【正文】 的，經(jīng)過(guò) 20 余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300 億美元，到 1994 年，全球覆蓋率高達(dá) 98%的 24 顆 GPS 衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最基本也最重要的功能，是 在廣達(dá) 億平方公里的巨大地球表面，給任意一個(gè)物體定位，由此而來(lái)，衍生了測(cè)速、軌跡描繪、導(dǎo)航、防盜反劫、服務(wù)救援、遠(yuǎn)程監(jiān)控等等重要的應(yīng)用。目前，世界上主要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括：美國(guó)的 GPS、歐盟的 GALILEO、俄羅斯 GLONASS 和中國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，其中美國(guó)的 GPS 應(yīng)用最為廣泛。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅在民用領(lǐng)域（如個(gè)人位置服務(wù)、氣象應(yīng)用、道路交通管理、鐵路智能交通、海運(yùn)和水運(yùn)、航空運(yùn)輸、應(yīng)急救援等）得到廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生具大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，而且在軍事領(lǐng)域更具重要性。 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于衛(wèi)星信號(hào)功率較低， GPS 信號(hào)的 能量大約相當(dāng)于在 幾 千公里以外一盞家用電燈的能量，要比廣播電視的信號(hào)要弱 1,000,000,000 倍，正是因?yàn)樗^(guò)于微弱，因而極易受到多種形式的有意或無(wú)意干擾，導(dǎo)致接收機(jī)導(dǎo)航定位性能下降，甚至無(wú)法正常工作。在美國(guó)發(fā)動(dòng)的第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，由于伊拉克使用了據(jù)說(shuō)是從俄羅斯購(gòu)進(jìn)的 GPS 干擾系統(tǒng)，使多枚美國(guó)精確制導(dǎo)導(dǎo)彈偏離了軌道，從而使得 GPS 干擾問(wèn)題引起了世人廣泛的關(guān)注。 美國(guó)政府、工業(yè)部門(mén)和學(xué)術(shù)界對(duì) GPS 受干擾的問(wèn)題進(jìn)行了大量研究和模擬，提出即使沒(méi)有掌握先進(jìn)技術(shù)的敵方也能容易、快速、廉價(jià)地制造和使用許多 GPS干擾機(jī) ，以摧毀依靠 GPS 制導(dǎo)的美國(guó)武器和其它平臺(tái)。如 1994 年 9 月，在約翰 霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室舉行的一次航空航天工程師和其它專(zhuān)業(yè)人員的研討會(huì)上，首次公開(kāi)展示了一種得煙盒大小的自制干擾機(jī)，它采用 12 伏電池作動(dòng)力，產(chǎn)生 100 毫瓦的輸出功率，通過(guò)一根細(xì)小的全向天線發(fā)射信號(hào)。據(jù)設(shè)計(jì)者稱(chēng)，該裝置足以干擾半徑 16 公里范圍內(nèi)的任何采用 CA 編碼的 GPS 接收機(jī)。俄羅斯設(shè)計(jì)的廉價(jià) GPS 干擾機(jī)現(xiàn)在到處可以買(mǎi)到，甚至可通過(guò)因特網(wǎng)采購(gòu)到這種裝置。杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 這種干擾機(jī)重 3— 10 公斤 (不含電池 )。價(jià)格低于 5 萬(wàn)美元，能對(duì)美國(guó)現(xiàn)有 GPS 系統(tǒng)的四個(gè)頻 段實(shí)施有效干擾。 鑒于空間衛(wèi)星系統(tǒng)在導(dǎo)航、通信、探測(cè)、預(yù)警、偵察等領(lǐng)域的廣泛軍事應(yīng)用，為在空間信息的通信對(duì)抗中獲得優(yōu)勢(shì)，美軍率先提出并建立了“反空間通信系統(tǒng)”，其目的在于利用無(wú)線電頻率干擾空間鏈路，阻礙敵方的衛(wèi)星通信。該系統(tǒng)已于 2020 年 1 月開(kāi)始裝備。為此，我們也應(yīng)開(kāi)展空間通信干擾技術(shù)的研究，期望通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)、方法、手段和策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息有效傳輸保證的衛(wèi)星通信鏈路的干擾，進(jìn)一步獲得空間優(yōu)勢(shì)。 但是 GPS 衛(wèi)星信號(hào)抗電子干擾方面異常脆弱 ,傳輸功率小，信號(hào)頻率公開(kāi) ,是 GPS 易受干擾的重要原因。通過(guò)發(fā)射與 GPS 信號(hào)相類(lèi)似的干擾信號(hào)，誤導(dǎo)GPS 接收機(jī)偏離準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位，這個(gè)過(guò)程就是 GPS 欺騙干擾。 本文主要概括轉(zhuǎn)發(fā)式 GPS 欺騙式干擾的發(fā)展與應(yīng)用。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 GPS 簡(jiǎn)介 及發(fā)展現(xiàn)狀 GPS 簡(jiǎn)介 全球定位系統(tǒng)（ Global Positioning System）是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶(hù)接收機(jī)三大部分組成。 