高精度衛星導航接收機抗干擾技術

安連芳

中華通信系統有限責任公司河北分公司 河北 石家莊 050020

衛星定位導航系統在經過了十多年的發展之后已經趨于成熟,但是其中的關鍵技術中也仍然面臨著一些系統性的問題,比如在復雜的電磁環境中衛星導航接收機定位的能力較差,不僅將會嚴重干擾到衛星導航接收機接收導航信號,使定位精度下降,也不利于衛星導航事業的進一步發展。而高精度衛星導航接收機具有現代化、先進化的特征,具有相對復雜的內部結構,這樣就會增加其干擾的概率,此時就需要對其進行分析,并提出有效的抗干擾技術,以此來降低干擾的概率,確保高精度衛星導航接收機的安全、高效運行。

1 衛星導航接收機抗干擾技術的現狀

雖然國內北斗衛星導航系統的起步較晚,但是其在衛星導航系統的設計上改進,這就使得北斗衛星導航系統的發射平臺具有很強的抗干擾能力,與此相反,目前應用的大多數衛星導航系統的接收平臺不具備抗干擾能力。

首先,對衛星導航接收機定位精度產生影響的干擾因素很多。從干擾目的的角度來看,可以分為無意識的干擾和敵對干擾兩大類。無意識的干擾包括帶外射頻干擾、帶內射頻干擾和環境干擾,敵對干擾則是通過人為使受干擾方無法不能對衛星系統提供的信息給予應用。近些年來,由于社會經濟的飛速發展,促進了科學技術的發展,隨之而來也使得干擾愈發趨于系統化和智能化。其中雙模干擾算法是一種典型的系統化干擾,被廣泛地運用在實戰中,這種算法的方式需要對采取各種現代化的技術手段獲取的導航衛星信號特征進行一系列的計算,分析得到干擾頻帶、干擾功率以及干擾距離等關鍵的參數,之后依次實施帶內壓制干擾以及轉發式欺騙干擾等模式,最終到達干擾的目的,保證衛星導航接收機定位的精確性。

其次,衛星導航接收機的靈敏度和動態范圍仍有待提高。早在二十世紀九十年代初在美國就已經開始針對導航衛星導航接收機信號接收的準確性進行了相關的研究。在1999年的科索沃戰爭中,在戰機被地方摧毀的情況下美國仍然能夠利用GPS接收機的追蹤呼救系統在短時間內進行人員營救以及設備回收等一系列工作,這些都需要衛星導航接收機具有比較高的靈敏度,而且覆蓋范圍比較廣,具備動態接受的特點。

最后,國內抗干擾技術的芯片工藝等較為落后,在硬件資源上受到了一定程度的限制。在衛星導航接收機中,最為核心的一個器件就是導航芯片,導航芯片的性能,將會對衛星導航系統的整體效能產生直接的影響,現階段采用的導航芯片與國外相比,仍然具有一些問題,如定位精度低、功能單一、成本高昂等,在國內仍然處于衛星導航芯片的研發階段,且存在著產業規模小、自主創新能力不足、集成能力薄弱等一系列的問題,從而在衛星導航接收機的抗干擾技術上表現效果較差。

2 高精度衛星導航接收機常見的受干擾情況

根據衛星導航技術干擾原理的不同,可以將干擾分為兩大類,分別是壓制式干擾和欺騙式干擾,其中壓制式干擾主要是依靠干擾信號的發射來壓制衛星接收機前端的信號,以確保接收機接收不到衛星信號。欺騙式干擾一般是指發射與衛星信號相同參數的假信號,以實現對接收機的有效干擾,并使其獲得錯誤的PVT信息。欺騙式干擾又可以細分為自主式的欺騙干擾和轉發式的欺騙干擾。欺騙干擾的目的是故意制造虛假的信號。這些信號經過偽裝,很像敵方設備期望的信號,從而誘使敵方錯誤地理解或使用獲得的信息。欺騙干擾的目的并不是用外部噪聲來壓制被干擾系統,使其不能探測真實信號,而是故意制造虛假的信號。專業GPS接收機的其中一項重要功能就是反欺干擾能力,GPS干擾欺騙的原理是偽裝成一顆偽衛星進行播發定位數據。從而欺騙接收機。相比于自主式欺騙干擾不依賴GPS系統,直接自主產生導航信號來發送給用戶接收機的這種方式,轉發式的欺騙干擾這種方式中GPS系統并不能直接給出目標地點的位置信息,需要對自身的時間和位置進行計算,由于干擾類型的不同,將會對衛星導航定位系統產生不同的定位影響,因此針對不同的干擾類型,需要制定具有針對性的解決方案,從而有效解決這些潛在的問題。

3 高精度衛星導航接收機抗干擾技術

3.1 合理采用壓制式干擾 壓制式干擾是在敵方導航系統中注入干擾信號以使真實目標回波信號被干擾淹沒的一種有源干擾方式。它主要通過在導航系統的調諧頻帶上產生寬帶或窄帶的有源噪聲信號,在空間輻射形成壓制干擾環境,人為地把噪聲傳給導航系統的接收天線,增大其輸入端的噪聲水平,降低其信噪比,從而干擾導航系統正常工作。從原理上說,由于壓制干擾信號具有與導航系統接收機內部噪聲相似的特性,因而導航系統接收機很難擺脫這種性質的有源干擾。針對不同的要求,壓制干擾系統可以提供多種不同的干擾方式,抑制干擾是影響較為嚴重的一種干擾的形式,主要包括寬帶干擾方式和窄帶跟蹤干擾方式,采取時空濾波的方式能夠有效地抑制寬帶干擾,而采取頻域濾波的方式則能夠有效地應對較為嚴重的窄帶干擾。有關技術人員要想最大程度地發揮出抗干擾技術的效能,就需要將各種技術組合起來,以應對不同類型的干擾,從而提高衛星導航接收機抗干擾技術的效能。

3.2 加強技術人員的培訓工作 針對不同的干擾形式,需要使用不同的抗干擾方法,如果在實際應用過程中只選擇其中一種抗干擾方法,則無法達到預期的衛星導航抗干擾天線效果,這就要求在實踐過程中有關技術人員應具備將不同的抗干擾技術有機地組合在一起的能力。除此之外,技術人員還應利用合適的原理和公式來對其所使用的抗干擾技術進行適當地補充,保證計算數據的準確性。因此,有關部門應加強對相關技術人員的培訓,提高其專業素質和工作能力,全面提高衛星導航系統接收機的抗干擾能力。

4 小結

綜上所述,高精度衛星導航接收機目前極易受到各種外部電磁因素的干擾,傳統的單一抗干擾方式已經不能夠解決目前存在的問題,必須運用多維域濾波等方式來解決目前存在的干擾問題,從而進一步地強化衛星導航接收機的抗干擾性能。