对GPS接收机的一种新宽带压制干扰样式分析

毛 虎 吴德伟 卢 虎 闫占杰



对GPS接收机的一种新宽带压制干扰样式分析

毛 虎*吴德伟 卢 虎 闫占杰

(空军工程大学信息与导航学院 西安 710077)

针对单频连续波干扰极易通过频域滤波加以抑制，而宽带连续阻塞式干扰又存在干扰效率低下的问题，提出脉冲连续波这种新的宽带梳状拦阻式干扰样式。根据C/A码、P(Y)码和M码信号功率谱特点分别设置脉冲连续波的干扰频率覆盖范围。以码跟踪误差作为干扰效果评估指标，对不同干扰环境下采用窄带非相干延迟锁定环的GPS接收机码跟踪性能进行仿真分析。仿真结果表明：脉冲连续波干扰对不同伪随机噪声码(PRN)编号和副载波调制相位下的C/A码和M码信号影响是不同的，在相同干信比(JSR)条件下，脉冲连续波的干扰效果要优于宽带高斯噪声和匹配谱干扰。

全球定位系统扩频伪码；脉冲连续波；干扰频率范围；码跟踪误差

1 引言

本文依据卫星信号的归一化功率谱密度越低抗干扰能力越强的特点[13]，参照文献[7]和单频连续波干扰的频点设置原则，采用基于宽带梳状拦阻式干扰类型的自回归(Auto Regressive, AR)信号模型单脉冲连续波作为压制干扰信号样式，通过对GPS C/A码、P(Y)码和M码功率谱的特征分析得出其易感性的干扰频率覆盖范围，以此设置预干扰频点等参数，在机动灵活的同时又避免了干扰资源的浪费，对上述3种GPS伪码信号都能够取得较好的干扰效果。

2 脉冲连续波干扰样式

单频连续波干扰效果较好，但其所占频带过窄，通过简单的频域滤波就可将其抑制到热噪声水平上。由于频域滤波在抑制干扰信号的同时也抑制了这些频率区间上的期望信号，所以其对宽带拦阻式干扰是无能为力的。拦阻式干扰按照其频谱特点又可分为连续拦阻式和梳状拦阻式：连续拦阻式虽然免除了对信号频率、带宽的侦察和估计，但由于干扰带宽较大，导致干扰消耗急剧增加，显著降低了干扰效率；梳状拦阻式的频带成梳形，仅落入这些频带内的期望信号受到干扰，且干扰频带能够移动，可对期望信号功率谱易感频段进行有效覆盖，从而获得较为理想的干扰效果。根据上述的讨论分析，可采用单脉冲连续波作为干扰信号样式，其数学模型为

3 对GPS伪码信号易感频率覆盖范围分析

对GPS C/A码、P(Y)码和M码信号的干扰易感频段分别进行分析。

3.1 对C/A码易感性的干扰频率覆盖范围

3.2 对P(Y)码易感性的干扰频率覆盖范围

可以证明随着干扰带宽的增加，干扰效果下降。考虑最小带宽为极限情况下的单频干扰，即

3.3 对M码易感性的干扰频率覆盖范围

M码信号采用二进制偏置载波(Binary Offset Carrier, BOC)调制方式，BOC调制可视为BPSK调制与一个方波副载波的乘积，其扩频符号波形可表示为

图1 BOC(10,5,)调制功率谱随副载波相位变化情况

4 脉冲连续波干扰下的码跟踪误差分析

对脉冲连续波干扰效能的分析以非相干超前减滞后处理(Non-coherent Early-Late Processing, NELP)的码跟踪误差为评估指标(这里的码跟踪误差特指码跟踪均方根(Root Mean Square, RMS)误差，以秒为单位，且不考虑接收机自身热噪声的影响)。

4.1 脉冲连续波干扰下C/A码码跟踪误差

C/A码功率谱为起伏的离散谱线，以相关输出的干扰分量服从零均值高斯分布和伪码连续谱为假设而推导出的码跟踪误差解析式不再适用。根据NELP码环对混有单频干扰的中频输入信号处理过程，假设早迟码间距足够小(趋近于零)，可推导得到单频干扰下C/A码码跟踪误差近似解析式为

4.2 脉冲连续波干扰下P(Y)码和M码码跟踪误差

5 仿真分析

由图4、图5、图6、图7可以看出，在同等干信比条件下，干扰效能由低到高依次为宽带高斯噪声、匹配谱、脉冲连续波和单频连续波干扰，这个仿真结果与前面的理论分析是一致的。尽管单频连续波干扰效能最优，但其对频域滤波极其敏感；脉冲连续波、匹配谱和宽带高斯噪声都属于宽带阻塞式干扰类型，脉冲连续波参照单频连续波，针对不同伪码信号的功率谱最大值设置干扰参数，集中干扰能量对期望信号有效功率带宽进行覆盖，因而其干扰效能要优于匹配谱和宽带高斯噪声。另外，这四种干扰样式还无一例外的显示出C/A码极易受干扰的影响，而M码则具有较强的抗干扰性能。

图2 脉冲连续波对不同PRN#C/A码码跟踪误差

图3 脉冲连续波对不同调制相位M码码跟踪误差

图4 宽带高斯噪声干扰下的伪码跟踪误差

图5 匹配谱干扰下的伪码跟踪误差

图6 单频连续波干扰下的伪码跟踪误差

图7 脉冲连续波干扰下的码跟踪误差

6 结束语

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毛 虎： 男，1987年生，博士生，研究方向为导航对抗.

吴德伟： 男，1963年生，教授，研究方向为军事导航定位理论、技术与应用.

卢 虎： 男，1975年生，副教授，研究方向为卫星导航定位.

闫占杰： 男，1989年生，硕士，研究方向为导航对抗.

Analysis of a New Wideband Blanket Jamming Type to GPS Receiver

Mao Hu Wu De-wei Lu Hu Yan Zhan-jie

(,,’710077,)

Aiming at the problem that a Continuous Wave (CW) is easy to be suppressed by the frequency domain filtering and the efficiency of a broadband continuous blanket jamming is low, this paper presents a new broadband comb spectrum jamming type which is called single pulse CW. The jamming frequency domain range of single pulse CW is set respectively according to the power spectral density characteristic of C/A code, P(Y) code and M code signal. Taking code tracking error as the evaluation index of jamming effect, the GPS receiver code tracking performance of using a narrowband non-coherent delay lock loop is simulated and analyzed under different jamming circumstance. The simulation results show that the influence of single pulse CW jamming to C/A code and M code with the different Pseudo Random Noise Code (PRN) and phase of modulating sub-carrier are different, under the same Jamming-to-Signal Ratio (JSR) condition, the jamming effect of single pulse CW is better than the broadband Gaussian noise and matched spectrum.

Global Positioning System (GPS) spread spectrum code; Single pulse Continuous Wave; Jamming frequency range; Code tracking error

TN967.1

A

1009-5896(2014)12-2929-06

10.3724/SP.J.1146.2014.00123

毛虎 mao_hu1987@163.com

2014-01-20收到，2014-10-10改回

国家自然科学基金(61174194)资助课题