GPS抗干扰技术综述

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GPS抗干扰技术综述
陈于平周志江
(国防信息学院湖北武汉430010)
摘要：简要介绍了针对GPS的干扰技术，分析总结了几种主要的抗干扰技术，并对GPs抗干扰措施的发展前景进行了展望。
关键词：GPS干扰抗干扰
中图分类~一．TN967 文献标识码：A 文章编号：1OO7-9416(2013)1 1-0220—01
全球定位系统(GPS)，可以在全球范围内全天候、全天时地为用
户提供连续的高精度定位和时间信息，用户终端设备易于实现、精
度较高，被广泛应用于各个领域。随着其在军事领域的广泛应用，
GPS成为重点的被干扰、攻击对象，在复杂电磁环境下中如何保护
GPS不受干扰成为了重点研究问题。
1 GPS干扰技术
通常GPS卫星发射功率有限的信号，且卫星距离用户所在地面
较远，到达地面后的信号就十分微弱，其中L1信号其发射功率只保
证在地球表面的最小信号功率电平为-160dBw。L2信号到达地球表
面时其最小信号电平为-166dBw，极易受到破坏和干扰。压制式干
扰需要发射较大功率的干扰信号，其频率与GPS信号相近。用户接收
机端收到的干扰信号远强于GPS卫星信号，接收机接收不到所需要
的正常卫星信号，因而无法进行定位。压制式干扰的干扰样式主要
包括：带内窄带噪声干扰、同频带宽带噪声干扰和单频瞄准式干扰
等几种形式。欺骗式干扰发射功率不需要很大，但其信号具有与GPS
信号相同的参数，只是其信息码不同，不带有正确的定位信息，因此
GPS接收机受其干扰无法正确定位。欺骗式干扰主要包含生成式干
扰和转发式干扰两种样式。
2 GPS抗千扰技术
对GPS进行干扰，通常是干扰GPS接收机，使其不能正常接收
信号，或者接收不$1]GPS卫星信号。GPS接收系统分为天线与接收机
两部分，抗干扰技术围绕这两大部分进行。
(1)频域滤波技术。提高接收机抗干扰能力的基本方法是通过设
置滤波器将干扰信号滤除。当接收机收到不同信号时，滤波器分别
根据各子系统的数据对位置和速度进行估算，其结果经融合再进行
分析，去除干扰信号。现在主要使用的是频域滤波技术。接收机接收
到窄带干扰信号时，频域滤波利用数字信号处理技术，在干扰信号
中心频率附近形成“陷波器”，对干扰信号产生较大衰减，以此滤除
干扰信号。这种技术可用于抑制窄带干扰、强带外干扰。GPS频域滤
波需要辨别干扰信号，先通过频率搜索以确认干扰频率，然后产生
陷波点，通常这两个过程具有自适应性。对于多个窄带干扰，须能够
生成多个陷波点。陷波器就是在频谱上对窄带信号产生足够的衰
减，抑制干扰信号的功率，使其低于正常信号。在连续波单频干扰试
验中，干扰抑制度最高可达到60dB。
(2)抗干扰天线技术。抗干扰天线通过调整天线的零点方向，使
其指向干扰信号方向，从而抑制干扰。由于干扰信号方向具有不确定
性，抗干扰天线技术应能自适应控制零点方向，使方向图零点正对干
扰源方向，而其它方向上基本为全向半球覆盖，实质是利用信号与干
扰方向角的不同而实现的空域滤波。天线产生的零点大小和零点方
向数目会同样对卫星信号产生衰减，因此该方法无法接收零点方向
的正常卫星信号，减少了可利用的卫星数目。零点控制技术可提供
15dB～25dB的干扰抑制，但能够产生的零点总数不能够太多。
(3)伪卫星技术。由于GPS卫星信号较弱，选择地面特定地点设
置发射机，发射与GPS卫星信号一致的替代信号，称为“伪卫星”。其
导航电文格式与GPS卫星信号基本一致。由于距离近功率强，因此可
以大大增强信号，实现抗压制性干扰。伪卫星也可装载在无人机或
浮空气球上，构成虚拟的GPS星座。由于伪卫星发射的信号与GPS信
号一致，所以用户接收机可以同时接收两种信号，将现有的GPs接收
机软件稍作改动就能实现定位[11。相比卫星的高昂费用及准备时间，
利用伪卫星既节省了经费，又能在短时间内建立起一个可靠安全的
抗干扰系统。伪卫星GPS抗干扰的优点是接收到的信号功率高，使用
起来比大功率GPs卫星更决捷、简单，缺点是无人机或浮空气球等载
体的运动导致位置不太确定，误差将增加约20％。根据GPS的特点，
把GPS与INS有效地组合在一起，各自利用对方的优点弥补自身的
不足，进而达到抗干扰的目的，就是GPSANS组合抗干扰技术。主要
的组合方法分为松耦合和紧耦合。松耦合技术上比较容易实现，但
导航精度较差。紧耦合不间断地修正惯性元件测量误差和姿态矩
阵，与松耦合相比具有较高的精度【21。
3 GPS抗干扰技术展望
(1)多信道天线。未来的GPS系统将采用多信道模式，接收机可
安装多信道天线，接收多信道信号，对于定位需要的信号形成一定
余量。实际的电子干扰仅仅从较窄的特定方向实施，所以终端接收
机可以合弃与干扰信号方向相近的接收信号。在部分信道被干扰
时，还有部分信道可用于接收GPS信号，只要接收4颗以上卫星信
号，即可满足定位条件进行定位。
(2)多种抗干扰方式组合。对抗多种形式的干扰，需研究对多项
抗干扰措施和技术的集成，利用综合与集成的技术，才能同时对抗
多种干扰口】。国外现阶段的研究方向是在GPS／INS组合的基础上添
加自适应调零天线，进一步提高抗干扰的能力。GPS／INS组合能够
在抵御压制式干扰的同时有效增加导航精度，自适应调零天线能够
自动寻找有效导航信号，两者的结合能使导航精度比单一使用
GPS／INS组合时上升30％左右。但受限于昂贵的费用现在还不能大
规模使用，只配备在一些高精尖武器上。
(3)多种导航融合抗干扰。当GPS受到强干扰而无法正常工作
时，使用其它导航系统代替GPS工作便成了一种选择。其实，任何
G P S接收机都有可能同时接收俄罗斯的全球导航卫星系统
(GLONASS)，以及未来欧洲的伽利略导航卫星系统和我国自主研发
的北斗导航卫星系统。这不仅提升了应付干扰的能力，也在一定程
度上摆脱对GPS系统的绝对依赖。
综上所述，虽然GPS系统信号存在诸多弱点，但其仍不失为世
界上较先进及应用最广泛的导航系统。所以，对GPS系统的干扰模式
进行分析研究，找到提高系统抗干扰性能的主要途径与方法，无论
是对民用还是军用，具有十分重要的意义。研究GPS抗干扰技术及其
发展趋势，既为我们在使用GPS系统时提供了安全保障，也为了解相
关美式装备起到一定帮助，同时为我国发展新一代北斗导航卫星系
统提供相关参考。
参考文献
[1]李彬，靳国栋．《浅析GPS干扰技术》《电子对抗》2009年．
[2]丁凡，周鹏，张忠磊．《对GPS／lNS组合制导系统的干扰技战术研
究》《飞航导弹》2 0 i 1年．
[3]王婷婷，王圣东，陈欣．《G PS干扰与抗干扰技术发展现状分析》
《指挥控制与仿真 2008年．
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2014-10-1 06:30 上传

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