【文章內(nèi)容簡介】 坐標(biāo)以及時(shí)鐘偏移量。 GPS干擾方式由于GPS信號弱，其干擾來源可能是有意的也可能是無意的。從技術(shù)層面上可將干擾分為欺騙式干擾和壓制式干擾[7]。欺騙式干擾指地面上或空中的發(fā)射機(jī)，發(fā)射與GPS衛(wèi)星相同或相似，但強(qiáng)度更大些的信號，使GPS接收機(jī)誤認(rèn)為是衛(wèi)星發(fā)來的信號，對其進(jìn)行捕獲和跟蹤，從而擾亂接收機(jī)的正常工作使其無法正常定位或輸出錯(cuò)誤的定位信息。由于GPS衛(wèi)星的軍用信號是加密的，可抗欺騙干擾，要想對GPS軍用信號進(jìn)行欺騙干擾難度很大。欺騙式干擾可以分為生產(chǎn)式干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。生產(chǎn)式干擾，生產(chǎn)式干擾需要知道GPS碼型以及當(dāng)時(shí)的衛(wèi)星導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)，這對于已經(jīng)公開的C/A碼以及半公開的P碼來說是可以實(shí)現(xiàn)的，但對于Y碼和M碼來說，干擾就有很大的困難，目前仍需要進(jìn)一步突破關(guān)鍵技術(shù)。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是利用信號的自然時(shí)延來實(shí)現(xiàn)干擾的，關(guān)鍵在于解決收發(fā)的隔離問題，這對干擾碼特征保密的Y碼和M碼來說，是非常合適的GPS干擾機(jī)的干擾信號。壓制式干擾是指發(fā)射與GPS信號同頻段的強(qiáng)干擾信號，把一定范圍的GPS 信號遮蓋了。壓制式干擾可能是故意的，也可能是非故意的，如電路板電磁兼容問題引起的輻射信號。壓制式干擾對軍用和民用接收機(jī)都有效果，且實(shí)現(xiàn)簡單，制作成本低，是軍用接收機(jī)面臨的主要威脅，也是目前抗干擾技術(shù)研究的主要方向。壓制式干擾可以分為瞄準(zhǔn)式干擾、阻塞式干擾和相關(guān)干擾。瞄準(zhǔn)式干擾，C/，并采用相同的調(diào)制方式和相同的偽碼序列實(shí)施干擾，瞄準(zhǔn)式干擾使用的一部干擾機(jī)只能干擾一個(gè)衛(wèi)星的信號。阻塞式干擾，C/A碼阻塞式干擾是采用一部干擾機(jī)來干擾某個(gè)地區(qū)出現(xiàn)的所有C/A碼信號，有多種干擾體制。一是單頻干擾(窄帶)，單頻干擾信號到達(dá)GPS接收機(jī)與以偽碼調(diào)制的寬帶本振信號混頻后，產(chǎn)生寬帶干擾信號輸出?；祛l后的寬帶干擾信號，僅有少部分能通過混頻后窄帶濾波器起干擾作用。二是寬帶均勻頻譜干擾，干擾機(jī)采用鋸齒寬帶調(diào)頻和噪聲窄帶調(diào)頻相結(jié)合的干擾技術(shù)，保證阻塞式干擾能產(chǎn)生寬帶均勻干擾頻譜(梳狀和連續(xù)狀)，并在時(shí)域上呈等幅包絡(luò)，它是實(shí)施全面阻塞干擾的最佳技術(shù)。相關(guān)干擾，C/A碼相關(guān)干擾是利用干擾偽碼序列與信號偽碼序列具有較強(qiáng)的互相關(guān)性，使其與不相關(guān)的干擾相比，具有以較小的功率實(shí)現(xiàn)有效干擾的特點(diǎn)。 GPS抗干擾的措施 在GPS接收機(jī)中加入抗干擾1．加長對接收信號的預(yù)檢測積分時(shí)間GPS接收機(jī)中，做相關(guān)處理之后的信號在送入碼環(huán)之前要經(jīng)過積分，叫做預(yù)檢測積分或相干積分。加長相干積分時(shí)間有利于將接收機(jī)噪聲的影響平均掉，從而使碼環(huán)的跟蹤門限降低，這就提高了接收機(jī)的靈敏度。