浅谈GPS抗干扰技术

戴明雪+韩婷

（黑龙江省经济管理干部学院 黑龙江省哈尔滨市 150080）

摘 要：全球定位系统（GPS），能够在全球范围内不间断的为需求者提供高精度的准确定位和精准的时间信息，用户终端设备易于实现、 精度较高， 应用领域广泛。由于种种原因，GPS易受到干扰和攻，在电磁环境极度复杂的情况下，如何解决GPS的干扰问题成为了重点研究对象。

关键词：GPS； 定位； 抗干扰

GPS接收机依靠GPS卫星射频信号工作，GPS卫星射频信号容易存在射频干扰。这种影响会使GPS接收机导航定位系统精度下降。射频干扰的存在形式分为宽带、窄带、无意及有意的。而且这种干扰很难预测，一旦干扰信号串入， GPS信号的追踪准确度都会收到影响。所以GPS抗干扰技术的研究意义重大。

首先，GPS的主要功能是为高动态用户提供实时的、连续的、精度高的数据信息。GPS主要存在的干扰形式有三种：压制式干扰、欺骗式干扰、分布式立体干扰 。压制式干扰：利用噪声信号遮挡有效信号，致使GPS接收机失常。有窄带、宽带两种形式，在干扰作用时间上有连续和脉冲两种形式。这种干扰技术含量较低，功率较大。欺骗式干扰：利用与GPS信号相近的信号进行干扰，致使GPS接收机失常。此类干扰容易判断，显而易见，干扰功率偏小，但技术难度较高。 分布式立体干扰 ：应用不同类型干扰机对地对空进行全方位立体式干扰。

通过分析GPS技术的自身性质，可以采用以下技术来解决干扰问题。

运用操作策略 ：这是一种非实质性抗干扰法。这种方法可以将GPS接收与干扰源隔绝。可利用卫星信号与地平面至少有10°， 可以抑制地面干扰。但这种方法不能用于机载干扰机。

从RFI源进行控制 ：通过截断干扰源抑制干扰。针对无线频率干扰（RFI），严格的规章制度控制， 可以限制干扰源的发射波段。对远离GPS的相同地点的发射频带源，可以对发射源实施屏蔽与滤波。

技术上的改进和调整 ：分局干扰信号的特征，考虑成本的前提下，可将抗干扰技术分为三种类型： 自适应阵类：零控制，光束控制； 多孔技术类：光束转换，多元对消法； 单孔技术类：窄前后滤波器，窄辅助跟踪环，时相滤波，GPS/惯性集成和辅助，极化抗干扰技术。

射频干扰检测技术 ：通过检测射频干扰信号，并生成报警信号，同时还具备输出干扰信号的数值大小。

前端滤波技术 ：是一种抗干扰滤波处理技术。依靠微电子技术及软件技术来完成，可以克服GPS接收机2个L频段GPS频带的强功率干扰。目前大部分GPS接收机利用陡截止频率特性的无源滤波器强带外功率来加以抑制。插入损耗较低，截止带宽具有良好的抗干特性，但体积偏大，价格颇贵。它与放大器均安装在天线中，除前置滤波外，还要对窄带下变频器及本振混频器进行滤波。改善了接收机的带外干扰特性，降低了中频A/D变换处理所需的奈奎斯特采样速率。

码环和载波环跟踪技术 ：其抗干扰性能利用窄带码环压缩载波跟踪滤波器的带宽和接收机预检测带宽加以改善。因为宽带带宽导致动态范围变窄，利用增加环路滤波器阶次或者外部导航系统来加以弥补。如采用内部辅助增强技术、外部导航辅助增强技术有惯性导航系统（INS）、多普勒雷达和空气速度计，而最佳选择是GPS和INS的组合应用。之一是借INS提供的平台速度信息去辅助GPS接收机的载波环和码环，做到环路带宽很窄，有效提高GPS接收机的信号/干扰比（S/J）；之二是在强干扰下只有GPS导航，当GPS接收机信噪比恢复到跟踪门限G/No以上时，再用INS辅助GPS接收机快速捕获GPS信号。GPS和INS的组合应用能够使GPS接收机的抗干扰性能提升10～15dB。

