GPS干扰与抗干扰技术发展现状分析

摘 要： 先介绍GPS信号的特点，对GPS信号的易干扰性进行分析，阐述GPS干扰信号的技术原理以及俄罗斯和美国现在常用的GPS干扰技术，最后具体的分析提高GPS抗干扰技术的方法。

关键词： GPS干扰；GPS抗干扰；伪卫星法

中图分类号：TN966 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210013－02

随着伊拉克战争的发生，GPS技术被广泛的应用于战场，与此相对的GPS干扰技术也逐渐的登上战争的舞台。据了解，在伊拉克战争初期，伊拉克军方至少使用了6台大功率的干扰机，大大的降低了联军GPS制导武器的命中率。这个成功的例子引起了各国军事专家的重视，GPS应用技术是一把双刃剑，如何把握好这门技术，为战争储备更多的干扰手段，是亟待解决的重要课题。

1 GPS信号简介

GPS信号具有这些特点：GPS是通过L1和L2这两个载波频率来完成导航信号的调制发射的，其中L1是1575.42MHz，L2是1227.60MHz。L1运用正交的方式分别调制了P（Y）码和C/A码，但是在L2上面只调制了P（Y）码；P码信号定位具有保密性好、精度高的特点，只有美军和特许的用户有权利使用。但是目前已经公布了编制P码的方程式，美国选择实施可行性（A-S）政策，把P码加密编译成为Y码。GPS卫星发射信号到达地面的最小信号功率是-160dBW（零电平分贝为1瓦）（C/A码）、-163dBW（L1P码）以及-166dBW（L2P码），因为受到不同因素的影响，所以以上信号的最大电平不超过-153dBW、-155dBW以及-158dBW。GPS卫星的信号发射功率一般都不是很大，卫星和地面的距离又比较远（20200km），到达地面后的信号就很弱。从以上分析可以看出，GPS用户接收机的确是很容易受外界的干扰在，因此整个GPS卫星系统的抗干扰任务是十分艰巨和紧迫的。

2 GPS干扰技术

2.1 GPS干扰技术分类

GPS干扰分为两种类型，一种是压制式，一种是欺骗式。这点和普通的电子干扰是一样的。压制式干扰又分为宽带干扰（阻塞式）以及窄带干扰（瞄准式）两种。以干扰作用时间来分，又分为连续式干扰和脉冲干扰。压制式干扰主要是利用发射机发射干扰信号然后再压制住GPS接收机前端的GPS信号，让GPS接收机无法接受卫星信号，压制式干扰具有所需干扰功率大、技术难度小得特点。欺骗式干扰主要是利用发射机发射与GPS具有相同参数但信息不同的假信号，使GPS接收器所接收不准确的定位信息。欺骗式干扰增加信号传播时延或是给出虚假的导航电文来生出错误的测量的伪距。这类干扰具有的特征十分的明显，虽然所需的功率不大，但起到的效果远远要大于压制式干扰。但它的技术难度也要比压制式干扰大很多。

2.2 美国GPS干扰技术的发展

据了解，目前美国主要这几种干扰机产品：美制AN/ALQ-99干扰吊舱、AN/ALQ-165、AN/ALQ-184（V）干扰机等等。

2.3 俄罗斯GPS干扰技术的发展

俄罗斯近期成功的研制出了一种新型的GPS干扰机，这种干扰机能够有意识的对导弹的发射和飞行进行干扰，甚至能改变导弹的航向，反过头来摧毁和攻击导弹发射方得阵地和平台。有关专家认为，美军正是通过这些干扰设备测试它的性能来避免扰以及打击干扰器的。俄罗斯设计的GPS干扰机甚至能够在因特网上购买到。这种干扰机能够对美国GPS系统的四个频段进行有源干扰。

3 GPS抗干扰技术

3.1 伪卫星法

伪卫星法指的是利用地面或是装载在无人机上的“虚拟机”来构成虚拟的高功率加密GPS信号。伪卫星（PSL）也被称为“地面GPS卫星”，它是从某个特定的地点发射和GPS信号类似的信号来加强导航定位，采用了和GPS大致相同的导航电文格式，因为伪卫星发射的是和GPS类似的信号，并在GPS地频率上工作，所以用户的GPS接收机可以同时接收伪卫星信号和GPS信号，不需要另外增设一台伪卫星接收设备，只需要稍微的改动现有的GPS接收机软件就可以接收到虚拟GPS星座的信号。

据美国的《航空与航天技术周刊》报道，美国国防局正在进行一个GPX伪卫星计划，这个计划是利用地面上虚拟机和4架无人机将经过放大的GPS信号进行转发，然后将虚拟的GPS星座空构在战场上，这就是所谓的“机载伪卫星”计划，机载伪卫星所使用的天线是波束成形天线，即使是受到干扰也能接收正确的GPS卫星信号，确定自己所处的位置，再将定位信息向GPS接收机“汇报”。

