衛星導航信號抗干擾技術應用*

合肥科技職業學院 孫麗英 陳濱 董曉晴

隨著現代化科技的高速發展，衛星導航系統是各國科技發展的重中之重，其不僅和國家的軍事、互聯網等技術內容息息相關，更和我們的生活有著緊密地聯系。衛星導航在距離我們數萬里之外的地方，信號到達衛星接收器的時候是十分微弱的，這就很有可能會使得衛星導航受到外界的干擾而變得不穩定。為了提高衛星導航信號的抗干擾能力，各個國家都在極力地推動抗干擾技術的應用和發展。

提高衛星導航信號干擾能力的技術主要有三種方式，分別是：（1）提升衛星發射的成功概率；（2）采用新的衛星導航信號體制以及新的編碼的方式；（3）提高衛星導航信號終端的抗干擾能力。本文基于對衛星導航信號抗干擾技術的研究和探索，對于能夠給衛星導航造成干擾的類型以及方式進行了介紹，基于衛星導航終端抗干擾能力的相關技術，對衛星導航工程研制的干擾技術進行了一定的研究和討論。

1 干擾與抗干擾技術簡介

1.1 干擾技術相關介紹

在衛星導航信號系統當中，根據干擾的體制不同，衛星導航的干擾技術主要被分成為兩大類，分別是：壓制式干擾和欺騙式干擾。

壓制式干擾的進行方式，是通過在運行的過程當中，發射干擾信號以及投放出大量的無源干擾的相關器材，進而使得對方的電子信息系統以及電子相關設備的接收信號的端口信息噪音大幅度地降低，這樣一來，有用的信號會變得模糊，甚至會完完全全地被干擾信號給淹沒，在眾多的電子信號當中，這種信號也會變得難以識別。面對衛星導航系統當中的衛星接收機的壓制式下的干擾的信號，其能夠使得衛星導航信號的接收定位變得十分的微弱，也很有可能最終導致沒有辦法進行定位的結果。在進行衛星導航信號的工作過程當中，會根據對衛星導航信號所產生干擾的帶寬的不同，將壓制式地干擾分成窄帶壓制干擾以及寬帶壓制干擾。在具體一點的干擾更是多種多樣的，比如：連續波干擾、掃頻連續波干擾、帶限高斯白噪聲的干擾、窄帶/寬帶的調頻干擾、偽碼數字相關的干擾等。壓制式的干擾是能夠對衛星導航信號產生干擾最為主要的原因和形式。在其他國家壓制式干擾通常情況下能夠產生許許多多的不同干擾體制的衛星導航的干擾信號，發生干擾的功率通常會從幾瓦到幾十千瓦不等。

欺騙式的干擾通常是指在衛星導航信號運行的過程當中，經過信號的發射、轉發以及電磁波的反射最終產生和真實信號相似的欺騙式信號，通過這種欺騙式的形式能夠對對方的電子設備或者是相關電子通訊系統、工作的進程產生一定的影響，能夠營造出來一種讓對方信以為真的虛假信息的情況，最終使得敵方作出虛假的選擇以及錯誤的判和指令。在衛星的欺騙式干擾當中，針對這種情況接收器所產生的信號，通常會和發射衛星的導航信號有著十分相似的地方，這種情況最終會使得衛星的接收器產生一些錯誤的定位以及內容信息。欺騙式的干擾能夠分成為轉發式欺騙干擾以及產生式的欺騙干擾，轉發式的欺騙干擾會通過衛星導航系統所接收到的信號，經過接收、放大、延遲以及重新發送等多個步驟，進行傳遞。欺騙式的干擾信號之所以能夠產生，是因為虛擬的設備能夠發射和衛星導航信號真實信號完全一樣的無線信息，以此來欺騙接收端口。對于軍用的衛星接收器來說，因為導航衛星的軍用信息是已經經過了一層有一層的加密處理的，所以在這種情況下，想要產生一定的生產式欺騙干擾是相對困難的，通常能夠實現的欺騙式干擾大部分指的是轉發式的欺騙干擾。

1.2 抗干擾技術相關介紹

衛星導航系統的接收機在進行接收工作的時候，通常會采取一種擴頻調解的方式進行，這種方式對于抗干擾這種工作大約能夠產生30dB的抗干擾能力。在解擴頻進行處理的基礎之上，衛星的導航過程通常會包括基于天線的自適應濾波技術、數字波束信號技術以及在接收機的基礎上所產生的慣性輔助類的技術。

