［摘要］全球定位系統(tǒng)提供的低能級(jí)信號(hào)易受干擾。這些干擾或?qū)�抗�?dǎo)致!"# 丟失信息，因而成為威脅!"# 的嚴(yán)重問題。本文探討對(duì)抗或干擾對(duì)!"# 的威脅，從策略、干擾源和!"# 接收機(jī)角度談抗干擾方法，側(cè)重分析減少!"# 干擾的技術(shù)。


［關(guān)鍵詞］全球定位系統(tǒng)；干擾；方法


作為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，不僅具有全球性、全天候、連續(xù)的精密三維導(dǎo)航與定位能力，其迅速發(fā)展也引起各國軍事部門和廣大民用部門的廣泛關(guān)注。!"# 得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，也加劇了信息干擾。眾所周知，在民用領(lǐng)域，!"#被廣泛用作陸上、水上、空中導(dǎo)航設(shè)備。在航空領(lǐng)域，也廣泛用于地面導(dǎo)航。對(duì)為飛行航線提供信息的通訊或?qū)Ш叫l(wèi)星進(jìn)行干擾極易導(dǎo)致大空難。出于軍事目的或恐怖活動(dòng)進(jìn)行人為干擾也有巨大隱患。因此抗干擾方法研究迫在眉睫。 關(guān)于!"# 干擾"# 接收機(jī)一般接收!"# 信號(hào)和某些多余信號(hào)。這些多余信號(hào)就是噪音，這些噪音或者源于接收機(jī)硬件或者源于其它發(fā)射源。噪音源按有無目的性分為兩類：一種是有目的干擾行為，就是人為干擾（或?qū)�抗）；另一種是無目的無惡意的干擾。大多數(shù)人為干擾技術(shù)廣播一種強(qiáng)有力無線電信號(hào)，將噪音準(zhǔn)確調(diào)制在被干擾信號(hào)頻帶上，達(dá)到取代或遮蔽被干擾信號(hào)的目的。信號(hào)功率與噪音功率的比率稱為信噪比（#5/）。人為干擾的目標(biāo)就是要在一個(gè)已知頻譜帶上輔以能量，使接收機(jī)無法檢測(cè)接收到的信號(hào)。

要使干擾生效，干擾頻率要與信號(hào)的載波頻率一致或接近。如果干擾者知道信號(hào)的載波頻率和頻譜，就會(huì)集中所有能量攻擊信號(hào)頻譜達(dá)到損毀信號(hào)的目的。但在不知載波頻率和頻譜時(shí)，干擾者會(huì)采取兩種方法：一種稱為阻塞式噪音的方法，這種方法將噪音廣泛分布在極廣頻域上，期望!"#信號(hào)頻譜在此區(qū)域內(nèi)；另一種稱為掃頻瞄準(zhǔn)噪音，干擾機(jī)將所有能級(jí)集中在窄頻帶上，然后周期性掃描值得懷疑的頻帶。無意干擾目前最嚴(yán)重的有71 廣播、商業(yè)1;W 廣播和軍事雷達(dá)。!"# 按干擾發(fā)射波形可分為：寬帶高斯噪聲，連續(xù)波（L3），掃式連續(xù)波，脈沖連續(xù)波，調(diào)幅連續(xù)波，窄帶和寬帶信號(hào)等。!"# 的易干擾性依據(jù)環(huán)境的不同、接收機(jī)型號(hào)的不同及天線方向的不同而不同。由于與空間濾波相關(guān)的成本、尺寸和性能影響，造成寬帶噪聲濾波困難，使得寬帶高斯噪音干擾成為最典型的干擾類型。% !"# 抗干擾方法根據(jù)!"# 技術(shù)特性，從操作策略、干擾源及接收機(jī)角度作技術(shù)或非技術(shù)調(diào)整以增強(qiáng)抗干擾能力。%+- 恰當(dāng)運(yùn)用操作策略這是一種非實(shí)質(zhì)性抗干擾法。運(yùn)用操作策略避免!"# 接收機(jī)暴露于干擾源。如果干擾機(jī)位于地面（基于地面干擾），基于地面的!"# 接收機(jī)能利用周圍地形提供附加抗干擾性。基于地面的干擾機(jī)可能因地形效應(yīng)而遭受傳播損失。干擾機(jī)信號(hào)受到反射、散射和折射，還未到達(dá)!"# 接收機(jī)就在許多目標(biāo)上損耗掉了。而衛(wèi)星信號(hào)通常與地平面至少有$%&，不會(huì)遭受這種效應(yīng)。這樣，干擾機(jī)信號(hào)的傳播損失就使基于地面的!"# 接收機(jī)達(dá)到反干擾目的。但這種方法對(duì)機(jī)載干擾機(jī)幾乎無效。’

