天線技術、自適應調零天線以及多波速天線等。智能天線是一種新型天線，他安裝在衛星信號接收處。能夠產生很多波速，依照制定的工作區，使系統達到完美的工作狀態。自適應調零天線是對天線的陣元進行加權處理，使干擾源方向調零，從而減少或者降低干擾的程度。多波速天線是通過改變光速的方向和范圍，依照自身的需要來調整光速，從而達到提升抗干擾能力的目的。

3. 利用擴展譜頻來抗干擾法。由于衛星的干擾源具有不固定的特點，擴展譜頻在無線電子應用上具有明顯的優勢，因此，該種方法尤為重要。擴展譜頻主要有兩種方法，一種是調頻抗干擾，另外一種是直接序列擴頻。

調頻抗干擾是指利用預先設定的頻率中隨機選擇，由于時間和頻率都不確定，信號的傳遞很難被掌控，因此很難受到干擾。當發射的衛星跳頻到達4000跳每秒時，抗干擾能力超強。

直接序列擴頻是通過改變衛星的接收信號，將之變成窄帶信號，將干擾信號轉換成寬的信號，通過這種方法對干擾源的能量進行過濾，大大提高抗干擾能力。就目前而言，直接序列擴頻的方法比較成熟，應用十分廣泛。

4. 利用光通信。光通信是衛星導航目前很熱門的一項技術，與電磁傳輸相比，光傳遞具有不易被干擾的明顯優勢，容量可以達到1G/t，目前，許多國家都積極研究光通信技術，一些國家已經將之成功應用于衛星導航系統中，在抗干擾能力上表現突出。

5. 利用編碼調制法。采用編碼調制的方法可以糾正衛星的差錯，每當衛星受到干擾的時候，系統會優先選擇級聯編碼技術，這種編碼相對與其他編碼具有明顯的組合優勢。常用的編碼有自正交卷積碼門譯碼、vitebi譯碼、BCH碼等。隨著近年來數字技術的飛速發展，級聯編碼技術的使用越來越廣泛。

PSK技術也適用于衛星導航抗干擾技術，系統通過合適的編碼，不僅能夠提升衛星系統的性能，還能夠有效提高抗干擾的能力，保證衛星導航系統正常地工作。

6. 限幅技術。限幅技術作為目前十分普遍的一種衛星抗干擾技術，無論是在科技和經濟發達的美國的GPS系統里中，還是在俄羅斯一些國家的衛星導航系統中都有廣泛的使用，這種技術的原理是為了提防衛星發射器出現飽和，而產生無法發射信號的情況。

常見的限幅技術分為軟限幅和硬限幅兩種。軟限幅是指工作區域有兩個，分別為限幅區和線性區，性能比硬限幅要好得多。硬限幅是指利用增加大的信號來減小小的信號源，工作的壓縮比率受干擾源的影響。當系統不斷遭遇干擾是，壓縮比率就會大大增強。

衛星抗干擾技術是為了衛星導航系統發展的一個重要方面，通過現有的抗干擾技術，研究出低成本，有效的抗干擾技術，對提升衛星導航系統的作用，具有很大的意義。

三、常用衛星導航抗干擾技術應用實例

常用衛星導航系統，如GPS系統，采用了抗干擾技術，使其能夠更好地定位，從而實現正常工作。

GPS系統是一個全球與全天候且連續實時的精確定位系統。它由發射信號的空間衛星座和用戶終端機地面操作控制網組成。在軍用和民用方面都有廣泛的用途。由于GPS系統在設計的時候，它主要是以實時定位精確而制定的，是在沒有考慮外界干擾的情況下工作的能力。在信息化飛速發展的今天，GPS定位系統的安全運行存在各種威脅。人們就GPS系統采取以下措施，提高GPS系統的抗干擾能力。

1. 通過增加GPS的發射功率，提高GPS抗干擾的能力。因為GPS系統傳遞到地面的功率小，所以提高GPS系統的發射功率，可以有效提高GPS系統的抗干擾能力。受太空環境的影響，增強GPS的發射功率，成本較高，整個GPS系統的設計造價也會隨之提高。但是，為了保證地面微波通信系統能夠正常地工作，國際電信聯盟對衛星傳遞到地面的功率有一定限制，因此，通過增加GPS的發射功率，不能從根本上解決GPS抗干擾問題。不過，對降低GPS接收機性能指標和成本來說，提高衛星的發射功率，在干擾去增加高增益天線，不僅能夠提高輻射的能量，也能夠避免衛星的輸出功率過大。

2. 一些軍用GPS接收機通過采用保密結構，防止信號受到干擾。美國通過反電子欺騙技術，利用P碼加密，編譯成Y碼，只有有權限的用戶才能夠全面獲得精確的GPS定位功能。因此，軍用的GPS系統必須具備專用的硬件，才能夠存儲及處理秘密信息，從而使用反電子欺騙技術，達到抗干擾的目的。

3. 利用衛星導航與慣性導航組合技術

通過衛星導航系統與慣性導航組合，在衛星導航系統承受射頻干擾時，通過慣性系統能夠衛星導航系統連續導航功能，從而完成導航任務。當干擾消失后，慣導系統又能夠協助衛星導航系統重新獲得信號。我們可以利用慣導系統提供的平臺速度信息，幫助GPS接收機的載波環與碼環，GPS接受機的環路帶寬設計很窄，可以有效提高GPS接收機的信號干擾比。與此同時，即使GPS接收機因干擾而短時間收不到信號，慣性導航系統的速度輔助仍然會對其繼續保持跟蹤。使用這種組合技術能夠將系統的抗干擾能力提高10dB～15dB。目前，這種組合導航方式在軍用飛機、巡航導彈、精確制導炸彈、軍艦等方面得到了廣泛地應用。

4. 攻擊GPS干擾機

（1）對GPS干擾源進行探測和定位。對GPS干擾源進行探測和定位系統能夠阻斷或干擾GPS的射頻信號進行定位，通過探測GPS的無意干擾或人為干擾，收集相關的干擾源詳細信息，進而采取相應的保護措施。提高GPS的抗干擾性能能夠使敵方增加干擾機的信號功率，從而維持它的有效性，使干擾機的尺寸和射頻能量得到增加，致使干擾源受到偵察和反擊導彈的攻擊。倘若接收機的抗干擾能力能提高18dB，就會使干擾機發射功率增加，從而容易受到反干擾輻射導彈的攻擊；如果接收機的抗干擾能力提高40dB或者更多，干擾機就更容易遭受攻擊，從而保證了GPS系統的穩固性。

（2）對干擾源的攻擊

攻擊GPS干擾機是目前常用的方法，當前正在開發一種具有對干擾源進行攻擊的改進型高速反干擾輻射導彈。但是，成本相對較高，限制了這種方法的使用。因此高速反干擾輻射導彈只能用于高價值目標，如飛機上的高功率干擾機，或者用于利用手段無能為力的干擾機。

結語

總之，衛星導航系統在軍事及民用或其他領域上應用越來越廣泛，伴隨著科技的進步，衛星導航系統的工作環境日益復雜，衛星導航的安全問題也越來越突出，面對當今復雜的國際形勢，我們應該積極地發展我國的衛星導航系統，通過借鑒各國的抗干擾技術，研究更多更有效的抗干擾措施，從而保證衛星系統更好地發揮作用。

參考文獻

［1］徐勇祥.GPS干擾模式研究［D］.合肥工業大學，2007.

中圖分類號：TN82

文獻標識碼：A