GPS抗干扰技术综述

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

中图分类号：TN967 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0220-01

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抗干扰技术

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，或者接收不到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[1]。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卫星更快捷、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GPS/INS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[2]。

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舍弃与干扰信号方向相近的接收信号。在部分信道扰时，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[3]。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GPS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/INS组合制导系统的干扰技战术研究》《飞航导弹》2011年.

[3]王婷婷，王圣东，陈欣.《GPS干扰与抗干扰技术发展现状分析》《指挥控制与仿真》，2008年.