【正文】 生活質(zhì)量，刺激 GPS 市場(chǎng)的增長(zhǎng)。即能準(zhǔn)確估算目標(biāo)所接收到的衛(wèi)星測(cè)量值大小 , 并隨機(jī)給這些測(cè)量信號(hào)加上適當(dāng)?shù)牟豢蓹z測(cè)的偏差值 , 以較小的偏差值實(shí)施有效干擾。 衛(wèi)星導(dǎo)航已成為 現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)“信息戰(zhàn)”、“導(dǎo)航戰(zhàn)’’的重要組成部分，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)以來精確制導(dǎo)武器使用量與總投彈量比逐年提升，其中 GPS 制導(dǎo)武器占整杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 個(gè)精確制導(dǎo)武器的比例由海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的 10％急增至 2020 年自由伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的98％。對(duì)空間部分、地面控制部分和由地面控制部分發(fā)往空間衛(wèi)星的上行鏈路信號(hào)進(jìn)行 “軟干擾 攻擊的難度也非常大，而從衛(wèi)星反饋到用戶定位設(shè)備的下行信號(hào)比較微弱，其開放性的特點(diǎn)，容易受到干擾，因此 GPS 的下行星地通信鏈路信號(hào)便是其 “軟肋 ’’。 轉(zhuǎn)發(fā)式 GPS 欺騙干擾機(jī) 課題 的提出 現(xiàn)今社會(huì)，各個(gè)國家相繼開展了以攜帶各類有效載荷的航天器及其星座為核心體的相關(guān)資源利用和組網(wǎng)等技術(shù)的研究，期望通過空間優(yōu)勢(shì)獲得信息優(yōu)勢(shì)，其目的是奪取制天權(quán)。 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。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。由于事關(guān)中國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多年來一直致力于此的業(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。 與 GPS 產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，我國的 GPS 產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，與之配套的大環(huán)境還沒有形成，企業(yè)發(fā)展相對(duì)較難。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。而日本的汽車車載導(dǎo)航安裝率高達(dá) 59%，歐美約占 25%。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。通過發(fā)射與 GPS 信號(hào)相類似的干擾信號(hào)，誤導(dǎo)GPS 接收機(jī)偏離準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位，這個(gè)過程就是 GPS 欺騙干擾。據(jù)設(shè)計(jì)者稱，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)。 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，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。 本文在第一章和第二章中不僅 詳細(xì)敘述了 GPS 的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀，還對(duì)它的發(fā)展前景做了大致的估計(jì)，并簡(jiǎn)要概括了 GPS 信號(hào)的基本組成。有效地利用 GPS 干擾 技術(shù)破壞 對(duì)方的導(dǎo)航系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)己方的有效隱蔽和保護(hù)，是 GPS 技術(shù)在軍事領(lǐng)域的一個(gè)新應(yīng)用。因此，干擾信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)完全相同，只是延遲時(shí)間有所不同。 GPS 起始于 1958 年美國軍方的一個(gè)項(xiàng)目， 1964 年投入使用。 美國政府、工業(yè)部門和學(xué)術(shù)界對(duì) GPS 受干擾的問題進(jìn)行了大量研究和模擬，提出即使沒有掌握先進(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)的美國武器和其它平臺(tái)。該系統(tǒng)已于 2020 年 1 月開始裝備。 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 萬千米的衛(wèi)星組 成衛(wèi)星星座。它對(duì)地面監(jiān) 控部實(shí)行全面控制。 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：如汽車防盜、地面車輛跟蹤和緊急救生 ； 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)車數(shù)據(jù)，利用 GPS 定期記錄車輛的位置 和速度信息。 