窄带干扰处理技术 ：也称暂时滤波技术，是DFT技术用于数字中频信号处理即频域幅度处理的例子，在没射频干扰的情况下，在频域内热噪声功率谱十分均匀；在信号中有窄带干擾的情况下，频域发生异常，DFT中可自适应滤除这种异常谱线。

天线增强技术 ：自适应调零天线技术能够提高GPS接收机抗干扰性能。这种天线由多元天线阵组成，利用微波网络将天线阵连接处理器，处理器对信号进行处理，再反馈到微波网络加以调节，来改变各阵元的增益和相位，消除天线阵方向图的干扰源，提升抗干扰性能。性能较好的自适应天线可以将GPS接收机的抗干扰能力提升40～50dB。

针对目前国内外GPS系统的发展状况和技术特点进行分析，采用多个GPS系统兼容性与组合导航定位技术、广域增强技术、导航信号增强与调制技术、自主导航星座运行管理技术以及导航与通信一体化技术等成为目前发展的技术趋势和研究方向。

未来，以GPS、GLONASS和伽利略等为代表的GPS系统将完成星座组网，并进行现代化技术改造，GPS系统各项性能大大提升。GPS系统将从以往的独立建设发展为合作开发，实现空间信息资源共享。干扰较强的情况下，导航卫星可以利用点波束天线，对指定区域信号功率进行调整，该信号由专用接收机接收，能够保证导航定位准确度。同时，融入加密技术，提升抗电子欺骗能力。导航定位精度、完好性、可用性和连续性是设计和评价GPS系统的顶层性能指标，也是新一代卫星导航系统技术改造的目标要求。构建高速的星与地、星与星间宽带通信网络，，完成对星座的实时、连续和动态监视，确保导航信息的实时性和有效性，达到系统顶层性能指标要求。

伴随地面移动通信技术的日益进步，时间、地点和事件等信息要素变得异常重要。但是，对于大范围的信息进行实时获取，则需要卫星通信网络的技术支持。新一代卫星导航系统的星地、星间高速宽带通信网络，加速了导航与通信技术的一体化进程，实现全球实时信息获取。

现代GPS系统已成为及时获取高精度导航信息的空间基础设施，军用价值和民用价值很高。而在GPS干扰技术日趋成熟的现代社会，人民乃至国家的安全受到的前所未有的挑战，GPS抗干扰技术的迅速发展成为必然。而在实践运用中，成本，技术难度及可实现性处处制约着GPS抗干扰技术的发展，而各种抗干扰方案各有其优点与缺陷，有效地将各种抗干扰措施统一结合，充分利用各自的优越性，提高系统的可靠度，做到小型化、多功能，是今后努力和奋斗的方向。努力提高卫星导航接收机适应现代战争恶劣电磁环境的作战能力，以最大限度保障现代化信息战的需要，这对现代化武器性能的提高以及重点、局部区域作战支持有着非常重要的军事意义。

参考文献：

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[2孙越强.GPS干扰及抗干扰技术.中国科学院空间科学与应用研究中心 空间环境探测研究室

[3]王忠.GPS抗干扰技术.全球定位系统.成都：成都气象学院电子系.2011 [5]陈于平.GPS抗干扰技术综述.数学技术与应用，2013.武汉：国防信息学院

[4]刘海波，吴德伟，董成喜，卢艳娥.GPS抗干扰技术发展趋势.西安：空军工程大学电讯工程学院，2011.1

作者简介：

戴明雪（1980-），女，工程硕士，讲师，主要从事传感器、仪器仪表等科目的教学和研究工作。

韩婷（1980-），女，语言学硕士，副教授，主要从事职业教育教学与研究工作。