基于天線的抗干擾技術的自適應濾波技術當中包括自適應的時域濾波、自適應的頻域濾波、自適應的空域濾波和組合模式的自適應的濾波、自適應空頻濾波等多種內容和形式。自適應的濾波技術在一定程度上是比較成熟的，目前來說已經達到了系統工程化的應用水平，在武器型號當中的應用也是漸漸被接受了的。最近幾年在極化域濾波、極化域+空時域濾波的技術方面是當前技術進行發展的大趨勢所在，在對于天體的體積減少、對于抗干擾方面個數的增加都產生了十分重要的影響。

自適應時域濾波在運行的進程當中，主要是通過對時域內的信號所產生的一系列特征進行相關的處理，通過設計和規劃來安排自適應算法，從而對于橫向濾波器的系數進行一定的調整和計算，以此來達到對于很多個窄寬干擾進程的抑制目的。這種方式能夠對于多徑效應以及回波抵消干擾處理，但是對于寬帶方面所產生的干擾的抑制作用是十分不明顯的。

在自適應的頻域當中的濾波，主要是通過對于離散傅里葉的變換技術把干擾的信號映射到相關的頻域當中，然后通過對于陷波器的位置或者是闕值來進行干擾工作的運行和控制，但這種運行過程所針對的主要內容是窄寬干擾，這對于寬帶所產生的干擾效果是十分不明顯的。

自適應空域的濾波技術通常采取和使用天線陣列以及自適應調零算法的表現形式。自適應的調零算法通常會采用擴頻系統，在進行運作的時候會把隨機碼的信號深深地掩蓋了熱噪聲的自身特點，這就會使得最終進入接收機的全部的輸入功率降到了最低的程度。采用自適應的算法，能夠對于天線的加權值進行修正，其在天線陣方向圖中的表現形式為干擾源的方向能夠形成零點，進而能夠更好地對于衛星導航信號的運作進行干擾和影響。但是因為對抗干擾源的個數在某種程度上會受天線陣元的數量影響，所以對于M陣元的天線陣只能夠對M-1個干擾產生一定的抑制作用。在對信號進行抑制的時候，也會對同一個方向的衛星信號的正常接收工作產生一定的影響作用。因為自適應空域濾波的自適應調零天線能夠對窄寬以及寬帶的干擾產生很好的抑制作用，并且在進行運作的時候，其所應用到的算法也是十分簡單的，是方便實現的，所以在最近幾年的衛星導航信號相關工程項目的領域當中得到了大幅度的進步和發展。

自適應空時濾波這種類型，是把自適應的時域濾波以及自適應的空域濾波進行了完美地結合，這樣一來就能夠對于窄寬當中的干擾所浪費的空域濾波自由度產生一定的影響，而且還能夠在零點對衛星信號的接收方面產生降低的效果，這樣就能夠自動的對天線的信道寬帶幅度差異進行補償，進而提高寬帶干擾的對消的效果。但是值得注意的是，在這個操作的過程當中，因為其計算的復雜程度過高、信號的處理方面過于復雜、操作過程當中有大量的權值斂性的影響需要相關人員進行綜合的考慮，這就需要采取降維的方式和方法進行手段上的處理，從而得以改進。

自適應空頻濾波在進行運作的時候，會把自適應頻域濾波以及自適應的空頻域濾波進行互相的結合，在進行工作之初，首先會對于信號進行輸入，然后進而再改變到相應的頻域當中，在此之后會根據頻譜所顯示出來的內容把數據大概分成幾個不同的中心頻率塊數據，對于每塊數據會產生的結果進行自適應的加權處理運作，濾波的數據在合成之后會進行相應的逆變換，最終在輸出送到后段進行對應的處理。這種處理的方式不僅能夠最大程度上的發揮頻域的處理技術優勢，也能夠最大程度上的發揮空域的處理技術優勢。

2 衛星導航信號干擾及其危害

衛星導航信號的干擾主要包括了：在全球的導航衛星系統頻帶當中發射信號的系統，其對于全球的導航衛星系統所造成和產生的影響。在全球導航衛星系統頻帶外發射信號的系統，對于全球導航衛星系統也可能會產生一定的干擾。

