卫星导航抗干扰接收系统技术研究

2016-12-12李孟学丁翠环

中国新技术新产品 2016年14期

关键词：抗干扰

李孟学丁翠环

（1.92213部队，广东湛江 524022；2.91388部队，广东湛江 524022）

卫星导航抗干扰接收系统技术研究

李孟学1丁翠环2

（1.92213部队，广东湛江 524022；2.91388部队，广东湛江 524022）

摘要：卫星导航系统具有连续性和实时性的特点，它能够实现精确定位，因而在军事及其他领域具有广泛的应用。但是，随着科技的不断发展与进步，卫星导航系统所处的工作环境也越来越复杂化，卫星信号很容易受到各种因素的干扰。因此，分析卫星导航受干扰的原因，研究卫星抗干扰技术，对提高卫星的使用效果具有重要的意义。本文就卫星导航系统受干扰的原因进行分析，研究卫星导航抗干扰技术，提高卫星导航系统的抗干扰性能，使其更好地为人们服务。

关键词：卫星导航；抗干扰；接收系统

随着科技的不断发展与进步，卫星导航系统被广泛地应用到军事及其他领域。但是，随着经济的全球化，人类的价值取向不断地发生变化。卫星导航系统所处的工作环境也日益复杂。卫星信号很容易受到有意或者无意的干扰。因此，研究卫星导航系统受干扰的原因及提高卫星抗干扰能力成为当今重要的课题之一。

一、卫星受到干扰的原因

卫星导航系统受到复杂的电磁干扰。随着电子信息技术的普及，频谱资源越来越稀缺，诸多系统的频谱相互影响。由于导航信号到达地面的功率很小，特别容易受到外界的干扰。常见的卫星导航系统干扰分为有意干扰和无意的干扰。无意的干扰主要是指其他卫星、移动电话以及电视台等的射频源发出的信号。有意的干扰主要是指人为的干扰。由于卫星导航系统的准确定位功能，在军事及国防安全领域被广泛的使用。在战争时期，信号必然会受到强烈的干扰。就目前而言，对卫星导航系统造成严重威胁的主要有先进的电子技术。通过近年来的伊拉克局部战争，人们对卫星导航系统的优势和弱点有了充分的认识。“导航战”成了新时代的战样式，它主要是利用卫星导航，干扰或者阻止对方利用导航卫星，保证自己的卫星导航正常的工作。

二、常用卫星导航抗干扰技术分析

所谓抗干扰技术就是利用一定的方法对卫星信息接收和传递方式及功率进行处理，使卫星接收自己所需的信号。常见的卫星导航抗干扰技术主要有以下几种：

1. 利用虚拟卫星法。虚拟卫星法就是在地面上设定一个发射装置或小卫星来模拟卫星发射信号，或者通过无人驾驶飞行器，阻止干扰方分清真正的导航卫星，增加干扰的难度及成本。这种方法一般适用于军事领域，特别是在战争的时候。

2. 利用天线抗干扰法。天线抗干扰法是卫星通信中最常用的方法，具体分为智能天线技术、自适应调零天线以及多波速天线等。智能天线是一种新型天线，他安装在卫星信号接收处。能够产生很多波速，依照制定的工作区，使系统达到完美的工作状态。自适应调零天线是对天线的阵元进行加权处理，使干扰源方向调零，从而减少或者降低干扰的程度。多波速天线是通过改变光速的方向和范围，依照自身的需要来调整光速，从而达到提升抗干扰能力的目的。

3. 利用扩展谱频来抗干扰法。由于卫星的干扰源具有不固定的特点，扩展谱频在无线电子应用上具有明显的优势，因此，该种方法尤为重要。扩展谱频主要有两种方法，一种是调频抗干扰，另外一种是直接序列扩频。

调频抗干扰是指利用预先设定的频率中随机选择，由于时间和频率都不确定，信号的传递很难被掌控，因此很难受到干扰。当发射的卫星跳频到达4000跳每秒时，抗干扰能力超强。

直接序列扩频是通过改变卫星的接收信号，将之变成窄带信号，将干扰信号转换成宽的信号，通过这种方法对干扰源的能量进行过滤，大大提高抗干扰能力。就目前而言，直接序列扩频的方法比较成熟，应用十分广泛。

4. 利用光通信。光通信是卫星导航目前很热门的一项技术，与电磁传输相比，光传递具有不易被干扰的明显优势，容量可以达到1G/t，目前，许多国家都积极研究光通信技术，一些国家已经将之成功应用于卫星导航系统中，在抗干扰能力上表现突出。

5. 利用编码调制法。采用编码调制的方法可以纠正卫星的差错，每当卫星受到干扰的时候，系统会优先选择级联编码技术，这种编码相对与其他编码具有明显的组合优势。常用的编码有自正交卷积码门译码、vitebi译码、BCH码等。随着近年来数字技术的飞速发展，级联编码技术的使用越来越广泛。

