高精度卫星导航接收机抗干扰技术

安连芳

中华通信系统有限责任公司河北分公司 河北 石家庄 050020

卫星定位导航系统在经过了十多年的发展之后已经趋于成熟,但是其中的关键技术中也仍然面临着一些系统性的问题,比如在复杂的电磁环境中卫星导航接收机定位的能力较差,不仅将会严重干扰到卫星导航接收机接收导航信号,使定位精度下降,也不利于卫星导航事业的进一步发展。而高精度卫星导航接收机具有现代化、先进化的特征,具有相对复杂的内部结构,这样就会增加其干扰的概率,此时就需要对其进行分析,并提出有效的抗干扰技术,以此来降低干扰的概率,确保高精度卫星导航接收机的安全、高效运行。

1 卫星导航接收机抗干扰技术的现状

虽然国内北斗卫星导航系统的起步较晚,但是其在卫星导航系统的设计上改进,这就使得北斗卫星导航系统的发射平台具有很强的抗干扰能力,与此相反,目前应用的大多数卫星导航系统的接收平台不具备抗干扰能力。

首先,对卫星导航接收机定位精度产生影响的干扰因素很多。从干扰目的的角度来看,可以分为无意识的干扰和敌对干扰两大类。无意识的干扰包括带外射频干扰、带内射频干扰和环境干扰,敌对干扰则是通过人为使受干扰方无法不能对卫星系统提供的信息给予应用。近些年来,由于社会经济的飞速发展,促进了科学技术的发展,随之而来也使得干扰愈发趋于系统化和智能化。其中双模干扰算法是一种典型的系统化干扰,被广泛地运用在实战中,这种算法的方式需要对采取各种现代化的技术手段获取的导航卫星信号特征进行一系列的计算,分析得到干扰频带、干扰功率以及干扰距离等关键的参数,之后依次实施带内压制干扰以及转发式欺骗干扰等模式,最终到达干扰的目的,保证卫星导航接收机定位的精确性。

其次,卫星导航接收机的灵敏度和动态范围仍有待提高。早在二十世纪九十年代初在美国就已经开始针对导航卫星导航接收机信号接收的准确性进行了相关的研究。在1999年的科索沃战争中,在战机被地方摧毁的情况下美国仍然能够利用GPS接收机的追踪呼救系统在短时间内进行人员营救以及设备回收等一系列工作,这些都需要卫星导航接收机具有比较高的灵敏度,而且覆盖范围比较广,具备动态接受的特点。

最后,国内抗干扰技术的芯片工艺等较为落后,在硬件资源上受到了一定程度的限制。在卫星导航接收机中,最为核心的一个器件就是导航芯片,导航芯片的性能,将会对卫星导航系统的整体效能产生直接的影响,现阶段采用的导航芯片与国外相比,仍然具有一些问题,如定位精度低、功能单一、成本高昂等,在国内仍然处于卫星导航芯片的研发阶段,且存在着产业规模小、自主创新能力不足、集成能力薄弱等一系列的问题,从而在卫星导航接收机的抗干扰技术上表现效果较差。

2 高精度卫星导航接收机常见的受干扰情况

根据卫星导航技术干扰原理的不同,可以将干扰分为两大类,分别是压制式干扰和欺骗式干扰,其中压制式干扰主要是依靠干扰信号的发射来压制卫星接收机前端的信号,以确保接收机接收不到卫星信号。欺骗式干扰一般是指发射与卫星信号相同参数的假信号,以实现对接收机的有效干扰,并使其获得错误的PVT信息。欺骗式干扰又可以细分为自主式的欺骗干扰和转发式的欺骗干扰。欺骗干扰的目的是故意制造虚假的信号。这些信号经过伪装,很像敌方设备期望的信号,从而诱使敌方错误地理解或使用获得的信息。欺骗干扰的目的并不是用外部噪声来压制被干扰系统,使其不能探测真实信号,而是故意制造虚假的信号。专业GPS接收机的其中一项重要功能就是反欺干扰能力,GPS干扰欺骗的原理是伪装成一颗伪卫星进行播发定位数据。从而欺骗接收机。相比于自主式欺骗干扰不依赖GPS系统,直接自主产生导航信号来发送给用户接收机的这种方式,转发式的欺骗干扰这种方式中GPS系统并不能直接给出目标地点的位置信息,需要对自身的时间和位置进行计算,由于干扰类型的不同,将会对卫星导航定位系统产生不同的定位影响,因此针对不同的干扰类型,需要制定具有针对性的解决方案,从而有效解决这些潜在的问题。

3 高精度卫星导航接收机抗干扰技术

3.1 合理采用压制式干扰 压制式干扰是在敌方导航系统中注入干扰信号以使真实目标回波信号被干扰淹没的一种有源干扰方式。它主要通过在导航系统的调谐频带上产生宽带或窄带的有源噪声信号,在空间辐射形成压制干扰环境,人为地把噪声传给导航系统的接收天线,增大其输入端的噪声水平,降低其信噪比,从而干扰导航系统正常工作。从原理上说,由于压制干扰信号具有与导航系统接收机内部噪声相似的特性,因而导航系统接收机很难摆脱这种性质的有源干扰。针对不同的要求,压制干扰系统可以提供多种不同的干扰方式,抑制干扰是影响较为严重的一种干扰的形式,主要包括宽带干扰方式和窄带跟踪干扰方式,采取时空滤波的方式能够有效地抑制宽带干扰,而采取频域滤波的方式则能够有效地应对较为严重的窄带干扰。有关技术人员要想最大程度地发挥出抗干扰技术的效能,就需要将各种技术组合起来,以应对不同类型的干扰,从而提高卫星导航接收机抗干扰技术的效能。

3.2 加强技术人员的培训工作 针对不同的干扰形式,需要使用不同的抗干扰方法,如果在实际应用过程中只选择其中一种抗干扰方法,则无法达到预期的卫星导航抗干扰天线效果,这就要求在实践过程中有关技术人员应具备将不同的抗干扰技术有机地组合在一起的能力。除此之外,技术人员还应利用合适的原理和公式来对其所使用的抗干扰技术进行适当地补充,保证计算数据的准确性。因此,有关部门应加强对相关技术人员的培训,提高其专业素质和工作能力,全面提高卫星导航系统接收机的抗干扰能力。

4 小结

综上所述,高精度卫星导航接收机目前极易受到各种外部电磁因素的干扰,传统的单一抗干扰方式已经不能够解决目前存在的问题,必须运用多维域滤波等方式来解决目前存在的干扰问题,从而进一步地强化卫星导航接收机的抗干扰性能。