【文章內(nèi)容簡介】 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。隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，美國政府宣布2000年至2006年期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到10米，這將進一步推動GPS技術(shù)的應(yīng)用，提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學水平以及人們的生活質(zhì)量，刺激GPS市場的增長。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，在美國，單單是汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，2000年后的市場將達到30億美元，而在中國，汽車導(dǎo)航的市場也將達到50億元人民幣。可見，GPS技術(shù)市場的應(yīng)用前景非?？捎^。 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機設(shè)計要點 為實現(xiàn)GPS轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾，有以下幾個關(guān)鍵問題：(1)收發(fā)隔離問題 2002年，為解決這個問題，Rabbany[6]首次給出經(jīng)典的雙星協(xié)同的二級轉(zhuǎn)發(fā)機制，： 二星轉(zhuǎn)發(fā)示意圖(2)降低信號畸變和提高信噪比 為降低信號畸變、提高信噪比，應(yīng)考慮使用具有較寬天線波束的天線，并在帶通濾波器后面加裝低噪放大器。(3)動態(tài)時延控制先通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后采用多抽頭可控數(shù)字延遲線來實現(xiàn)數(shù)字信號的動態(tài)時延，最后再通過D/A轉(zhuǎn)換還原為模擬信號。1994年，Sally L[7]等認為，對于GPS衛(wèi)星信號的捕獲是一個二維捕獲過程。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，從而實現(xiàn)輸入信號與本地信號的粗同步。1999年，Braasch M[8]在論文中認為，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。GPS衛(wèi)星信號在到達接收機后，經(jīng)天線前端處理(低噪放、下變頻、采樣等)后，隨即進入信號的同步階段。第二年，Brown A．等[9]認為，為捕獲到GPS衛(wèi)星信號，需要同時復(fù)現(xiàn)衛(wèi)星的碼相位和載波頻率，對GPS信號的搜索和捕獲，并給出了四種方法。①偽碼串行、載波串行②偽碼串行、載波并行③偽碼并行、載波串行④偽碼并行、載波并行2010年，劉慧越[10]利用多徑估計理論，提出了一種新的基于最大似然估計的GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號估計技術(shù)。闡述了轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的原理，建立了GPS接收機對轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號相干積分累加的數(shù)學模型，推導(dǎo)了轉(zhuǎn)發(fā)式干擾最大似然估計的計算公式。仿真實驗表明：該技術(shù)可以在有色噪聲條件下，對多個轉(zhuǎn)發(fā)式信號進行較精確的估計。在眾多國家中，俄羅斯對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干擾機理論。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?。欢秉c是復(fù)雜性增大，功耗大。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。就國內(nèi)而言，GPS干擾技術(shù)的理論研究及干擾裝置的研制起步較早，取得了一定的進展。但隨著技術(shù)的發(fā)展，迫切需要在現(xiàn)有干擾體制的基礎(chǔ)上提出更合理，更有效的干擾方法。 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機發(fā)展方向結(jié)合上述認知轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機的現(xiàn)狀，預(yù)計認知轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機會沿著以下幾個方面發(fā)展：1，基礎(chǔ)理論和相關(guān)應(yīng)用的研究。包括：GPS基本運行機制，常見干擾計算與抗干擾方法，以及GPS信息傳輸基礎(chǔ)理論等。2，解決轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾的關(guān)鍵問題，例如收發(fā)隔離機制的簡化。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GPS的測算精度。