衛星導航接收機抗干擾測試評估方法研究

王 和，劉光斌，程俊仁，宋海松

(1.第二炮兵工程大學衛星導航實驗室，陜西西安710025;2.中國煙草總公司北京市公司，北京100029)

0 引言

隨著戰場電磁環境越來越復雜，如大自然雷暴和高功率微波干擾信號等，對衛星導航系統的可靠性提出了更高的要求，如何提高衛星導航系統的可靠性及其抗干擾能力，是近些年來導航戰關注的焦點［1］。

目前，各種型號的衛星導航接收機不斷涌現，抗干擾能力也各有不同。但對于衛星導航接收機抗干擾能力的測試與評估沒有統一的參考標準，為了能夠快捷、有效地對接收機的抗干擾性能進行測試與評估，建立了一套抗干擾測試評估系統，并提出了一種對其抗干擾能力測試與評估方法，對接收機的測試、定型和檢驗等階段具有一定的參考價值［2，3］。

1 系統工作原理

衛星導航接收機抗干擾測試評估系統主要由控制與測試評估分系統、衛星信號仿真分系統、干擾信號仿真分系統等3個分系統組成，其工作原理如圖1所示。

圖1 系統工作原理

衛星導航接收機抗干擾測試和評估過程需要控制與測試評估分系統、衛星信號仿真分系統和干擾信號仿真分系統等協同工作。根據人機交互界面，指定相應的抗干擾測試項目。通過控制與測試評估分系統的控制與評估模塊，設定測試環境，其中包括導航星座分布、軌道參數、空間環境和用戶軌跡等。根據測試場景仿真產生觀測數據，傳送至衛星信號仿真分系統的射頻信號仿真模塊，以模擬產生GPS/GLONASS/BDS 導航衛星射頻仿真信號［4，5］。同時控制干擾信號仿真分系統，使其產生所需的干擾信號，并將二者通過功率合成器合成導航測試信號，該信號支持有線和無線連接，無線連接時需要暗室支持。

為了便于在有線測試和無線測試之間進行靈活切換，設計了一款射頻功率合成器，其主要特點是能夠同時輸出衛星仿真信號、干擾仿真信號以及它們的合成信號，這為系統測試提供了極大的便利，其簡易原理如圖2所示。圖中XS3是XS1的直通輸出口，XS4是 XS2的直通輸出口，XS5是 XS1和 XS2的合路輸出口。

圖2 功率合成器原理

采用有線連接時，干擾仿真信號與衛星仿真信號通過功率合成器合成后，使用射頻線通過XS5發送給被測接收機;采用無線連接時，衛星仿真信號和干擾仿真信號可以通過不同類型的天線發射出去，提供給被測試設備，以仿真不同天線條件下的干擾信號。測試系統可對多臺用戶設備同時進行測試，采用程序控制矩陣開關和射頻合成對仿真信號進行分路和合路，提高自動化操作程度。

控制與評估模塊組織相應的參數/指令流分發、數據初始化、邏輯流程驅動和狀態反饋控制等，控制接收機的操作指令發送給彈載衛星接收機，并將彈載衛星接收機狀態反饋及測量結果送至數據測試與采集模塊，在控制與評估模塊的控制下完成測試評估，生成測試報告。

2 測試方法

為了真實地反映復雜戰場電磁環境對彈載接收機的影響，需要采用多制式、多極化方式的干擾源，從有線、無線方式對彈載接收機施加影響。干擾信號源的調試方式和天線極化方式也是靈活多變的，常見的干擾源調制方式主要有寬頻、線性調頻、單音、多音和脈沖等，極化方式主要有水平極化、垂直極化、線極化和圓極化等［6－8］。

在進行無線測試時，需要利用枚舉方法，將可能出現的調制方式與天線極化方式進行組合測試，調節干擾信號個數、類型和強度，并轉動暗室轉臺，對接收機進行測試，其測試方法如圖3所示。

圖3 抗干擾能力無線測試方法

但是，由于無線測試方式需要暗室的支持，考慮到衛星導航接收機的實際測試環境，測試方法主要采用有線測試方式進行。

假設接收機的最低輸出信噪比(SNROmin)定義為接收機滿足相應參數設置的性能要求下對應的輸出信噪比的最小值，以此為約束條件，測試接收機輸入端的信噪比和信干比［9］。

主要采用功率計和頻譜儀對抗干擾性能進行測試，其測試流程如下:

①選擇導彈電磁環境效應實驗室作為測試場地，設置初始仿真參數，通過衛星信號仿真器生成單通道的導航信號;

②選擇干擾仿真器的寬帶干擾模式為掃頻，生成干擾信號，通過功合器與導航信號一起送入接收機射頻輸入端;