() 從*+, 源進(jìn)行控制這種方法采取截?cái)喔蓴_源從而達(dá)到抗干擾目的。對(duì)無線頻率干擾（*+,），嚴(yán)格的規(guī)章制度控制是最有效的干擾控制方法，它對(duì)可能成為干擾源的發(fā)射波段作出限制。要處理偶然出現(xiàn)的干擾源，要在系統(tǒng)級(jí)別上研究抗干擾策略。對(duì)遠(yuǎn)離!"#的相同地點(diǎn)的發(fā)射頻帶源，最有效的方法是對(duì)發(fā)射源進(jìn)行屏蔽與濾波。另一種方法是從發(fā)射控制的技術(shù)著手，它指為減少確定空間- 時(shí)域發(fā)射而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)可操作程序，它的關(guān)鍵問題是要確保控制系統(tǒng)有足夠可靠性和整體性。’(’ 技術(shù)上的改進(jìn)和調(diào)整利用常見干擾信號(hào)的特性，如振幅、頻率、時(shí)間、空間及極化作用等，根據(jù)成本和復(fù)雜性，可將這些抑制或減小干擾的技術(shù)分成三種類型：
自適應(yīng)陣類：零控制，光束控制； 多孔技術(shù)類：光束轉(zhuǎn)換，多元對(duì)消法；! 單孔技術(shù)類：窄前后濾波器，窄輔助跟蹤環(huán)，時(shí)相濾波，!"# - 慣性集成和輔助，極化抗干擾技術(shù)。

在抗干擾領(lǐng)域取得的進(jìn)展大多數(shù)都是基于雷達(dá)和通信的平行演化，./ 技術(shù)、數(shù)據(jù)采集現(xiàn)代化及數(shù)字信號(hào)處理等。

’(’($ 時(shí)相濾波
時(shí)相或時(shí)域?yàn)V波借助數(shù)字信號(hào)處理（0#"）方法提供用于頻譜及逆譜鑒別的可編程,,*- +,* 濾波器和相關(guān)器。這種技術(shù)是一種單孔技術(shù)，可用于復(fù)雜的窄帶噪聲和連續(xù)波干擾源并對(duì)有限階頻率捷變起作用。這種技術(shù)還可解決安裝多路徑及回波對(duì)消干擾問題。時(shí)相濾波在用于有界干擾源時(shí)是十分穩(wěn)定的，這是因?yàn)樗�能同時(shí)提供復(fù)雜帶阻濾波器準(zhǔn)則，并且它被看作是!"# 接收機(jī)前后處理的嵌入部分或是!"# 接收機(jī)前的獨(dú)立嵌入部分。在對(duì)尺寸影響很小的情況下，此種技術(shù)可減小超過’%12 的窄帶干擾并且成本很低。用3- 4碼和" 碼計(jì)算帶寬時(shí)需要一個(gè)不同的數(shù)字或數(shù)值處理技術(shù)。在3- 4 碼應(yīng)用中，時(shí)相濾波及與之相關(guān)的數(shù)值計(jì)算可用當(dāng)前的模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器（403）和0#" 設(shè)備來進(jìn)行。在"（5）碼應(yīng)用中，時(shí)相濾波需要現(xiàn)代化的403 和數(shù)值處理技術(shù)（如多比特和寬帶寬電路），這可能會(huì)導(dǎo)致高成本且消耗更多的能源。如果消除窄帶，則時(shí)相濾波技術(shù)可用于復(fù)雜窄帶和連續(xù)波干擾源，但這又會(huì)受到殘余計(jì)算帶寬的限制，這種殘余計(jì)算帶寬會(huì)妨礙有效的!"# 信號(hào)處理。