4，干擾機智能化，能準確估算目標所接收到的衛(wèi)星測量值大小, 并隨機給這些測量信號加上適當?shù)牟豢蓹z測的偏差值, 以較小的偏差值進行有效干擾。 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，： 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。而且“轉(zhuǎn)發(fā)式’’干擾利用信號的自然延時，不需要產(chǎn)生高逼真信號，技術(shù)上相對容易實現(xiàn)。系統(tǒng)將原理樣機各部分功能細化，進行模塊化的設(shè)計，各模塊既具有相對獨立的功能，相互之間又有信息和數(shù)據(jù)的傳遞與交換，工作時相互制約，相互協(xié)調(diào)?；贔PGA控制的模擬信號可控延遲技術(shù)，實現(xiàn)了在一定存貯約束條件下的可控信號延遲轉(zhuǎn)發(fā)。我們將對干擾機模塊進行重點模擬，：，其中信號接收單元接收GPS衛(wèi)星信號，進行相應(yīng)處理，將模擬信號轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號；干擾生成信號單元產(chǎn)生延遲干擾信號，根據(jù)控制單元輸出的控制指令，由FPGA控制的FIFO進行延時控制，將經(jīng)過延時的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換后，生成干擾信號；干擾信號發(fā)送單元發(fā)送干擾信號，由微處理控制單元輸入控制指令，進行相應(yīng)處理后發(fā)送出去。從圖3中可以看出，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機的主要器件包括：低噪聲放大器、濾波器、混頻器、晶體振蕩器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、時鐘控制和FIFO等。需要分別對這些主要器件對干擾信號產(chǎn)生的細微影響進行分析并建模。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。濾波器用來選擇性地通過或抑制某頻段信號。理想特性為：允許某一頻率段通過，而抑制其余頻率段；濾波器對通帶內(nèi)頻率信號呈現(xiàn)匹配傳輸，對阻帶頻率信號失配而進行反射衰減，從而實現(xiàn)信號頻譜過濾功能?；祛l器是三端口的有源或無源器件。如果在兩個輸入端口分別輸入不同頻率的兩個信號，在唯一的輸出端口將產(chǎn)生一個和頻和一個差頻信號，這個過程叫做頻率變換。信號接收單元中必須使用這種頻率較低的信號，因為它很容易用中頻級進行有效放大和濾波，并且很容易使頻段得到優(yōu)化，從而使信號接收單元的增益和選擇性得到提高。晶體振蕩器是性能最好的振蕩器，如果在晶體兩端加上同頻交變信號，那么它就在自己的固有諧振頻率上振蕩，其功能基本上和超高Q值的串聯(lián)諧振電路一樣。對所有的振蕩電路來說，最重要的一個參數(shù)是Q。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。 干擾信號接收單元的實現(xiàn)：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。圖中帶通濾波器l可以選出GPS信號頻帶，排除信號頻帶外信號。接收單元中，大部分噪聲系數(shù)是在低噪放大器產(chǎn)生的。低噪放大器提供15dB的前端增益，同時也產(chǎn)生了小于15dB的噪聲。而帶通濾波器2不僅可以衰減所有諧波分量，而且還可以消減由LNA自身引起的鏡像噪聲。在帶有單一濾波器的接收機中，帶通濾波器1使天線與LNA的輸入端相匹配，減少信號頻帶外信號的幅度，以防止LNA過載，并提供一定的鏡像濾波。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。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?；祛l器1的輸入信號幅度一般較大，為減少混頻產(chǎn)生的互調(diào)失真，需要一個高壓縮點。為了減少互調(diào)失真的產(chǎn)生，輸入混頻器的射頻信號應(yīng)至少比輸入到混頻器本振端口的信號低10dB。為了濾除所需要的信號之外的其他信號，混頻器1的輸出端鏈接天線分離濾波器。采用設(shè)計完善、品質(zhì)因數(shù)較高的晶體振蕩器可以減小誤比特率，并使緩沖相鄰信道靈敏度降低。接收機的增益特性包括：由放大器提供的增益、由濾波器造成的損耗、衰減和混頻。對整個接收機而言，從接收機的前端對天線的輸入到最后一級中頻輸出，整個射頻和中頻增益通常在125dB左右。具體參數(shù)設(shè)計如下信號接收單元包括帶通濾波器、混頻器、本振器等器件，當中頻輸出30．69MHz時，參數(shù)設(shè)計指標如下所示：帶通濾波器1，2：1．；2．3dB帶寬為12MHz；3．；4．:1；5．帶外抑制不小于35dBc；6．輸入與輸出阻抗皆為50。低噪聲放大器：1．輸入阻抗50；2．工作頻段為14001600MHz；3．；4．增益大于25dB，當輸入功率電平大于0．001W時應(yīng)進入過載；5． dB；6．輸出阻抗50。第一本振：1．；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。帶通濾波器3：1．：2．3dB帶寬為12MHz；3．； ，4．：1；