3G 牌照的全面發(fā)放，也成了人們共同關(guān)注的焦點(diǎn)。致力于 GPS 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有識(shí)之士時(shí)刻關(guān)注著這些問題，并親自實(shí)踐探索其發(fā)展和突破之道。 ”業(yè)內(nèi)人士表示。 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。 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)，分別稱為 L1載波和 L2 載波。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。因此，不到萬不得已，不應(yīng)輕易采用硬摧毀的手段。本課題研究的就是 GPS 轉(zhuǎn)發(fā)式干擾原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 2020 年，周義，王自焰 [2]在論文中概括出了轉(zhuǎn)發(fā)式 GPS 干擾系統(tǒng)圖，如圖 所示。 2020 年，張翰林等 [5]在論文中提出，對(duì)現(xiàn)代化 GPS 實(shí)施有效干擾難度越來越大 ,隨著新頻段和新碼的使用 , 從信噪比中提取高保真有用信號(hào)時(shí) , 接收機(jī)很杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 容易被欺騙信號(hào)所欺騙。 1994 年， Sally L[7]等認(rèn)為，對(duì)于 GPS 衛(wèi)星信號(hào)的捕獲是一個(gè)二維捕獲過程。 在眾多國家中，俄羅斯對(duì) GPS 干擾技術(shù)的研究是最為深入的，成果也最為顯著，先后提出了五代 GPS 干擾機(jī)理論。 3，民用 GPS 信息編碼加密防熱為惡意干擾，以及軍用 GPS 加密編碼的研發(fā)，并不斷改進(jìn) GPS 的測(cè)算精度。需要分別對(duì)這些主要器件對(duì)干擾信號(hào)產(chǎn)生的細(xì)微影響進(jìn)行分析并建模。對(duì) 所有的振蕩電路來說，最重要的一個(gè)參數(shù)是 Q。為減少帶通濾波器 l 預(yù)選器的插入損耗（ LNA 前面的濾波器插入損耗可直接影響噪聲系數(shù)），通常在 LNA 與第一混頻器之間接入帶通濾波器 2。 具體參數(shù)設(shè)計(jì) 如下 信號(hào)接收單元包括帶通濾波器、混頻器、本振 器 等器件，當(dāng)中頻輸出30． 69MHz 時(shí)，參數(shù)設(shè)計(jì) 指標(biāo)如下所示： 帶通濾波器 1， 2： 1．濾波器中心頻率為 ； 2． 3dB 帶寬為 ? 12MHz； 3．中心插入損耗小于 ； 4．帶內(nèi)駐波 VSWR 小于 :1； 5．帶外抑制不小于 35dBc； 6．輸入與輸出阻抗皆為 50? 。 帶通濾波器 4： 1．濾波器中心頻率為 ； 2． 3dB 帶寬為 ? 12MHz； 3．帶內(nèi)損耗小于 l dB； 4．帶外抑制不小于 35dBc； 5．輸入與輸出阻抗皆為 50? 。寬帶中頻放大器不僅有放大功能，還有高反相隔離作用，阻止第一混 頻器產(chǎn)生的混頻分量杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 再次進(jìn)入輸出端口。 第二本振： 1．產(chǎn)生頻率 。 中 頻 調(diào) 制信 號(hào)解 調(diào) 存 儲(chǔ) 延 遲 信 號(hào) 整 合G P S 干 擾信 號(hào) 生 成讀 取 控 制 圖 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)基本框圖 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 如圖 所示， 產(chǎn)生干擾信號(hào)其總體流程為，接收到的中頻調(diào)制信號(hào)，通過解調(diào)將信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然 后用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。在實(shí)際中，真正的沖激序列是無法實(shí)現(xiàn)的，通常代之以窄帶脈沖串。 A/D 轉(zhuǎn)換器有以下技術(shù)指標(biāo)： 最低有效位 (LSB)：二進(jìn)制數(shù)中權(quán)最小的位。 量化誤差：模擬輸入量在量化取整的過程中所引起的誤差，又稱量化不確定度。事實(shí)上，提高采樣速率可以等效地提高 ADC 的位數(shù)，因此，提高采樣速率可以提高 ADC 的信噪比。 為保證干擾機(jī)的功能和性能，以及信號(hào)還原的準(zhǔn)確度，課題對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘質(zhì)量要求較高且要具有低相位噪聲。 AD9772內(nèi)部模塊依據(jù)功能可以劃分為：時(shí)鐘產(chǎn)生和控制模塊，輸入鎖存模塊，內(nèi)插濾波模塊，“零填充 ”模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及輸出參考電路。 DCM 稱為數(shù)字時(shí)鐘管理器，可以對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行分頻操作和倍頻操作。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 4 仿真 效果分析 GPS 信號(hào)生成 在仿真的過程中，為了驗(yàn)證干擾機(jī)對(duì)信號(hào)的干擾作用，我只是使用普通的隨機(jī)碼產(chǎn)生信號(hào)，進(jìn)行 二次 濾波量化處理，得到基本原始信號(hào)作為 GPS 信號(hào)。