按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約 萬(wàn)千米的衛(wèi)星組 成衛(wèi)星星座。 24 顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為 11 小時(shí) 58 分，分布在六個(gè)軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為 55 度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（ DOP）。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。 地面監(jiān)控部分包括四個(gè)監(jiān)控站、一個(gè)上行注入站和一個(gè)主控站。監(jiān)控站設(shè)有 GPS 用戶(hù)接收機(jī)、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計(jì)算機(jī)。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站設(shè)在范登堡空軍基地。它對(duì)地面監(jiān) 控部實(shí)行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對(duì) GPS 衛(wèi)星的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每顆 GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)把這類(lèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對(duì)每顆 GPS 衛(wèi)星每天進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開(kāi)注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。 全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地 開(kāi)拓，目前已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各種部門(mén)，并開(kāi)始逐步深入人們的 日常生活。 GPS 分類(lèi)及 應(yīng)用 特點(diǎn) GPS 衛(wèi)星接收機(jī)種類(lèi)很多，根據(jù)型號(hào)分為測(cè)地型、全站型、定時(shí)型、手持型、集成型；根據(jù)用途分為車(chē)載式、船載式、機(jī)載式、星載式、彈載式。 GPS 的應(yīng)用都是基于兩個(gè)基本服務(wù) ，其一為 空間位置服務(wù) ，分為： 定位：如汽車(chē)防盜、地面車(chē)輛跟蹤和緊急救生 ； 導(dǎo)航：如船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水、飛機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場(chǎng)降落、智能交通、杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 汽車(chē)自主導(dǎo)航及導(dǎo)彈制導(dǎo) ； 測(cè)量：主要用于測(cè)量時(shí)間、速度、及大地測(cè)繪，如水下地形測(cè)量、地殼形變測(cè)量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測(cè)及浮動(dòng)車(chē)數(shù)據(jù)，利用 GPS 定期記錄車(chē)輛的位置 和速度信息。從而計(jì)算道路的擁堵情況 ； 另外還有 時(shí)間服務(wù) ，分為： 系統(tǒng)同步：如 CDMA 通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng) 授時(shí)：準(zhǔn)確時(shí)間的授入、準(zhǔn)確頻率的授入 GPS 發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó) GPS 導(dǎo)航的市場(chǎng)潛力巨大。截至到 2020 年底，中國(guó)擁有車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備的車(chē)輛不足 10 萬(wàn)輛，相對(duì)于 3000 萬(wàn)輛的汽車(chē)總數(shù)來(lái)說(shuō)，普及率不到 1%。而日本的汽車(chē)車(chē)載導(dǎo)航安裝率高達(dá) 59%，歐美約占 25%。 2020 年便攜導(dǎo)航市場(chǎng)應(yīng)該有近 5 億元的規(guī)模，而隨著市場(chǎng)的高速發(fā)展及新品牌的層出不窮，預(yù)計(jì) 2020 年中國(guó)汽車(chē) GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)終端的銷(xiāo)售額將接近 100 億元。 2020 年，被人們稱(chēng)為中國(guó)的“ 3G 元年”。眾所周知，目前在國(guó)內(nèi)通信領(lǐng)域，最火的就是正在試運(yùn)行的 TDSCDMA—— 3G 標(biāo)準(zhǔn)。作為新一代的通信技術(shù)， 3G帶給人們非常多的期許。 3G 牌照的全面發(fā)放，也成了人們共同關(guān)注的焦點(diǎn)。其實(shí)在國(guó)內(nèi)的 GPS 導(dǎo)航領(lǐng)域也在經(jīng)歷著一場(chǎng)蛻變，第三代 PND 類(lèi)導(dǎo)航產(chǎn)品的應(yīng)運(yùn)而生，已經(jīng)把人們帶進(jìn)了全新的導(dǎo)航時(shí)代。 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，將成為 “ 十一五 ”發(fā)展的亮點(diǎn)。