’(’() 空間濾波
空間域?yàn)V波利用天線方向控制- 規(guī)范及各種天線陣列技術(shù)使光束和- 或零控制達(dá)到最佳。天線方向控制量用于減小對(duì)干擾的主波瓣、旁波瓣和后波瓣敏感性。利用旋轉(zhuǎn)天線，地面或表面處理技術(shù)可減小由天線方向所導(dǎo)致的抗干擾性下降，各種技術(shù)都成功地用于低高度角時(shí)產(chǎn)生的多路徑反射。天線方向所導(dǎo)致的抗干擾性下降同樣也表明衛(wèi)星可視性降低。

’(’(’ 頻域?yàn)V波
這種技術(shù)可用于有界窄帶和連續(xù)波帶內(nèi)干擾源及強(qiáng)帶外干擾源。頻譜濾波基本是介于用戶!"# 雙頻接收機(jī)和!"# 天線之間的獨(dú)立技術(shù)。窄帶天線設(shè)計(jì)可以略微緩和干擾。但是為達(dá)到目的，在噪聲預(yù)放大前，天線安裝和接收機(jī)前端都要利用附加離散濾波器。調(diào)諧濾波和自適應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理（0#"）濾波技術(shù)可用于預(yù)處理，并能嵌入現(xiàn)代!"# 接收機(jī)。在對(duì)尺寸影響很小的情況下，這種濾波技術(shù)通常可以減小超過’612 的窄帶干擾，并且花費(fèi)很少的費(fèi)用就能測(cè)出復(fù)雜的窄帶干擾源。該濾波技術(shù)可能減慢!"# 數(shù)據(jù)采集、重采集過程，并可能減弱!"# 信號(hào)。這種技術(shù)對(duì)寬帶噪聲干擾或復(fù)雜的掃頻瞄準(zhǔn)噪聲不起作用。

’(’(7 零控制
零控制是一種穩(wěn)健的干擾抑制技術(shù)，廣泛地用于軍事系統(tǒng)，如受控輻射方向圖天線。這種方法用微波傳輸帶或縫隙元的環(huán)形陣取得自適應(yīng)控制方向圖零點(diǎn)值，宜于處理多重寬帶噪音和窄帶干擾源，對(duì)各種干擾源的抑制達(dá)到$6 8 )612。這種技術(shù)需大天線陣和電子設(shè)備，成本較高，適于復(fù)雜軍事環(huán)境，是高級(jí)飛行器首選。

’(’(6 軸向調(diào)零
用干擾計(jì)并借助地面效應(yīng)對(duì)一些小型圓柱形物體（如槍支）進(jìn)行軸向調(diào)零可在該物體的軸線上形成一個(gè)可編程零點(diǎn)。此種技術(shù)在軸線上能減小!" # !$%& 的干擾。而該技術(shù)對(duì)軸線以外的復(fù)雜干擾源不起作用。這種軸線技術(shù)是一種雙孔技術(shù)，而且在使用了對(duì)消電路后，這種技術(shù)的成本很低，且儀器的尺寸也很小。它對(duì)主姿態(tài)非常敏感。

’(’() 光束控制
光束控制通常用自適應(yīng)平面天線陣獲取光束控制* 規(guī)范，它們的抗干擾度不同。我們用旁* 后波瓣抑制電平來提高其抗干擾系數(shù)。+ 波段為了獲得窄波束寬，因而平面天線陣往往較大，衛(wèi)星星歷跟蹤能力也要求較強(qiáng)。該技術(shù)可在地面的固定位置和大型船只上使用。由于這種技術(shù)需要大型的天線陣列和成套電子設(shè)備，因此成本較高。總之，這種技術(shù)必須與,-. 接收機(jī)衛(wèi)星處理同步。