圖 中可以看到干擾信號(hào)與原信號(hào)的不同，通過對(duì)比圖 和圖 ，可以看出干擾信號(hào)頻譜發(fā)生了改變。 2)．完成轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)的整體進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)原理樣機(jī)各部分功能細(xì)化，進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，各模塊既具有相對(duì)獨(dú)立的功 能 ，便于查驗(yàn)疏漏，又相輔相成，緊密結(jié)合 ，進(jìn)行良好的仿真分析 。在他 的指導(dǎo)點(diǎn)撥下 ，我 時(shí)有心 得 ，受 到了 極大的啟發(fā) ，學(xué)業(yè)上受益頗多。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 7 參考文獻(xiàn) [1]Glisic S ， Vucetic B ． Spread Spectrum CDMA Systems for Wireless Communications[C]， Artech House Mobile Communications Series， March 1997: 383386． [2]周義，王自焰， GPS 干擾與反干擾 ——電子戰(zhàn)新焦點(diǎn) [J]，飛航導(dǎo)彈 2020 (4)：3147． [3]孫智信， GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的電子攻防對(duì)抗研究綜述 [ J] . 航天電子對(duì)抗 , 2020(1):511． [4]范俊輝，田斌，王勇，田紅心，易克初 ,G P S 干擾技術(shù)研究 [J],廣東通信技術(shù) ，2020， 25 (2)： 7073． [5]張翰林，張國定，劉寶。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)最后一段時(shí)間，我因肺炎住院，我的室友沈科 、 邵力夫以及王嘉彬給與了我極大的關(guān)心和幫助， 謹(jǐn)在此致以真摯的感謝。 4)．對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析， 不斷修 改參數(shù)，得到不同的結(jié)果，進(jìn)一步分析各個(gè)模塊的作用與工作參數(shù)限制 。因此如何更有效的干擾 GPS制導(dǎo)武器便成了當(dāng)前急需解決的重大課題，同時(shí)它也是一項(xiàng)需要不斷改進(jìn)的長(zhǎng)期課題。量化處理之后幅度增加 4，使信號(hào)幅度為正值，然后取整可得 GPS 數(shù)字信號(hào)，如圖 。 DCM 的最低輸入頻率為 24MHz，因此，使用的用戶晶振頻率為 ，這個(gè)頻率等于產(chǎn)生偽碼序列頻率的 6 倍經(jīng)過2 倍頻可以得到頻率為 時(shí)鐘信號(hào)，再經(jīng)過 12 分頻可以得到頻率為 的時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過 分頻可以得到頻率為 的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘產(chǎn)生和控制模塊由差分輸入，相位檢測(cè)，環(huán)路濾波 (外圍電路配置 )，壓控振蕩器 (VCO)，分頻器和時(shí)鐘分配模塊組成。 AD6645 片上提供了采樣保持電路和基準(zhǔn)電位，使其成為一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換解決方案，內(nèi)部采用三級(jí)子區(qū)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，既保證了精度又降低了功耗。 信噪失真 比 (SINAD)，又稱 之 為信納比。1 ／ 2LSB或 177。通常把 1LSB 對(duì)應(yīng)的模擬輸入量簡(jiǎn)稱 1LSB。 對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)的時(shí)間和幅度進(jìn)行離散采樣。為減少模擬環(huán)節(jié)，在 較高的中頻，乃至對(duì)射頻信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字化。 4． 1dB 壓縮射頻輸入功率不小于 2dBm； 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 5．輸出阻抗 50? 。為了不降低整個(gè)信號(hào)發(fā)射單元的 信噪比 ，數(shù)字發(fā)射機(jī)的功率放大器應(yīng)具有較高的 信噪比 。 第二中頻處理：第二中頻處理包括第二中頻的帶通濾波器，中頻放大器等。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第一本振： 1．產(chǎn)生頻率 ； 2．輸出幅度 7dBm； 3．雜波 抑制小 于 70dBc； 4．頻率穩(wěn)定度 10^8ppm： 5．諧波失真 40dBc?；祛l器 1 的輸入信號(hào)幅度一般較大，為減少混頻產(chǎn)生的互調(diào)失真，需要一個(gè)高壓縮點(diǎn)。 干擾 信號(hào)接收單元的實(shí)現(xiàn) 信號(hào)接收單元原理圖如圖 所示： 第 一 中頻 處 理混 頻 器 2低 噪 放帶 通 濾波 器 2混 頻 器 1第 二 中頻 處 理帶 通 濾波 器 1混 頻 器 3帶 通 濾波 器 3第 一 本振帶 通 濾波 器 4第 二 本振帶 通 濾波 器 5第 三 本振低 通 濾波A D C接 收 信號(hào)中