對干擾來說，加長相干積分時(shí)間的效果是類似的，也有利于把干擾的影響平均掉，從而提高接收機(jī)的抗干擾能力。這種方法實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，硬件不需要改動，只在接收機(jī)中調(diào)整軟件參數(shù)即可，但這種方法降低了接收機(jī)的動態(tài)性能，不適合高動態(tài)用戶的需要。2．采用GPS/INS組合導(dǎo)航設(shè)備利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)輔助GPS接收機(jī)可提高GPS接收機(jī)的抗干擾能力[8]。在設(shè)計(jì)GPS接收機(jī)載波和碼跟蹤環(huán)的帶寬時(shí)，為提高接收機(jī)的抗干擾能力，應(yīng)使他們的帶寬盡可能的窄。然而衛(wèi)星在高速運(yùn)動，更多時(shí)候接收機(jī)平臺也在運(yùn)動，因此接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號多普勒頻率和偽距在不斷變化，這樣GPS接收機(jī)的碼環(huán)和載波環(huán)必須保持足夠的帶寬，以便跟蹤衛(wèi)星多普勒頻率和偽距變化，否則會造成環(huán)路失鎖。利用慣導(dǎo)輔助可以將慣導(dǎo)產(chǎn)生的位置和速度等信息反饋回GPS接收機(jī)的載波和碼跟蹤環(huán)中，軟件將這些信息換算成GPS衛(wèi)星信號的載波相位和偽隨機(jī)碼的基碼數(shù)，用以輔助載波環(huán)和碼環(huán)的跟蹤。這就大大降低了信號變化對環(huán)路跟蹤的要求，使之帶寬縮窄，從而減少進(jìn)入接收機(jī)環(huán)路的干擾功率，提高相關(guān)接收的處理增益，達(dá)到提高抗干擾能力的目的，此方法可將接收機(jī)抗干擾門限提高10～15dB[9]。3．對干擾信號做自適應(yīng)濾波自適應(yīng)濾波器又叫頻譜濾波器，有時(shí)域?yàn)V波和頻域?yàn)V波兩種實(shí)現(xiàn)方式。時(shí)域?yàn)V波的核心是時(shí)域?yàn)V波器，它由多級抽頭延遲線、加權(quán)系數(shù)相乘器及相加器組成。濾波器根據(jù)GPS信號特性構(gòu)建智能算法模型，通過調(diào)整各路的加權(quán)系數(shù)來消除干擾。頻域?qū)崿F(xiàn)是先對輸入信號做快速傅立葉變換（FFT），干擾信號變成背景白噪聲上疊加的尖峰，通過數(shù)字處理的方法將尖峰處的增益降低，這樣就消除了干擾，然后做反傅立葉變換（IFFT）將信號變回時(shí)域。頻譜濾波器對窄帶信號具有很高的抑制度。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在干擾為連續(xù)波單頻時(shí)，抑制度可達(dá)60dB。頻譜濾波器主要針對帶寬有限的窄帶干擾，該方法可消除多個(gè)干擾源的影響，但在消除每個(gè)干擾源時(shí)，那一小段內(nèi)的GPS信號也受到影響，如果干擾源數(shù)目太多或干擾信號頻譜較寬，則會在消除干擾的同時(shí)消除GPS 信號，因此該方法只能消除數(shù)量有限的窄帶干擾。 由GPS天線實(shí)現(xiàn)的抗干擾技術(shù)1．干擾對消器和極化計(jì)干擾對消器是利用GPS信號深埋在噪聲中，干擾信號強(qiáng)于噪聲的特點(diǎn)。干擾對消器是利用兩副天線，其中一副天線接收干擾和信號，另一副天線只接收干擾信號。例如在飛機(jī)上，機(jī)身頂部和腹部各裝一副天線，上面的天線接收信號和干擾，下面的天線只接收干擾信號。