在“十一五”期間，衛(wèi)星導(dǎo)航在其它領(lǐng)域如航空、海路、鐵路、建筑、電信、電力等方面的應(yīng)用都會(huì)有很大的發(fā)展 空間。 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在三方面：一是衛(wèi)星導(dǎo)航的多系統(tǒng)并存，使系統(tǒng)可用性得以提高，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼜V闊；二是多元組合導(dǎo)航技術(shù)正在得到推廣應(yīng)用，主要有 GPS 與移動(dòng)通信基站定位、陀螺、航位推算技術(shù)等的組合應(yīng)用；三是衛(wèi)星導(dǎo)航與無(wú)線通信等其它高技術(shù)相結(jié)合，如 GPS 接收機(jī)嵌入到蜂窩電話(huà)、便攜式 PC、 PDA 和手表等通信、安全和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中，從根本上促進(jìn)了 IT技術(shù)的整體發(fā)展。 GPS 發(fā)展前景 中國(guó)目前正在成為全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)（ GPS）產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)之一?！笆晃?”期間， GPS 在多個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)擁 有更大的發(fā)展空間。然而，由于 GPS 在我國(guó)尚處于起步階段，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相配套的環(huán)境還不完善，制約了企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。致力于 GPS 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有識(shí)之士時(shí)刻關(guān)注著這些問(wèn)題，并親自實(shí)踐探索其發(fā)展和突破之道。北京東方聯(lián)星科技有限公司總經(jīng)理張峻林是眾多探索者中的杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 一員。有了更多這樣的有識(shí)之士，中國(guó) GPS 產(chǎn)業(yè)的明天值得期待。 與 GPS 產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，我國(guó)的 GPS 產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，與之配套的大環(huán)境還沒(méi)有形成，企業(yè)發(fā)展相對(duì)較難。目前，雖然我國(guó)企業(yè)自主研制的 GPS核心技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平，甚至直接賣(mài)給國(guó)外的公司，但由于沒(méi)有 適合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大環(huán)境，產(chǎn)業(yè)鏈沒(méi)有形成，許多相關(guān)配套產(chǎn)品都沒(méi)有企業(yè)提供。特別是能夠研發(fā)核心技術(shù)的企業(yè)太少，只有東方聯(lián)星、西安華訊、北京星科聯(lián)通等少數(shù)幾家，勢(shì)單力孤。 在政策環(huán)境方面，雖然國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到發(fā)展 GPS 的重要性，但支持力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 “主要還是國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航的人才太少，制定發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的框架戰(zhàn)略不清晰，導(dǎo)致國(guó)家對(duì)未來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí)不足，投入謹(jǐn)慎，對(duì)企業(yè)的支持力度不夠。 ”業(yè)內(nèi)人士表示。此外，目前高校中沒(méi)有教授 GPS 知識(shí)的人，更談不上培養(yǎng)下一代 GPS 人才。 據(jù)國(guó)外專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到 2030 年，世界 GPS 市場(chǎng) 將進(jìn)入到平緩發(fā)展階段，市場(chǎng)趨于平穩(wěn)，應(yīng)用范圍雖十分廣泛，但隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，單位利潤(rùn)會(huì)逐漸降低。由于事關(guān)中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多年來(lái)一直致力于此的業(yè)內(nèi)人士對(duì)以上情況看在眼里急在心里，其中就包括東方聯(lián)星科技公司總經(jīng)理張峻林。他說(shuō)： “目前，衛(wèi)星導(dǎo)航在國(guó)內(nèi)外都是不成熟的，但是如果再等 5 年，國(guó)外技術(shù)完全成熟的時(shí)候，我們的機(jī)會(huì)就更少了，就像現(xiàn)在去做 PC 操作系統(tǒng)，談何容易？ ”目前，東方聯(lián)星雖然在某些領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界 GPS 事業(yè)的前列，但是缺乏大的環(huán)境支持，難免曲高和寡。 