现在美国在考虑把机载伪卫星安装在无人机上，并使用核动力，这样就可以让无人机实现在空中的不间断工作，甚至可以停留几个月，以满足重点区域定位需求。利用伪卫星抗干扰具有这些优势，和大功率的GPS卫星相比，它使用起来更加的快捷；它的发射信号功率高于卫星；伪卫星导航在实施时改动一下软件就能用伪卫星发射信号，不需要改动现有的GPS用户接收机。所以实施起来比较简单。

这个方案也存在一些缺点：伪卫星的位置会因为载机的运动而变得不准确，因此，伪卫星的导航定位系统比GPS卫星星座的误差要多约20%。DARPA曾经利用约3000m高度上的无人机以及7500m上的公务机来对伪卫星装置实行原理试验，和采用真实卫星时的导航精度相比，精度从2.7m下降到了4.3m。在完成了成功的演示之后，DARPA利用已有的数字波束成形器以及七元天线陈列开始了抗干扰伪卫星的制作，罗克韦尔・柯林斯和麻省理工大学林肯实验室运用时空自适应处理技术，研制出抗干扰能力为40～55dB的系统。

3.2 提高GPS接收机的抗干扰能力

诺斯罗普・格鲁门研制出了一种改进的可提供36～40dB的GPS接收机。这种抗干扰方法被称为“反干扰自主完整性监控外推”，它是将GPS接收机和惯性导航再在载波相位级进行全耦合来实现的。全耦合滤波器可以把跟踪回路的带宽减小，减小进入GPS接收机的干扰信号。美国国防部委托洛克希德-马丁公司和柯林斯公司共同研制出了一种新型的抗干扰GPS接收机，这种接收机是数字化的接收机，有11.3kg重。它可以在各种GPS平台上应用。该接收机除了采用了性能较好的数字技术外，为了提高抗干扰能力，还采用具有“时空自适应处理”功能的商用现成部件。“时空自适应处理”中的“时”是指“时间”，也就是数字信号处理，它能够把干扰的源信号过滤掉，“空”指的是“空间”，也就是各种既能，这些技能不仅能抑制干扰信号，还能将各种天线接收到的信号融合在一起，形成一个指向GPS卫星的波束，“自适应”指的是实施波束抑制、过滤以及指向这些干扰的能力，以适应总在变化的外部环境。其中调零天线系统可以正确的感知到干扰信号的方向，还可以取消信号，并在发射导航信号的方向增加增益。据了解，这种新型的抗干扰接收机最开始是安装在该公司研制的外空对地导弹上。

3.3 提高GPS卫星系统的抗干扰能力

提高GPS卫星系统的抗干扰能力应采用几种方法，其主要的方法包括增强GPS信号功率和避开干扰机的辐射能量，其中避开干扰机的辐射能量的方法有自适应频率跟踪或是波束成形技术，以及波束置零技术或是后相关波束等。

1）增强GPS信号功率

美国正在对洛克希德-马丁公司的ILR卫星以及波音公司的GPS-ILF卫星进行抗干扰改进，为了增强卫星的信号功率，研制出了一种新的军用定位信号M码，这种信号对在对抗情况下提高全球定位系统的使用效果有很好的帮助，同时，从2003年开始，美国加大了10dB的GPS卫星信号功率，在计划发射的26颗GPS-Ⅱ卫星中，有至少20颗功率较高的卫星。另外，在开始进行抗干扰能力更强的GPS-Ⅲ项目时，用于开发、建造GPS-Ⅲ群和地面控制站的时间就用了30年。和当前的卫星比，GPS-Ⅲ的抗干扰能力高了100-150倍。图1是美军GPS系统抗干扰能力示意图。

2）改进GPS接收机和使用自适应天线

改进GPS接收机和使用自适应天线可以在短期内将GPS的抗干扰能力提高20～30dB，但是大规模的调整和改进需要大笔的经费，一般的公司很难承受。因此波音公司认为应该调整卫星的数目，而目前最有效的方法是将卫星上的GPS发射功率提高到500W，这不仅能够有效的提高抗干扰能力，还能提高接收机的兼容性。

4 总结

总而言之，GPS作为功能强大、不断完善的导航定位系统，在信息战争中有着举足轻重的作用，但也存在着不少的弊端，充分认识GPS信号的干扰和抗干扰问题，才能在战争中处于主导地位。

参考文献：

[1]王婷婷、王圣东、陈欣，GPS干扰与抗干扰技术发展现状分析[J].指挥控制与仿真，2008（12）.

[2]侯者非、王学东、陈国军，GPS干扰与抗干扰技术研究[J].现代电子科技，2004（12）.

[3]费华连，导航站中的GPS干扰与抗干扰技术[J].航空电子技术，2001（3）.

作者简介：

丁金军（1984-），男，浙江省绍兴市人，大学本科，助理工程师，研究方向：GPS数据处理。