用復(fù)數(shù)加權(quán)的方法調(diào)整只接收干擾信號的權(quán)值，使其幅度與同時(shí)接收信號和干擾的天線幅度相等，兩者相減即可實(shí)現(xiàn)干擾對消。干擾對消用于消除單一干擾源是最有效的，當(dāng)有多個(gè)干擾源時(shí)，由于各個(gè)干擾源對兩副天線來說增益和到達(dá)時(shí)間均不相同，因此對一個(gè)干擾源合適的復(fù)數(shù)權(quán)值對另一個(gè)干擾源并不合適，也就無法消除干擾。極化計(jì)是采用一副天線通過兩個(gè)輸出饋電單元送出，以形成有不同極化的兩個(gè)輸出通道，典型情況是一個(gè)右旋圓極化，另一個(gè)是左旋圓極化。由這兩個(gè)饋電單元觀測到的干擾是不相同的，兩個(gè)通道輸出的信號也不相同，利用這種差別便可以消除干擾的影響。極化計(jì)和干擾對消器類似，也是固定一個(gè)權(quán)值為1，調(diào)整另一個(gè)權(quán)值使兩路信號幅度相等，也只能消掉一個(gè)干擾源。2．自適應(yīng)調(diào)零天線自適應(yīng)調(diào)零天線也叫空間調(diào)零天線或可構(gòu)形接收方向圖天線（CRPA），是一種空域?yàn)V波技術(shù)，是提高GPS接收機(jī)抗干擾能力的重要手段，也是目前美軍裝備采用的主要的抗干擾技術(shù)[10]。這種天線自動產(chǎn)生對著干擾的方向圖零陷點(diǎn)，干擾越強(qiáng)則零陷越深，以抵消干擾。自適應(yīng)調(diào)零天線工作原理類似干擾對消器，不過是由多個(gè)天線組成天線陣，可產(chǎn)生多個(gè)零陷，從而可以對抗多個(gè)干擾源，能夠產(chǎn)生的最大零陷點(diǎn)數(shù)為陣元數(shù)N減去1。各路天線接收的信號經(jīng)過復(fù)數(shù)加權(quán)后合成為一路信號輸出，加權(quán)是以輸出信號功率最小為準(zhǔn)則計(jì)算各路信號權(quán)值，在總的天線陣的方向圖中產(chǎn)生對著干擾源方向的零點(diǎn)，從而濾除干擾。自適應(yīng)調(diào)零天線可以做成一個(gè)與GPS接收機(jī)分離的設(shè)備，用以取代GPS接收機(jī)的普通天線，此時(shí)需要對加權(quán)輸出信號進(jìn)行D/A變換，然后上變頻到GPS信號的射頻功率。自適應(yīng)調(diào)零天線也有其局限性：為了在方向圖中不造成柵瓣，各陣元間距離必須大于等于λ/2，λ為GPS信號載波波長，這就使得天線陣不可能做的太小，不能區(qū)分寬帶干擾還是窄帶干擾，也不考慮衛(wèi)星信號來向，當(dāng)干擾與衛(wèi)星信號來向比較接近時(shí)，干擾被消除的同時(shí)信號也被削弱。3．波束形成天線和自適應(yīng)調(diào)零天線類似，波束形成天線也是采用天線陣的形式使加權(quán)輸出最小，不過波束形成天線需要預(yù)先知道衛(wèi)星信號來向，首先使天線波束定向?qū)?zhǔn)所要跟蹤的衛(wèi)星，提高衛(wèi)星信號增益，在此前提下使加權(quán)輸出最小，以達(dá)到消除干擾的目的[11]。波束形成天線和自適應(yīng)調(diào)零天線的主要區(qū)別在于權(quán)值的計(jì)算方法不同，因?yàn)椴ㄊ纬商炀€需要知道衛(wèi)星信號來向，這就需要3個(gè)信息：天線所處的地理位置，天線姿態(tài)和衛(wèi)星的位置。天線所處的地理位置可由外部輸入，天線姿態(tài)可由慣導(dǎo)輸入，衛(wèi)星的位置可由歷書算出，這就需要慣導(dǎo)輔助，位置輸入和歷書注入等。天線所處的位置和衛(wèi)星位置也可由GPS接收機(jī)提供，不過這樣的話接收機(jī)需要先在無干擾環(huán)境下正常定位。 GPS接收機(jī)綜合抗干擾技術(shù)1．空間－時(shí)域自適應(yīng)處理時(shí)