2.1 全球衛星導航系統的中繼器以及偽衛星

在一些不是航空系統所發射的無線電信號當中，想要補充全球的衛星導航系統對于全球導航衛星系統的信號接收不到的區域，比如常見的建筑物內。在這些衛星導航系統當中，包含的主要是全球的導航衛星系統的中繼器以及偽衛星。中繼器又能夠被稱為是“再輻射器”，是在全球導航衛星系統的現有基礎上進行放大這一過程，然后再對其開展實施的再輻射的系統。偽衛星是能夠和全球的衛星導航系統共同產生和發射相似的測量距離信號的地基系統。

2.2 全球導航衛星系統的干擾器

全球導航的衛星干擾系統，是對全球的導航衛星系統所產生的信號有故意的有害干擾，用以對其能夠接收到的一些裝置和系統進行阻止以及損害。能夠導致這種現象的原因有很多，一般是為了能夠保證記錄、或者是傳遞全球的衛星導航定位信息的一些裝置。比如：為了追蹤或者是收取費用的目的。但是，所產生的干擾結果，有可能會潛在地影響全球的衛星導航系統的全部用戶，但不僅僅是為了能夠對自己已定的目標進行干預，所以，能夠產生的影響可能是會遠遠的超出人們所進行操作的范圍的。

3 抗干擾關鍵技術及具體分類

結合當前衛星導航信號抗干擾技術發展的現狀，衛星導航干擾技術的實施方式以及分類主要分為如下的幾種：

3.1 分布式組網干擾

分布式組網干擾指的是在某一個固定的區域或者范圍當中，建設一塊全方位的、立體化的分布式組網干擾的系統。這樣做對于衛星導航系統所能夠產生的優點是有利于實現信號在發射過程當中的無縫隙干擾的覆蓋過程，也能夠十分有效控制干擾所影響的范圍，據此能夠有效地制定對抗天線和增強衛星導航信號抗干擾的一系列措施，從而降低衛星導航系統所被探測和被攻擊的概率。

3.2 大功率干擾

通過大功率的干擾方式，能夠使得在某一個區域當中的衛星導航信號的接收機受到一定的限制和阻塞，從而不能夠保證本身的正常工作。大功率干擾機在作戰狀態當中，十分容易被對方的反輻射導彈摧毀，通常要將其放置在防護區域當中十分重要的目標附近。

3.3 多體制組合干擾

在衛星導航信號系統當中，針對衛星導航的抗干擾技術，會采用新的抗干擾的信號體制，與此同時也會針對不同的干擾信號分別進行不同的智能化的組合工作。

4 國內外抗干擾技術分析

4.1 把自適應調零天線作為代表的空域濾波抗干擾

在其他國家的衛星導航信號聯合計劃辦公室當中，曾經就列出過29種不同的技術，用于對衛星導航信號的性能提高，在此當中對于衛星導航接收機抗干擾性能的相關技術包括著GPS以及INS的整體組合技術、自適應的調零天線相關的技術、抗干擾的濾波機器相關的技術、能夠直接Y碼獲取的技術和波束形成的技術等。在對于衛星導航信號的系統的接收器抗干擾方面的性能進行提升的時候，其他國家的軍隊采取了一個十分重要的方向，其具體的做法是采用的自適應空域調零的方式，在能夠產生干擾的方向形成了零陷，這就最終能夠使得干信比提升了大概40～45dB。截止到了21世紀的初期以后，自適應調零天線這種技術一直以來都是西方大多數國家用以提高衛星導航信號接收器抗干擾能力的最為重要的方法。

4.2 把數字波束技術作為代表的多種濾波互相結合進行綜合性抗干擾

如果想對抗干擾的能力進行再一步的提高，把數字濾波技術作為代表的多種濾波技術互相結合的抗干擾就顯得十分重要的，其組成過程是把數字波束的形成、自適應的調零以及慣性方面的輔助進行了結合，在天線陣當中基本上都會大于4個陣元。這樣的運作方式不但能夠有效地提升抗干擾的數量，而且對于抗干擾的能力也有效地進行了促進。

5 結語

本文對于衛星導航信號抗干擾技術領域的常用干擾以及抗干擾的相關技術進行的解釋和說明，也重點地介紹了自適應濾波的干擾技術等，分析了當前在國內外的衛星導航信號抗干擾技術使用的典型案例，這對于相關技術領域未來的發展有著一定的參考價值和意義。