’(’(/ 振幅* 相位對(duì)消法

振幅* 相位對(duì)消法是常用的雙孔技術(shù)，它利用調(diào)幅信號(hào)消除法和0123 相關(guān)技術(shù)。該技術(shù)常常受到單干擾源、水平線周圍的多干擾源及按時(shí)間分類的脈沖干擾源的影響。振幅* 相位技術(shù)使用位于飛機(jī)頂部和底部的兩種不同的天線方向圖來獲取干擾信號(hào)和,-. 與干擾合成的信號(hào)。然后，在,-. 干擾路徑上用這兩種信號(hào)的組合信號(hào)消去干擾信號(hào)。這種技術(shù)可以減小4" # ’"%& 的單和復(fù)
合寬帶與窄帶干擾源。此種技術(shù)若要用于復(fù)雜干擾，兩個(gè)孔必須位于飛機(jī)頂部和底部的垂線上。這種技術(shù)對(duì)主姿態(tài)很敏感。

’(’(5 極化抗干擾法

671 的抗干擾裝置（1.8）的抗干擾技術(shù)是一種單孔技術(shù)，它是新近開發(fā)出的非常有效的干涉抑制技術(shù)。它利用極化調(diào)零及電場矢量補(bǔ)償來消除干擾信號(hào)。專門的極化調(diào)零裝置使用一個(gè)檢測(cè)和跟蹤* 控制信道來識(shí)別并跟蹤相位、振幅都相同的信號(hào)，并將混合中繼對(duì)消電路用于綜合接收信號(hào)的零干擾成分。這種技術(shù)會(huì)造成極化失配。基本上，在類似的極化性能環(huán)境中，它幾乎能抑制所有已知的干擾類型（連續(xù)波、掃頻連續(xù)波、脈沖連續(xù)波、93、23 和寬帶高斯噪音），且無需天線，經(jīng)嚴(yán)格試驗(yàn)，1.8 的跟蹤與測(cè)距準(zhǔn)確度可達(dá)到無干擾時(shí)水平。

’(’(: ,-. * 慣性耦合
,-. 與138* 1;.（慣性量測(cè)裝置* 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）間的慣性耦合為高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（如導(dǎo)彈、-,3<和飛機(jī)）提供了很好的解決方法。,-. 和138* 1;.可互為補(bǔ)充。可用,-. 定期對(duì)138* 1;. 進(jìn)行更新從而使偏差最小。138* 1;. 可對(duì),-. 位置進(jìn)行初始化以提高數(shù)據(jù)采集和跟蹤次數(shù)，并處理發(fā)射時(shí)的多路徑狀態(tài)。,-. 和138* 1;. 系統(tǒng)可以通過=>?@>A 技術(shù)進(jìn)行耦合以便將導(dǎo)航信息綜合在一起，并且可以處理短時(shí)間的,-. 故障和干擾。獲取的性能等級(jí)與138* 1;. 準(zhǔn)確度和,-. 衛(wèi)星可見度有關(guān)。在導(dǎo)彈系統(tǒng)、-,3< 中必須用耦合技術(shù)處理快速變化的,-. 可見性和干擾。

B 結(jié)論

不同的干擾環(huán)境要用不同的抗干擾方法。目前還沒有哪一種技術(shù)適用于所有,-. 干擾，也沒有一種技術(shù)可解決所有問題。空間調(diào)零和時(shí)間濾波技術(shù)比較成熟，也較受重視。然而，它們?nèi)愿饔懈鞯木窒扌浴？臻g調(diào)零和軸向調(diào)零技術(shù)對(duì),-. 的可視性會(huì)有影響。時(shí)間調(diào)零技術(shù)對(duì)寬帶噪聲干擾波形還不太有效，且當(dāng)有多臺(tái)濾波器同時(shí)使用時(shí)會(huì)造成,-. 數(shù)據(jù)采集延遲。極化抗干擾技術(shù)簡化了安裝過程，并且在低成本且對(duì),-. 操作影響很小的情況下具有顯著抗干擾性。