GPS抗干扰方法综述
［摘要］全球定位系统提供的低能级信号易受干扰。这些干扰或对抗导致!"# 丢失信息，因而成为威胁!"# 的严重问题。本文探讨对抗或干扰对!"# 的威胁，从策略、干扰源和!"# 接收机角度谈抗干扰方法，侧重分析减少!"# 干扰的技术。
［关键词］全球定位系统；干扰；方法
作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，其迅速发展也引起各国军事部门和广大民用部门的广泛关注。!"# 得到广泛应用的同时，也加剧了信息干扰。众所周知，在民用领域，!"#被广泛用作陆上、水上、空中导航设备。在航空领域，也广泛用于地面导航。对为飞行航线提供信息的通讯或导航卫星进行干扰极易导致大空难。出于军事目的或恐怖活动进行人为干扰也有巨大隐患。因此抗干扰方法研究迫在眉睫。 关于!"# 干扰"# 接收机一般接收!"# 信号和某些多余信号。这些多余信号就是噪音，这些噪音或者源于接收机硬件或者源于其它发射源。噪音源按有无目的性分为两类：一种是有目的干扰行为，就是人为干扰（或对抗）；另一种是无目的无恶意的干扰。大多数人为干扰技术广播一种强有力无线电信号，将噪音准确调制在被干扰信号频带上，达到取代或遮蔽被干扰信号的目的。信号功率与噪音功率的比率称为信噪比（#5/）。人为干扰的目标就是要在一个已知频谱带上辅以能量，使接收机无法检测接收到的信号。
要使干扰生效，干扰频率要与信号的载波频率一致或接近。如果干扰者知道信号的载波频率和频谱，就会集中所有能量攻击信号频谱达到损毁信号的目的。但在不知载波频率和频谱时，干扰者会采取两种方法：一种称为阻塞式噪音的方法，这种方法将噪音广泛分布在极广频域上，期望!"#信号频谱在此区域内；另一种称为扫频瞄准噪音，干扰机将所有能级集中在窄频带上，然后周期性扫描值得怀疑的频带。无意干扰目前最严重的有71 广播、商业1;W 广播和军事雷达。!"# 按干扰发射波形可分为：宽带高斯噪声，连续波（L3），扫式连续波，脉冲连续波，调幅连续波，窄带和宽带信号等。!"# 的易干扰性依据环境的不同、接收机型号的不同及天线方向的不同而不同。由于与空间滤波相关的成本、尺寸和性能影响，造成宽带噪声滤波困难，使得宽带高斯噪音干扰成为最典型的干扰类型。% !"# 抗干扰方法根据!"# 技术特性，从操作策略、干扰源及接收机角度作技术或非技术调整以增强抗干扰能力。%+- 恰当运用操作策略这是一种非实质性抗干扰法。运用操作策略避免!"# 接收机暴露于干扰源。如果干扰机位于地面（基于地面干扰），基于地面的!"# 接收机能利用周围地形提供附加抗干扰性。基于地面的干扰机可能因地形效应而遭受传播损失。干扰机信号受到反射、散射和折射，还未到达!"# 接收机就在许多目标上损耗掉了。而卫星信号通常与地平面至少有$%&，不会遭受这种效应。这样，干扰机信号的传播损失就使基于地面的!"# 接收机达到反干扰目的。但这种方法对机载干扰机几乎无效。’
() 从*+, 源进行控制这种方法采取截断干扰源从而达到抗干扰目的。对无线频率干扰（*+,），严格的规章制度控制是最有效的干扰控制方法，它对可能成为干扰源的发射波段作出限制。要处理偶然出现的干扰源，要在系统级别上研究抗干扰策略。对远离!"#的相同地点的发射频带源，最有效的方法是对发射源进行屏蔽与滤波。另一种方法是从发射控制的技术着手，它指为减少确定空间- 时域发射而设计的实时可操作程序，它的关键问题是要确保控制系统有足够可靠性和整体性。’(’ 技术上的改进和调整利用常见干扰信号的特性，如振幅、频率、时间、空间及极化作用等，根据成本和复杂性，可将这些抑制或减小干扰的技术分成三种类型：
自适应阵类：零控制，光束控制； 多孔技术类：光束转换，多元对消法；! 单孔技术类：窄前后滤波器，窄辅助跟踪环，时相滤波，!"# - 惯性集成和辅助，极化抗干扰技术。
在抗干扰领域取得的进展大多数都是基于雷达和通信的平行演化，./ 技术、数据采集现代化及数字信号处理等。
’(’($ 时相滤波
时相或时域滤波借助数字信号处理（0#"）方法提供用于频谱及逆谱鉴别的可编程,,*- +,* 滤波器和相关器。这种技术是一种单孔技术，可用于复杂的窄带噪声和连续波干扰源并对有限阶频率捷变起作用。这种技术还可解决安装多路径及回波对消干扰问题。时相滤波在用于有界干扰源时是十分稳定的，这是因为它能同时提供复杂带阻滤波器准则，并且它被看作是!"# 接收机前后处理的嵌入部分或是!"# 接收机前的独立嵌入部分。在对尺寸影响很小的情况下，此种技术可减小超过’%12 的窄带干扰并且成本很低。用3- 4码和" 码计算带宽时需要一个不同的数字或数值处理技术。在3- 4 码应用中，时相滤波及与之相关的数值计算可用当前的模拟—数字转换器（403）和0#" 设备来进行。在"（5）码应用中，时相滤波需要现代化的403 和数值处理技术（如多比特和宽带宽电路），这可能会导致高成本且消耗更多的能源。如果消除窄带，则时相滤波技术可用于复杂窄带和连续波干扰源，但这又会受到残余计算带宽的限制，这种残余计算带宽会妨碍有效的!"# 信号处理。
