美國打擊敘利亞期間GPS信號監測評估

韓 奇，朱克家，付 鈺，周 田

美國打擊敘利亞期間GPS信號監測評估

韓 奇，朱克家，付 鈺，周 田

（北京衛星導航中心，北京 100094）

為了分析2018年4月美國打擊敘利亞期間出現的P(Y)碼功率增強現象及敘利亞地區的信號干擾現象的原因及作用，提出利用RTKLIB軟件分析IGS監測數據的方法：從IGS網站下載不同監測站的數據，分析打擊前后的干擾及功率增強現象；然后仿真分析接收信號載噪比對P(Y)碼、C/A碼捕獲概率的影響，比較敘利亞地區增強前后GPS信號良好情況下的使用時長。分析結果顯示，美國對19顆衛星進行了全球范圍的功率增強；仿真結果表明，功率增強后軍用用戶可有效提高其定位導航能力。

全球定位系統；敘利亞；功率增強；信號干擾

0 引言

全球衛星導航系統[1]（global navigation satellite system, GNSS）在現代戰爭中有著極其重要的地位，為軍事裝備提供定位、授時、導航服務，對戰爭勝負有重要影響力。2018年4月，美國軍事打擊敘利亞期間對全球定位系統（global positioning system，GPS）衛星進行了功率增強。

4月14日，協調世界時（coordinated universal time, UTC）時凌晨1點左右（以下時間均為UTC時間），美國對敘利亞開展精確打擊。整個事件簡述如下：4月7日，敘利亞首都大馬士革東郊東古塔地區據稱發生化學武器襲擊事件；4月9日，特朗普表示，美國將在未來24~48 h內就此事做出決定，不排除使用軍事手段；4月14日1點，特朗普宣布對敘利亞涉化武地點實施精確打擊。

下面對打擊期間敘利亞地區干擾情況及功率增強進行分析。

1 干擾情況分析

得益于國際GNSS服務（International GNSS Service, IGS）網站提供免費公開的數據，能夠用來分析干擾及功率增強現象，因此本文選擇從IGS網站下載相關監測站的數據，利用RTKLIB軟件進行分析。選取敘利亞周邊的BSHM站數據，BSHM站4月8至20日衛星可見數及位置精度衰減因子(position dilution of precision, PDOP)值如圖1所示。根據BSHM站衛星可見數及PDOP變化情況可知：打擊前，4月12及13日均出現了PDOP值升高、可見衛星數降低的現象；打擊后，4月15及16日出現了類似的干擾現象；在打擊時間附近（4月14日1點左右），并未出現明顯干擾現象。

BSHM站4月8至20日定位誤差如圖2所示。從圖中可以看到，4月10至16日存在密集的干擾現象，而在打擊時刻則干擾較小。

圖2 BSHM站4月8至20日定位誤差

DRAG站距大馬士革約220 km，DRAG站4月8至20日定位誤差如圖3所示。從圖3中可以觀察與圖2類似的現象，4月10至16日定位誤差大。

圖3 DRAG站4月8至20日定位誤差

2 功率增強情況分析

此前已有不少學者對導航系統功率增強[2-3]現象進行研究，但大多是基于仿真分析[5]。GPS軍碼包括P(Y)碼和M碼[4]，本次功率增強是對P(Y)碼進行增強。根據各監測站數據，本次進行功率增強的衛星共有19顆，功率增強開始時刻及結束時刻如表1所示。由表1可知，GPS在6 h 39 min時間內，完成了19顆星的功率增強；在7 h 27 min時間內，關閉了19顆星功率增強。

表1 GPS功率增強衛星及時刻

DRAG站4月8至20日P(Y)碼載噪比如圖4所示。BJFS站位于北京，BJFS站4月8至20日P(Y)碼載噪比如圖5所示。從圖中可見：BSHM觀測到載噪比增加了約5 dB，BJFS站觀測到載噪比增加了約7 dB；位于全球不同位置的跟蹤站，均能觀測到GPS功率增強現象，說明本次功率增強是全球增強。

圖4 DRAG站4月8至20日P(Y)碼載噪比

圖5 BJFS站4月8至20日P(Y)碼載噪比

以5號星為例，如圖6所示：4月13日14:04 P(Y)碼載噪比瞬時增高約8dB（圖中左側黑色圓圈處），增強后第一弧段相比于增強前載噪比增加了8 dB左右，第二弧段增加了5dB左右；4月17日16:07P(Y)碼載噪比瞬時減小約8 dB（圖中右側黑色圓圈處），關閉增強后載噪比恢復到4月12日水平。