PSK技术也适用于卫星导航抗干扰技术，系统通过合适的编码，不仅能够提升卫星系统的性能，还能够有效提高抗干扰的能力，保证卫星导航系统正常地工作。

6. 限幅技术。限幅技术作为目前十分普遍的一种卫星抗干扰技术，无论是在科技和经济发达的美国的GPS系统里中，还是在俄罗斯一些国家的卫星导航系统中都有广泛的使用，这种技术的原理是为了提防卫星发射器出现饱和，而产生无法发射信号的情况。

常见的限幅技术分为软限幅和硬限幅两种。软限幅是指工作区域有两个，分别为限幅区和线性区，性能比硬限幅要好得多。硬限幅是指利用增加大的信号来减小小的信号源，工作的压缩比率受干扰源的影响。当系统不断遭遇干扰是，压缩比率就会大大增强。

卫星抗干扰技术是为了卫星导航系统发展的一个重要方面，通过现有的抗干扰技术，研究出低成本，有效的抗干扰技术，对提升卫星导航系统的作用，具有很大的意义。

三、常用卫星导航抗干扰技术应用实例

常用卫星导航系统，如GPS系统，采用了抗干扰技术，使其能够更好地定位，从而实现正常工作。

GPS系统是一个全球与全天候且连续实时的精确定位系统。它由发射信号的空间卫星座和用户终端机地面操作控制网组成。在军用和民用方面都有广泛的用途。由于GPS系统在设计的时候，它主要是以实时定位精确而制定的，是在没有考虑外界干扰的情况下工作的能力。在信息化飞速发展的今天，GPS定位系统的安全运行存在各种威胁。人们就GPS系统采取以下措施，提高GPS系统的抗干扰能力。

1. 通过增加GPS的发射功率，提高GPS抗干扰的能力。因为GPS系统传递到地面的功率小，所以提高GPS系统的发射功率，可以有效提高GPS系统的抗干扰能力。受太空环境的影响，增强GPS的发射功率，成本较高，整个GPS系统的设计造价也会随之提高。但是，为了保证地面微波通信系统能够正常地工作，国际电信联盟对卫星传递到地面的功率有一定限制，因此，通过增加GPS的发射功率，不能从根本上解决GPS抗干扰问题。不过，对降低GPS接收机性能指标和成本来说，提高卫星的发射功率，在干扰去增加高增益天线，不仅能够提高辐射的能量，也能够避免卫星的输出功率过大。

2. 一些军用GPS接收机通过采用保密结构，防止信号受到干扰。美国通过反电子欺骗技术，利用P码加密，编译成Y码，只有有权限的用户才能够全面获得精确的GPS定位功能。因此，军用的GPS系统必须具备专用的硬件，才能够存储及处理秘密信息，从而使用反电子欺骗技术，达到抗干扰的目的。

3. 利用卫星导航与惯性导航组合技术

通过卫星导航系统与惯性导航组合，在卫星导航系统承受射频干扰时，通过惯性系统能够卫星导航系统连续导航功能，从而完成导航任务。当干扰消失后，惯导系统又能够协助卫星导航系统重新获得信号。我们可以利用惯导系统提供的平台速度信息，帮助GPS接收机的载波环与码环，GPS接受机的环路带宽设计很窄，可以有效提高GPS接收机的信号干扰比。与此同时，即使GPS接收机因干扰而短时间收不到信号，惯性导航系统的速度辅助仍然会对其继续保持跟踪。使用这种组合技术能够将系统的抗干扰能力提高10dB～15dB。目前，这种组合导航方式在军用飞机、巡航导弹、精确制导炸弹、军舰等方面得到了广泛地应用。

4. 攻击GPS干扰机

（1）对GPS干扰源进行探测和定位。对GPS干扰源进行探测和定位系统能够阻断或干扰GPS的射频信号进行定位，通过探测GPS的无意干扰或人为干扰，收集相关的干扰源详细信息，进而采取相应的保护措施。提高GPS的抗干扰性能能够使敌方增加干扰机的信号功率，从而维持它的有效性，使干扰机的尺寸和射频能量得到增加，致使干扰源受到侦察和反击导弹的攻击。倘若接收机的抗干扰能力能提高18dB，就会使干扰机发射功率增加，从而容易受到反干扰辐射导弹的攻击；如果接收机的抗干扰能力提高40dB或者更多，干扰机就更容易遭受攻击，从而保证了GPS系统的稳固性。

（2）对干扰源的攻击

攻击GPS干扰机是目前常用的方法，当前正在开发一种具有对干扰源进行攻击的改进型高速反干扰辐射导弹。但是，成本相对较高，限制了这种方法的使用。因此高速反干扰辐射导弹只能用于高价值目标，如飞机上的高功率干扰机，或者用于利用手段无能为力的干扰机。