GPS干扰和抗干扰技术教材课件

GPS干扰和抗干扰技术14空间 在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：员：“你知道去轰炸哪个城市吗？你知道去轰炸哪个城市吗？”飞行员回答：飞行员回答：“不知道。不知道。”“那你怎么去轰炸呢？那你怎么去轰炸呢？”“容易，上级给我一个坐标，我按计算容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用机的指引，投下采用GPS导航的炸弹掉头导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没啥两样。就走，跟我玩游戏机没啥两样。”这两个例子是现这两个例子是现代战争中引用代战争中引用GPS系系统的典型案例。我们统的典型案例。我们反对战争，但要想能反对战争，但要想能更好的维护世界和平，更好的维护世界和平，我们也需要了解我们也需要了解GPS全球定位系全球定位系统这种现代地理信息统这种现代地理信息技术。技术。在美国发动的第二次海湾战争中，大量使用了精确制导武器，而这些武器中的80%都采用了GPS精确制导系统。由于伊拉克使用了据说是从俄罗斯购进的GPS干扰系统，使多枚美国导弹偏离了轨道，从而引起了世人广泛的关注。自伊战以来，随着GPS技术在战场上的广泛应用，GPS干扰战术也开始活跃在战争的历史舞台上。在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知道 GPS全称是Global Position System，直译为“全球定位系统”，是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS全称是Global Position Sy【阅读指导阅读指导阅读指导阅读指导 】GPS 在航海、航空导航中的应用在航海、航空导航中的应用应用类型应用类型应用类型应用类型应用领域应用领域应用作用应用作用航海航海应用应用航空航空应用应用向用户提供船舶位置、向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海航速、航向信息、海图、海迹显示图、海迹显示避免船只冲撞，避免船只冲撞，确保航行安全确保航行安全把自己的位置把自己的位置和航向发送到和航向发送到航海管理航海管理 中中 心心便于中心的跟便于中心的跟踪、搜寻和救援踪、搜寻和救援空域航路、着空域航路、着陆、机场监视陆、机场监视和管理和管理实现空域划分、空实现空域划分、空中交通流量管理、中交通流量管理、飞行路径管理飞行路径管理【阅读指导】GPS 在航海、航空导航中的应用应用类型应1对星座的干扰对星座的干扰 2对中继的干扰对中继的干扰 3对接收系统的干扰对接收系统的干扰 4欺骗式干扰欺骗式干扰 GPS的干扰分类1对星座的干扰 2对中继的干扰 3对接收系统对星座的干扰对星座的干扰(1)发射专用卫星对地面注入站发送的信号进行截获分发射专用卫星对地面注入站发送的信号进行截获分析，使导航卫星不能正常工作或发射错误导航信息，析，使导航卫星不能正常工作或发射错误导航信息，使用户得不到精确的导航信息甚至是错误的导航信息。使用户得不到精确的导航信息甚至是错误的导航信息。(2)扰乱导航卫星上的对日定向系统，使其不能让太阳扰乱导航卫星上的对日定向系统，使其不能让太阳能电池帆板始终对准太阳，致使整个卫星电子设备因能电池帆板始终对准太阳，致使整个卫星电子设备因缺乏能源而不能正常工作。缺乏能源而不能正常工作。(3)扰乱卫星姿态三轴稳定系统或推进系统，使卫星天扰乱卫星姿态三轴稳定系统或推进系统，使卫星天线辐射不能对准地面，从而使地面接收不到线辐射不能对准地面，从而使地面接收不到GPS的导的导航电文或使卫星偏离正确轨道位置，降低航电文或使卫星偏离正确轨道位置，降低GPS精度。精度。