圖6 DRAG站5號星4月12至18日P(Y)碼載噪比

以5號星為例，如圖7所示：4月13日P(Y)碼載噪比增加，同時可以觀察到4月13日第二弧段載噪比相比于4月12日第二弧段減小了約2 dB；4月14至17日第一弧段載噪比相比于4月12日減小了2~3 dB，第二弧段載噪比減小1 dB左右。C/A碼載噪比沒有出現瞬時減小的情況，說明在增強P(Y)碼功率的同時并沒有減小C/A碼功率，C/A碼接收載噪比減小可能是由于P(Y)碼功率增強對C/A碼形成干擾導致的[6]。

圖7 DRAG站5號星4月12至18日C/A碼載噪比

3 捕獲概率分析

GPS C/A碼是民用信號，碼速率為1.023 MHz[7]。GPS Y碼實際上是由P碼與W碼組合而成，其中P碼是公開的，碼速率為10.23 MHz，W碼是保密的，因此由P碼和W碼得到的Y碼是保密的。下面以P碼代替Y碼進行仿真分析。

以DRAG站觀測到的C/A碼、P碼載噪比為例，由圖6、圖7可知，增強前后5號星C/A碼及P(Y)碼載噪比范圍如表2所示。

表2 增強前后5號星C/A碼及P(Y)碼載噪比范圍　　dB·Hz

下面通過仿真分析載噪比變化時GPS P碼及C/A碼的捕獲[8-9]概率，仿真時各參數設為：P碼碼速率10.23、C/A碼碼速率1.023 MHz，采樣率為81.84 MHz，中頻為30.69 MHz，多普勒偏移為1 800 Hz，多普勒變化范圍為-3~3 kHz，步進量為300 Hz，捕獲時對P碼、C/A碼分別進行5次非相干累加。載噪比范圍為21~50 dB·Hz，Monte Carlo仿真次數=500次。如果捕獲到的碼相位與真實碼相位相差3個碼片以內、多普勒頻移均與真實多普勒相等，則認為檢測到信號。仿真結果如圖8所示。

圖8 P碼、C/A碼捕獲概率隨載噪比變化曲線

檢測概率Pd達到90%，則認為當前GPS信號可良好使用。從圖8可知，為保證90 %檢測概率，C/A碼載噪比應大于28，P碼載噪比應大于37.9dB·Hz。DRAG站觀測到的5號星增強前后C/A碼及P(Y)碼檢測概率Pd大于90%的累計時間如表3所示，其中，增強前以4月11日為例，增強后以4月15日為例。

表3 增強前后5號星C/A碼及P(Y)碼可良好使用時間

從表3可知，在功率增強后，P碼可良好使用時間明顯增加，C/A碼可良好使用時間基本沒有變化。通過功率增強，GPS能更好地為軍用用戶提供定位導航服務[10]。

4 結束語

本文利用從IGS網站下載的數據，分析了美國空襲敘利亞期間的干擾情況及功率增強現象。通過分析發現，在打擊日期附近幾天，敘利亞周邊地區出現了密集的干擾現象，在打擊時刻干擾較小；4月13至17日，GPS對19顆衛星進行了功率增強，全球區域內的監測站均能觀測到功率增強現象，BSHM觀測到載噪比增加了約5 dB，BJFS站觀測到載噪比增加了約7 dB；仿真分析了GPS功率增強前后衛星可良好使用時長，功率增強后P碼可良好使用時長有明顯增加，有效提高了軍用用戶的定位導航能力。

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[10] 楊寧虎, 劉春保, 楊哲. 美國GPS系統導航戰技術發展分析[J]. 國際太空, 2017（12）: 4-7.

Monitoring and assessment of GPS signals during US attacking on Syria

HAN Qi, ZHU Kejia, FU Yu, ZHOU Tian

（Beijing Satellite Navigation Center, Beijing 100094, China）

In order to analyze the causes and effects about the power enhancement of P(Y) code and signal interference occurred in Syria in April 2018 when the United States attacked Syria, the paper proposed a method of analyzing IGS monitoring data by RTKLIB software: data of different monitoring stations were downloaded from IGS website, and the signal interference and power enhancement before and after the attack were analyzed; the effect of carrier-to-noise ratio of received signals on the acquisition probability of P(Y) code and C/A code was simulated then, and the good service time of GPS signals before and after the enhancement in Syria was compared finally. Result showed that the power of 19 satellites had been enhanced globally by the United States, and military users could effectively improve their positioning and navigation capabilities after the power enhancement.

global positioning system; Syria; power enhancement; signal interference

P228

A

2095-4999(2019)03-0007-04

2018-12-06

韓奇（1993—），男，湖北荊門人，碩士，助理工程師，研究方向為導航信號處理技術。

韓奇，朱克家，付鈺，等. 美國打擊敘利亞期間GPS信號監測評估[J]. 導航定位學報,2019,7(3): 7-10.（HAN Qi, ZHU Kejia, FU Yu, et al.Monitoring and assessment of GPS signals during US attacking on Syria[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2019, 7(3): 7-10.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20190302.