③設定接收機的SNROmin，以此為約束條件，不斷調整導航信號和干擾信號的功率，測試并記錄接收機輸入端的信噪比和信干比;

④選擇干擾仿真器的窄帶干擾模式為連續波，生成干擾信號，通過功合器與導航信號一起送入接收機射頻輸入端，重復步驟③。

3 評估方法

對抗干擾性能進行評估時，首先考慮接收機的最低性能指標約束，可以以接收機的輸出信噪比必須達到最低輸出信噪比SNROmin為基本約束［10］，定義抗干擾靈敏度和干擾抑制度2個評估指標。

3．1 抗干擾靈敏度Si

在干擾信號的類型、個數和強度都固定的外部環境下，滿足接收機輸出信噪比大于或等于SNROmin時，調整接收機輸入信號的信號強度，當接收機的輸出信噪比等于接收機最低輸出信(干)噪比SNROmin時，接收機輸入端的信噪比即為抗干擾靈敏度Si?？垢蓴_靈敏度Si反映了接收機性能、干擾類型和強度等多個參考量的函數，也反映了接收機對輸入信號中有用信號的強度要求，因此接收機抗干擾靈敏度Si值越大，接收機越不靈敏，說明接收機的抗干擾性弱。

3．2 干擾抑制度AJi

在干擾信號的類型、個數和強度都固定的外部環境下，滿足接收機輸出信噪比大于或等于SNROmin時，調整接收機輸入干擾信號的信號強度，當接收機的輸出信噪比等于接收機最低輸出信(干)噪比SNROmin時，接收機輸入端的干噪比即為干擾抑制度AJi。干擾抑制度反映出在干擾環境一定的情況下，接收機對輸入干擾信號的最大抑制能力，因此接收機干擾抑制度AJi越大，抗干擾能力越強。

抗干擾靈敏度和干擾抑制度有一一對應的關系，它們之間的關系曲線稱為接收機抗干擾性能曲線［11，12］。每改變一個接收機輸入端的干噪比數值(干擾抑制度)時，都需改變接收機輸入端的信噪比數值(抗干擾靈敏度)，以使接收機輸出信噪比等于SNROmin。

對照測試方法，在不同測試場景設置的情況下，畫出相應抗干擾性能曲線，計算出輸入干信比，與接收機抗干擾能力的參數指標進行對比，記錄結果并進行分析。

4 測試實例

通過衛星導航接收機抗干擾測試評估系統對一款成熟的接收機進行測試，這款接收機出廠性能指標中對抗干擾能力的標準為:窄帶干擾干信比≥60 dB;寬帶干擾干信比≥50 dB。

控制衛星信號仿真分系統生成衛星導航信號，同時利用干擾信號仿真分系統生成功率為1 575.42 MHz的單音窄帶干擾信號和中心頻率為1 575.42 MHz、帶寬為2.046 MHz的寬帶干擾信號，通過功率合成器將衛星導航信號與干擾信號通過有線的方式輸入接收機射頻輸入端。設定接收機的SNROmin為－20 dB，并以此基本約束，不斷改變接收機輸入端的干噪比數值(干擾抑制度)，得出相應的接收機輸入端信噪比數值(抗干擾靈敏度)，在衛星信號仿真器輸出功率調整范圍內采集了多組數據，畫出抗干擾性能曲線。窄帶信號抗干擾性能曲線如圖4所示，寬帶信號抗干擾性能曲線如圖5所示。

圖4 窄帶信號抗干擾性能曲線

圖5 寬帶信號抗干擾性能曲線

從圖4可以看出，在窄帶干擾的情況下，抗干擾靈敏度 S最大達到 －13．5 dB，大于 －13．5 dB接收機即出現失鎖。通過計算，接收機最大可以忍受66 dB的干信比，性能優于參數標準規定的窄帶干擾干信比≥60 dB的指標。從圖5可以看出，在寬帶干擾的情況下，抗干擾靈敏度S最大達到－3 dB，大于－3 dB接收機即出現失鎖。通過計算，接收機最大可以忍受56 dB的干信比，性能優于參數標準規定的寬帶干擾干信比≥50 dB的指標，得出如下結論:所測接收機的抗干擾能力合格。

5 結束語

從性能檢驗的角度，建立了一套抗干擾測試評估系統，設計了一種衛星導航接收機抗干擾能力測試評估方法。通過實例測試結果表明，接收機對寬帶信號的抗干擾能力比對窄帶信號的抗干擾能力弱。需要注意的是，干擾信號在不同的條件(如信號類型、信號入射方向、信號強度以及測試環境等)下，測試的結果會有所差異。因此在進行抗干擾能力測試時，應具體考慮各因素所帶來的影響。

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