GNSS干擾及抗干擾技術

任 韋（江南機電設計研究所，550000）

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GNSS干擾及抗干擾技術

任 韋
（江南機電設計研究所，550000）

摘要：全球導航衛星系統（GNSS）提供的低能級射頻（RF）導航信號，易受到RF干擾的影響而導致導航精度的降低或者接收機的完全失鎖。本文介紹了GNSS干擾的類型、技術手段和實施方式。針對不同干擾所采用的抗干擾技術，分析了其優缺點和適用范圍。利用多種抗干擾技術初步設計了一個抗干擾方案。

關鍵詞：全球導航衛星系統；干擾；抗干擾

0 引言

研制全球導航衛星系統的初衷是為載體提供全天候、全天時、連續、高精度的三維位置、速度和精確的時間信息。當時并沒有預測到該系統將在復雜的干擾環境中工作，致使系統先天不足，在不同場景具體應用上的安全問題日益突出。因此，使得研究GNSS干擾并提高GNSS接收機的抗干擾能力成為迫切需要。

現有的干擾全球導航衛星系統正常工作的方法可分為兩大類：一類是直接摧毀衛星，一類是用電子手段進行干擾使其不能正常工作。

1 RNSS干擾分類

現有的干擾全球導航衛星系統正常工作的方法可分為兩大類：一類是直接摧毀衛星，一類是用電子手段進行干擾使其不能正常工作。電子手段的干擾又分為有意人為的干擾和無意自然干擾。在有意人為干擾的方面，從干擾技術手段上分主要有以下2種：

（1）壓制式干擾：用干擾機發射干擾信號，以某種方式遮蔽衛星導航信號頻譜，使敵對方接收機降低或完全失去正常工作能力。

壓制式干擾又可分為：針對特定碼型的衛星信號實施干擾，使該信號在一定區域內失效的碼瞄準式干擾、通過發射干擾信號擾亂該地域出現的衛星導航信號的碼阻塞式干擾和采用偽碼調制干擾體制的相關干擾。

（2）欺騙式干擾：發射與衛星導航信號具有相同參數（只有信息碼不同）的假信號，干擾衛星導航接收機，使其產生錯誤的定位信息，其功效相當于偽衛星。

欺騙式干擾又分為提供虛假導航信息的產生式欺騙干擾和增加信號傳播時延的轉發式欺騙干擾兩種體制。

從干擾實施方式上分主要有以下3種：

（1）分布式組網干擾：在一定區域內，建立全方位、立體化的分布式組網干擾系統。優點是有利于實現無縫隙干擾覆蓋，能夠有效控制干擾范圍，有效對抗天線增強抗干擾措施，降低被探測和攻擊的概率。具體的實施措施分為陸、空、天三基干擾途徑。

（2）大功率干擾：使用大功率干擾機，使一定區域內的接收機受到阻塞，無法正常工作。

（3）多體制組合干擾：針對衛星導航抗干擾技術，采用新的干擾信號體制，同時對不同干擾信號體制進行智能化組合，通常以轉發式欺騙干擾為主，輔以相關壓制干擾。

從干擾的類型分，干擾信號主要分為寬帶干擾和窄帶干擾，他們的分類和可能的形成原因如表1所示。

表1 RF干擾類型和典型干擾源

2 GNSS抗干擾技術

表2 主要采用的抗干擾方法及作用范圍

目前，GNSS接收機系統的抗干擾技術主要包括有：空域自適應濾波技術；時/頻域濾波；空時/頻濾波自適應濾波技術；直接P碼捕獲技術；抗多徑技術；星上抗干擾技術；組合導航等抗干擾技術；針對寬帶干擾和窄帶干擾，采用的抗干擾方法及其作用對象如表2所示。

由上表可得：濾波器在解決窄帶干擾方面具有優勢條件，時域濾波是在時域內對信號特征進行處理，利用自適應算法來調整一個橫向濾波器的系數，以達到抑制干擾的目的；頻域濾波是通過離散傅里葉變換（DFT）將信號映射到頻域，窄帶干擾能量集中在很窄的頻率范圍內，易識別，通過調整陷波濾波器系數來抑制干擾。然而對于寬帶干擾，濾波器技術性能就明顯下降，甚至無效。

在復雜的電磁環境下，采用單一的抗干擾方式已經無法滿足接收機的需求。單純的空域濾波技術是建立在窄帶假設基礎上，空域濾波算法只能有效抑制窄帶干擾，而空時自適應處理（STAP）是通過空時聯合處理多陣元（空域）與多個時域接收到的數據，使干擾抑制在空時二維空間中進行。空時聯合是目前抗干擾技術的研究熱點，也將成為衛星導航接收機的主流研究方向。空時聯合處理能夠在空域和時域的二維平面上抑制干擾。該技術利用干擾與有用信號空間角度的相互獨立，可將目標與干擾有效地分離出來，實現濾波。因此，空時自適應技術是一種寬帶干擾抑制技術。

對于人為干擾方面的欺騙干擾問題，要根據不同的欺騙干擾采用不同的抗干擾技術來針對解決。針對P碼保密因素的限制，當前在抗產生式欺騙干擾方面，采用直接p碼捕獲技術來避免對C碼重新捕獲的依賴。基于轉發式欺騙干擾的定義分析，可以將轉發式歸納為一個“延遲”（延時任意）的多徑信號。所以抗多徑技術可以有效抑制轉發式欺騙干擾。

3 結論

不同的干擾環境和特點要采用不同的抗干擾技術。目前沒有哪一種抗干擾技術能夠解決所有的GNSS干擾問題。針對繁多復雜的導航干擾環境，為了進一步提高GNSS接收機生存能力及使用性能。未來GNSS接收機抗干擾方案必然是多種抗干擾方法的綜合使用。可以通過配備陣列抗干擾天線，使用空時自適應濾波技術，完成對寬帶大功率壓制式干擾的抑制；采用直接P碼捕獲技術，直接避免產生式欺騙干擾；采用抗多徑技術。進一步強化對轉發式欺騙干擾的抑制；采用組合導航技術，為載體的大動態、大過載運動場景提供了更精確地定位測速能力。

參考文獻

［1］Elliott D.Kaplan GPS原理與應用［M］， 電子工業出版社2012.8.

［2］胡佳 GPS信號的干擾與抗干擾［J］， 自動化與儀器儀表 2006

［3］向培勝.GPS抗干擾技術綜述［J］.Telecommunication Engineering，2009

［4］ 李雙勛，程翥，薛鴻印 復雜約束條件下空時自適應抗干擾方法［J］．信號處理，2008（1）：36-39

［5］ Hwang Suk Seung，Shynk John J．Multicomponent Receiver Architectures for CPS Interference suppression［J］. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2006，42（2）.

［6］．徐永祥. GPS 及其干擾技術研究［J］. 科技廣場， 2007， （1）︰63～65.

［7］ 石鎮.自適應天線原理［M］.北京：國防工業出版社，1991．

GNSS interference and anti interference technology

Ren Wei
（Jiangnan Institute of mechanical and electrical design，550000）

Abstract：The global navigation satellite system（GNSS）provides low energy level radio frequency（RF）navigation signal，which is easy to be affected by the interference of RF，which leads to the decrease of the navigation precision or the complete loss of the receiver This paper introduces the types，technical means and implementation methods of GNSS interference.The advantages and disadvantages and the application range of anti interference technology used in different jamming are analyzed. An anti interference scheme is designed by using various anti interference techniques.

Keywords：global navigation satellite system；interference；anti-interference