【正文】 頻 數(shù)字 輸 出 圖 信號接收單元運行特點是：接收單元接收信號遠大于單元工作時的內(nèi)部噪聲 ，由于輸出為數(shù)字信號，接收單元應(yīng)具有較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換速率 。 濾波器用來選擇性地通過或抑制某頻段信號。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 下 變 頻L N AF I F O時鐘控制D A CA D C上 變 頻放 大 器信 號 接 收 單 元干 擾 發(fā) 送 單 元干擾生成單元 建立轉(zhuǎn)發(fā)式 GPS 欺騙干擾機動態(tài)模型 在 GPS 系統(tǒng)被干擾的過程中，干擾機將信號進行轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾處理后，在將虛假信號與真實信號相結(jié)合，由 GPS 接收天線進行接收，從而達到干擾 的目的，整個 系統(tǒng)基本模型如 圖 所示 ： G P S 衛(wèi)星 導(dǎo) 航信 號 生成 模 塊干 擾機G P S接 收天 線G P S接 收機 圖 GPS干擾系統(tǒng)基本模型 “轉(zhuǎn)發(fā)式 干擾利用信號的自然延時，因此干擾信號與導(dǎo)航信號完全相同，只是延時不同，另外轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號經(jīng)過放大信號的幅度大于導(dǎo)航信號的幅度 GPS接收機完全有可能將轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號捕獲到從而獲得錯誤的偽距使 GPS 接收機達不到精確的定位。 目前，除俄羅斯和美國外，能制造 GPS 干擾機的國家還有法國、德國、意大利、朝鮮等。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 1999 年， Braasch M[8]在論文中認(rèn)為，作為 GPS 接收機的處理核心，由捕獲和跟蹤組成的同步過程是尤為關(guān)鍵的。 由于 GPS 技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)域。文中預(yù)測，對欺騙式干擾而言 , 干擾機的趨勢 是智能化。 現(xiàn)今，世界上的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要 有 ：美國的 GPS 系統(tǒng)，歐洲的 Galileo系統(tǒng)，俄羅斯的 GLONASS 系統(tǒng)，中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它分為空間部分、地面控制部分和 地面控制部分三個部分。隨著 GPS 系統(tǒng)抗干擾能 力的增加，及其覆蓋范圍和精度的提高，單一效能的干擾手段很難達到預(yù)期效果。 GPS 衛(wèi)星發(fā)射信號的頻率，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。 GPS 衛(wèi)星信號包括三種信號分量：載波，兩個偽隨機噪聲碼 (C/A 碼和 P 碼 )和數(shù)據(jù)碼 (D 碼 )。 據(jù)國外專家預(yù)測，到 2030 年，世界 GPS 市場 將進入到平緩發(fā)展階段，市場趨于平穩(wěn)，應(yīng)用范圍雖十分廣泛，但隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大，單位利潤會逐漸降低。有了更多這樣的有識之士，中國 GPS 產(chǎn)業(yè)的明天值得期待。 衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著越來越重要的作用，將成為 “ 十一五 ”發(fā)展的亮點。截至到 2020 年底，中國擁有車載導(dǎo)航設(shè)備的車輛不足 10 萬輛，相對于 3000 萬輛的汽車總數(shù)來說，普及率不到 1%。上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（ DOP）。 但是 GPS 衛(wèi)星信號抗電子干擾方面異常脆弱 ,傳輸功率小，信號頻率公開 ,是 GPS 易受干擾的重要原因?；羝战鹚勾髮W(xué)應(yīng)用物理實驗室舉行的一次航空航天工程師和其它專業(yè)人員的研討會上，首次公開展示了一種得煙盒大小的自制干擾機，它采用 12 伏電池作動力，產(chǎn)生 100 毫瓦的輸出功率，通過一根細(xì)小的全向天線發(fā)射信號。主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過 20 余年的研究實驗，耗資300 億美元，到 1994 年，全球覆蓋率高達 98%的 24 顆 GPS 衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。從而使 GPS 接收機獲得錯誤的偽距，達不到精確的定位。杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 本科畢業(yè) 設(shè)計 （ 2020 屆） 題 目 轉(zhuǎn)發(fā)式 GPS欺騙干擾機的仿真建模與實現(xiàn) 學(xué) 院 通信工程 學(xué)院 專 業(yè) 信息對抗技術(shù) 班 級 09083511 學(xué) 號 09083132 學(xué)生姓名 張喜合 指導(dǎo)教師 孫閩紅 完成日期 2020 年 12 月 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 1 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的進步， GPS 系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。另外轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號經(jīng)過功率放大，信號的幅度大于導(dǎo)航信號的幅度， GPS 接收機完全有可能捕獲到轉(zhuǎn)發(fā)后的信號。 20 世紀(jì) 70 年代，美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 。如 1994 年 9 月，在約翰 為此，我們也應(yīng)開展空間通信干擾技術(shù)的研究，期望通過先進的技術(shù)、方法、手段和策略，實現(xiàn)對信息有效傳輸保證的衛(wèi)星通信鏈路的干擾，進一步獲得空間優(yōu)勢。 24 顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為 11 小時 58 分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為 55 度。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對 GPS 衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算每顆 GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。從而計算道路的擁堵情況 ； 另外還有 時間服務(wù) ，分為： 系統(tǒng)同步：如 CDMA 通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng) 授時：準(zhǔn)確時間的授入、準(zhǔn)確頻率的授入 GPS 發(fā)展現(xiàn)狀 中國 GPS 導(dǎo)航的市場潛力巨大。其實在國內(nèi)的 GPS 導(dǎo)航領(lǐng)域也在經(jīng)歷著一場蛻變，第三代 PND 類導(dǎo)航產(chǎn)品的應(yīng)運而生，已經(jīng)把人們帶進了全新的導(dǎo)航時代。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 5 一員。此外，目前高校中沒有教授 GPS 知識的人，更談不上培養(yǎng)下一代 GPS 人才。目前 GPS 系統(tǒng)是部分公開的，采用的偽碼有 C/A 碼、 P（ Y） 碼等。其中： L1 載波的頻率 fl=1575． 42MHz， L2 載波的頻率f2=1227． 6MHz。阻塞式壓制干擾實際上是一種非常有效的干擾手段，其缺點在于功率過高，但就戰(zhàn)時 GPS 信號可能發(fā)生的變化而言，該方式在一定條件下還是可杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 以達到干擾目的的。以 GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，它已經(jīng)成為精確制導(dǎo)武器的重要手段，美軍使用的精確制導(dǎo)彈藥占全部使用量的 90％以上，而絕大多數(shù)精確制導(dǎo)彈藥均裝備了 GPS導(dǎo)航定位裝置將打擊精度提升到數(shù)米量級。 轉(zhuǎn)發(fā)式 GPS 欺騙干擾機的發(fā)展 本世紀(jì)，出于其軍事利益、經(jīng)濟利益、國家安全等方面的考慮，世界上有能力的國家都在紛紛建設(shè)自己的或與其他國家聯(lián)合的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。并提到，對 GPS 進行欺騙性干擾可從兩方面入手 : 給出虛假導(dǎo)航信息或增加信號延時時間 , 可分別采用產(chǎn)生式和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。在使用了新頻段和新 代 碼的現(xiàn)代化 GPS 中 , 干擾技術(shù)相對比較容易實現(xiàn)。捕獲結(jié)果是使本地參考碼和接收碼相位差值小于一個碼元寬度，且收發(fā)碼時鐘頻率基本一致，同時使載波相互對準(zhǔn)，從而實現(xiàn)輸入信號與本地信號的粗同步。目前比較流行的主動干擾機是在復(fù)制導(dǎo)航信號的基礎(chǔ)上形成干擾信號，優(yōu)點是既可實現(xiàn) “硬 ”抑制，也可實現(xiàn) “軟 抑制， 坐標(biāo)的 測量過程中，在導(dǎo)航接收器中可以引用可控誤差，干擾效率高，可形成任何前面探討的干擾信號， 暴露性非常??；而缺點是復(fù)雜性增大，功耗大。 4， 干擾機智能化，能準(zhǔn)確估算目標(biāo)所接收到的衛(wèi)星測量值大小 , 并隨機給這些測量信號加上適當(dāng)?shù)牟豢蓹z測的偏差值 , 以較小的偏差值進行有效干擾。 