目前，國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到發(fā)展 GPS 的重要性，特別 是對(duì)某些國(guó)有企業(yè)動(dòng)輒支持幾千萬(wàn)甚至上億元。但這些國(guó)有企業(yè)并沒(méi)有自己的核心技術(shù)，而是斥巨資購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的技術(shù)產(chǎn)品。如果這些企業(yè)能轉(zhuǎn)而利用國(guó)內(nèi)企業(yè)的核心技術(shù)，讓他們分一杯羹，不僅可以保證國(guó)內(nèi)企業(yè)的生存，還能打開(kāi) GPS 發(fā)展的大環(huán)境，推動(dòng)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展。 GPS 信號(hào) GPS 信號(hào)是擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào) ，這種擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)具有低截獲概率特性，系統(tǒng) 為了 區(qū)分各衛(wèi)星信號(hào) ，通常采用 碼分多址形式。目前 GPS 系統(tǒng)是部分公開(kāi)的，采用的偽碼有 C/A 碼、 P（ Y） 碼等。 GPS 衛(wèi)星信號(hào)包括三種信號(hào)分量：載波，兩個(gè)偽隨機(jī)噪聲碼 (C/A 碼和 P 碼 )和數(shù)據(jù)碼 (D 碼 )。隨著 GPS 現(xiàn)代化建設(shè) 的發(fā)展 ，偽碼 中 將增設(shè)新的軍用 M 碼。GPS 測(cè)距的測(cè)距碼信號(hào)和導(dǎo)航電文信號(hào)都屬于低頻信號(hào)。 GPS 衛(wèi)星距離地面約兩萬(wàn)公里 。 緊張的電能不足以 將上述數(shù)據(jù)率很低的信號(hào)傳輸?shù)降孛妗? 解決這一難題的辦法就是另外發(fā)射一種高頻信號(hào)作為載波將低頻的測(cè)距碼杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 信號(hào)和導(dǎo)航電文信號(hào)加載到這一高頻信號(hào)上，構(gòu)成一個(gè)高頻的調(diào)制波發(fā)射給地面。 GPS 衛(wèi)星采用 L 頻帶的兩種不同頻率的電磁波作為高頻信號(hào)，分別稱(chēng)為 L1載波和 L2 載波。其中： L1 載波的頻率 fl=1575． 42MHz， L2 載波的頻率f2=1227． 6MHz。 GPS 衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的頻率，都要受衛(wèi)星上原子鐘的基準(zhǔn)頻率的控制， GPS 衛(wèi)星原子種基準(zhǔn)頻率為 10． 23MHz， P 碼產(chǎn)生采用基準(zhǔn)頻率， C/A碼產(chǎn)生采用基準(zhǔn)頻率的 1/10，而 L1 載波的頻率 n 為基準(zhǔn)頻率的 154 倍， L2 載波的頻率 Q 為基準(zhǔn)頻率的 120 倍。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 轉(zhuǎn)發(fā)式 GPS 欺騙干擾機(jī) 干擾機(jī) 對(duì) GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的下行信號(hào)進(jìn)行干擾，主要是針對(duì)用戶(hù)接收機(jī)的干擾對(duì)抗，從技術(shù)上考慮，主要有壓制式干擾和欺騙式干擾 ，如 圖 所示 G P S 干 擾轉(zhuǎn) 發(fā) 式 干 擾欺 騙 干 擾產(chǎn) 生 式 干 擾壓 制 干 擾相 關(guān) 干 擾 阻 塞 干 擾 瞄 準(zhǔn) 干 擾 圖 GPS干擾方式分類(lèi)圖 轉(zhuǎn)發(fā)式干擾 簡(jiǎn)介 所謂欺騙式干擾是指發(fā)射與 GPS 信號(hào)具有相同參數(shù) (只有信息碼不同 )的假信號(hào)，干擾 GPS 接收機(jī)，使其產(chǎn)生錯(cuò)誤定位信息，其功效相當(dāng)于偽 GPS 衛(wèi)星。根據(jù)偽距定位原理，由于 GPS 用戶(hù)設(shè)備不配帶原子鐘，用戶(hù)至衛(wèi)星的偽距測(cè)量結(jié)果會(huì)包括鐘差等引入誤差，因此對(duì) GPS 進(jìn)行定位欺騙可從兩方面著手，即給出虛假導(dǎo)航信息或增加信號(hào)傳播時(shí)延，從而使測(cè)得的偽距產(chǎn)生偏差。這種欺騙式干擾有產(chǎn)生式和轉(zhuǎn)發(fā)式兩種體制 。 轉(zhuǎn)發(fā)式干擾就是將接收到的 GPS 衛(wèi)星信號(hào)重新廣播出去，從而構(gòu)成一個(gè)虛假的 GPS 衛(wèi)星信號(hào)，使接收機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤解碼，導(dǎo)致測(cè)距誤差，發(fā)生錯(cuò)誤定位。就空間 GPS 干擾技 術(shù)而言，我們首要研究重點(diǎn)是具有最佳干擾效果的相關(guān)干擾技術(shù)，其研究的最終目的在于通過(guò)產(chǎn)生的最大互相關(guān)偽碼匹配序列進(jìn)行虛假導(dǎo)航電文的擴(kuò)頻，實(shí)現(xiàn) GPS 產(chǎn)生式欺騙干擾。由于轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾不需要對(duì)所接收的真實(shí) GPS 信號(hào)進(jìn)行分析 ，而直接通過(guò)延遲調(diào)節(jié)發(fā)射達(dá)到欺騙目的，因而從理論上可以認(rèn)為是一種 與 代 碼無(wú)關(guān)的干擾，因此進(jìn)行該方式的研究也具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。阻塞式壓制干擾實(shí)際上是一種非常有效的干擾手段，其缺點(diǎn)在于功率過(guò)高，