’(’() 空间滤波
空间域滤波利用天线方向控制- 规范及各种天线阵列技术使光束和- 或零控制达到最佳。天线方向控制量用于减小对干扰的主波瓣、旁波瓣和后波瓣敏感性。利用旋转天线，地面或表面处理技术可减小由天线方向所导致的抗干扰性下降，各种技术都成功地用于低高度角时产生的多路径反射。天线方向所导致的抗干扰性下降同样也表明卫星可视性降低。
’(’(’ 频域滤波
这种技术可用于有界窄带和连续波带内干扰源及强带外干扰源。频谱滤波基本是介于用户!"# 双频接收机和!"# 天线之间的独立技术。窄带天线设计可以略微缓和干扰。但是为达到目的，在噪声预放大前，天线安装和接收机前端都要利用附加离散滤波器。调谐滤波和自适应数字信号处理（0#"）滤波技术可用于预处理，并能嵌入现代!"# 接收机。在对尺寸影响很小的情况下，这种滤波技术通常可以减小超过’612 的窄带干扰，并且花费很少的费用就能测出复杂的窄带干扰源。该滤波技术可能减慢!"# 数据采集、重采集过程，并可能减弱!"# 信号。这种技术对宽带噪声干扰或复杂的扫频瞄准噪声不起作用。
’(’(7 零控制
零控制是一种稳健的干扰抑制技术，广泛地用于军事系统，如受控辐射方向图天线。这种方法用微波传输带或缝隙元的环形阵取得自适应控制方向图零点值，宜于处理多重宽带噪音和窄带干扰源，对各种干扰源的抑制达到$6 8 )612。这种技术需大天线阵和电子设备，成本较高，适于复杂军事环境，是高级飞行器首选。
’(’(6 轴向调零
用干扰计并借助地面效应对一些小型圆柱形物体（如枪支）进行轴向调零可在该物体的轴线上形成一个可编程零点。此种技术在轴线上能减小!" # !$%& 的干扰。而该技术对轴线以外的复杂干扰源不起作用。这种轴线技术是一种双孔技术，而且在使用了对消电路后，这种技术的成本很低，且仪器的尺寸也很小。它对主姿态非常敏感。
’(’() 光束控制
光束控制通常用自适应平面天线阵获取光束控制* 规范，它们的抗干扰度不同。我们用旁* 后波瓣抑制电平来提高其抗干扰系数。+ 波段为了获得窄波束宽，因而平面天线阵往往较大，卫星星历跟踪能力也要求较强。该技术可在地面的固定位置和大型船只上使用。由于这种技术需要大型的天线阵列和成套电子设备，因此成本较高。总之，这种技术必须与,-. 接收机卫星处理同步。
’(’(/ 振幅* 相位对消法
振幅* 相位对消法是常用的双孔技术，它利用调幅信号消除法和0123 相关技术。该技术常常受到单干扰源、水平线周围的多干扰源及按时间分类的脉冲干扰源的影响。振幅* 相位技术使用位于飞机顶部和底部的两种不同的天线方向图来获取干扰信号和,-. 与干扰合成的信号。然后，在,-. 干扰路径上用这两种信号的组合信号消去干扰信号。这种技术可以减小4" # ’"%& 的单和复
合宽带与窄带干扰源。此种技术若要用于复杂干扰，两个孔必须位于飞机顶部和底部的垂线上。这种技术对主姿态很敏感。
’(’(5 极化抗干扰法
671 的抗干扰装置（1.8）的抗干扰技术是一种单孔技术，它是新近开发出的非常有效的干涉抑制技术。它利用极化调零及电场矢量补偿来消除干扰信号。专门的极化调零装置使用一个检测和跟踪* 控制信道来识别并跟踪相位、振幅都相同的信号，并将混合中继对消电路用于综合接收信号的零干扰成分。这种技术会造成极化失配。基本上，在类似的极化性能环境中，它几乎能抑制所有已知的干扰类型（连续波、扫频连续波、脉冲连续波、93、23 和宽带高斯噪音），且无需天线，经严格试验，1.8 的跟踪与测距准确度可达到无干扰时水平。
’(’(: ,-. * 惯性耦合
,-. 与138* 1;.（惯性量测装置* 惯性导航系统）间的惯性耦合为高速运动平台（如导弹、-,3<和飞机）提供了很好的解决方法。,-. 和138* 1;.可互为补充。可用,-. 定期对138* 1;. 进行更新从而使偏差最小。138* 1;. 可对,-. 位置进行初始化以提高数据采集和跟踪次数，并处理发射时的多路径状态。,-. 和138* 1;. 系统可以通过=>?@>A 技术进行耦合以便将导航信息综合在一起，并且可以处理短时间的,-. 故障和干扰。获取的性能等级与138* 1;. 准确度和,-. 卫星可见度有关。在导弹系统、-,3< 中必须用耦合技术处理快速变化的,-. 可见性和干扰。
B 结论
不同的干扰环境要用不同的抗干扰方法。目前还没有哪一种技术适用于所有,-. 干扰，也没有一种技术可解决所有问题。空间调零和时间滤波技术比较成熟，也较受重视。然而，它们仍各有各的局限性。空间调零和轴向调零技术对,-. 的可视性会有影响。时间调零技术对宽带噪声干扰波形还不太有效，且当有多台滤波器同时使用时会造成,-. 数据采集延迟。极化抗干扰技术简化了安装过程，并且在低成本且对,-. 操作影响很小的情况下具有显著抗干扰性。