其中涉及到的部分重要元件主要有以下幾種： 低噪聲放大器用來增加接收機輸入端的微弱信號的幅度，使之能夠達到接收 機的檢波器的可用范圍。高 Q 反饋振蕩器的輸出頻率比 LC 振蕩器的輸出頻率要穩(wěn)定得多 。 二次濾波可以減少噪聲系數(shù)，有助于預(yù)選器排除鏡像信號以及其他干擾信號。 低噪聲放大器： 1．輸入阻抗 50? ； 2．工作頻段為 14001600MHz； 3．噪聲系數(shù)不大于 ； 4．增益大于 25dB，當(dāng)輸入功率電平大于 0． 001W 時應(yīng)進入過載； 5．增益平坦度為 ? dB； 6．輸出阻抗 50? 。 混頻器 2： 1．輸入阻抗 50? ； 2．插入損耗小于 8dB； 3． 1dB 壓縮射頻輸入功率不小于 2dBm； 4．輸出阻抗 50? ； 5．隔離度 LO/RF 大于 40dB， LO/IF 大于 30 dB， LO/IF 大于 20 dB。第一混頻器將輸入信號轉(zhuǎn)換為 IF，而本地帶通濾波器濾除寬帶噪聲、諧波。 第 2 級混頻器： 1：輸入阻抗 50? ； 2．插入損耗不大于 8 dB； 3．隔離度： LO/RF 不小于 40dB， LO/IF 不小于 30 dB， LO/IF 不小于 20 dB。這樣的過程稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程 干擾機體系結(jié)構(gòu)的一個重要特點是將 A/D 和 D/A 盡量靠近射頻前端。這樣，就可以得到頂部隨給定信號變化的脈沖序列，這種采樣方法，稱為自然采樣。在 n 位二進制數(shù)中， 1LSB 對應(yīng)的模擬輸入量是滿度范圍的 1/24，也 就是量化單位。量化誤差是模數(shù)轉(zhuǎn)換器固有的，其大小與分辨率直接相關(guān)，通常為 177。如公式 32： ])[2/l g ( dBNSN R ff s ??? （ 32） 式中 ffs ?2?， ffs ?2/稱為過采樣倍率，稱為處理增益。 本文使用 AD6645 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 21 時鐘產(chǎn)生和控制模塊使用鎖相環(huán)實現(xiàn)，主要為片內(nèi)各個功能模塊提供時鐘和控制信號，環(huán)路的參數(shù)直接決定了數(shù)模轉(zhuǎn)換的性 能 。由于產(chǎn)生偽碼序列的時鐘頻率為 ，對 GPS 信號采樣的時鐘頻率為 ，需要使用 DCM 產(chǎn)生這兩個時鐘信號。 信號的初始處理電路圖如圖 ，首先要進行二次濾波， 二次 濾波可以減少噪聲系數(shù)，有助于預(yù)選器排除鏡像信號以及其他干擾信號 。 圖 轉(zhuǎn)發(fā)信號的干擾過程電路圖 圖 原 GPS信號（上）與干擾信號（下）時域波形對比 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 26 圖 干擾信號的頻譜 總電路圖如下： 圖 轉(zhuǎn)發(fā)式 GPS干擾機總電路圖 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 27 5 結(jié)論 GPS技術(shù)是美國開發(fā)的一系列技術(shù)中最為成功的一項，它推動了武器系統(tǒng)向前發(fā)展，使精確制導(dǎo)精度進一步提高，并將成為未來軍事革命的重點之一。 3)．設(shè)計了模擬信號延遲模塊 ， 重點在于二進制轉(zhuǎn)換之間的信號處理。 尤其在最后的電路仿真中，經(jīng)常指點我電路的不足和改進方法讓我茅塞頓開， 在此，向?qū)熤乱陨钌畹木匆夂驼\摯的謝意 ! 感謝與我一起承擔(dān)課題、付出努力 陸云峰 、 陳拓 、 魏旭光 、 阮超力 、 曾超 ，我們相互合作，彼此都真誠互助，建立了良好而真摯的友誼，十分感謝他們對我的關(guān)心和幫助。對現(xiàn)代化 GPS 的欺騙式干擾研究 [J]，光盤技術(shù)， 2020（ 4）： 3638． [6]ElRabbany A． Introduction to GPS： the Global Positioning System[M]． Artech House， 2020:111． [7]Sally ， Stephen R． Beloach． RealTime OnTheFly KineMatic GPS System Results[J]， Navigation， Summer 1994,2(3)： 175—186． [8]Braasch M ． and Van Dierendonck A ． GPS Receiver Architectures and Measurements[J]， Proc． Of the IEEE， January 1999,1(87):4864． [9]Brown A， Neil Gerein， and Keith Taylor． Modeling and Simulation of GPS Using Software Signal Generation and Digital signal Reconstruction[J]， Proc． of ION Technical Meeting， Anaheim， CA， January 2020,5(12):411． [10]劉慧越，張愛勇，唐斌，基于最大似然的 GPS 轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號