(4)通过干扰使卫星微处理器无法处理和存储数据，或通过干扰使卫星微处理器无法处理和存储数据，或使存储器产生溢出。使存储器产生溢出。(5)通过干扰，降低卫星时钟校准参数精度及卫星星历通过干扰，降低卫星时钟校准参数精度及卫星星历中的有关卫星位置数据的精度。中的有关卫星位置数据的精度。对中继的干扰 对中继的干扰是通过对GPS地面监控系统的通信数据的截获和分析研究，寻求对其卫星中继的有效干扰，可以使其地面站之间无法传递信息和数据，导致地面监控系统不能正常工作，从而达到干扰的目的。对星座的干扰对中继的干扰对接收系统的干扰对接收系统的干扰 对接收系统的干扰通常指对接收系统的干扰通常指GPS接接收机在接收有用信号的同时，不可能收机在接收有用信号的同时，不可能完全抑制外部干扰以及特征参数与有完全抑制外部干扰以及特征参数与有用信号相同或相似的其他信号，用信号相同或相似的其他信号，GPS接收机检测有用信号时必然存在一些接收机检测有用信号时必然存在一些不确定因素。利用这一特点，可以施不确定因素。利用这一特点，可以施放干扰信号，迫使对方获得的有用信放干扰信号，迫使对方获得的有用信息量降至最小。因此，对息量降至最小。因此，对GPS的干扰的干扰就是通过辐射干扰信号，来压制或欺就是通过辐射干扰信号，来压制或欺骗敌方的骗敌方的GPS接收机接收机。欺骗式干扰 欺骗式干扰是指发射与GPS干扰信号具有相同参数(只有信息码不同)的假信号，干扰GPS接收机，使其产生错误的定位信息。它的实质就是破坏GPS接收机的码同步电路，使其捕获假信号。对接收系统的干扰欺骗式干扰美军实施导航战的措施主要分为空间美军实施导航战的措施主要分为空间部分和接收机部分。部分和接收机部分。GPS空间部分：在空间部分：在GPS空间段部分，空间段部分，主要采取主要采取3种措施以提高种措施以提高GPS的抗的抗干扰能力，分别为增大干扰能力，分别为增大GPS卫星发卫星发射信号功率、研制新型导航卫星、射信号功率、研制新型导航卫星、建立独立军用建立独立军用GPS系统。系统。增大卫星发射信号功率可以增大卫星发射信号功率可以提高提高GPS信号幅度及与干扰信号幅度及与干扰信号的信噪比，使敌方现有信号的信噪比，使敌方现有干扰机失效干扰机失效。研制新型研制新型GPSIIF导航卫星。导航卫星。GPSIIF导航卫星具有较强抗干导航卫星具有较强抗干扰能力和防截获能力。扰能力和防截获能力。美国在美国在未来的未来的“GPS现代化现代化”计划中，计划中，将建立独立的军用将建立独立的军用GPS，即将民，即将民用和军用信号的频谱分离开。用和军用信号的频谱分离开。GPS接收机部分：对接收机部分：对GPS进行干扰进行干扰的主要目的是干扰的主要目的是干扰GPS接收机的正接收机的正常工作，使其无法提供正确的导航常工作，使其无法提供正确的导航信息。所以信息。所以GPS接收机的抗干扰技接收机的抗干扰技术，是术，是GPS系统抗干扰措施的最重系统抗干扰措施的最重要的组成部分。在接收端主要采取要的组成部分。在接收端主要采取以下两项技术以减轻对以下两项技术以减轻对GPS接收机接收机的干扰，他们分别是的干扰，他们分别是:研制抗干扰研制抗干扰GPS接收机天线和采用先进的接收接收机天线和采用先进的接收信号处理技术。信号处理技术。GPS的抗干扰技术与方法 美军实施导航战的措施主要分为空间部GPS接收机综合抗干扰技术接收机综合抗干扰技术 1空间时域自适应处理：时域滤波器空间时域自适应处理：时域滤波器可以以低的成本抑制多个窄带干扰，可以以低的成本抑制多个窄带干扰，而空间调零天线可以抑制所有类型的而空间调零天线可以抑制所有类型的干扰，这就是空间时域自适应处理。干扰，这就是空间时域自适应处理。2空间频率自适应处理：将空间频率自适应处理：将STAP中的自适应滤波器从时域改为在频域中的自适应滤波器从时域改为在频域上实现时，便称作空间频率自适应上实现时，便称作空间频率自适应处理（处理（SFAP）。）。3自适应调零与波束形成结合：将自适应调零与波束形成结合：将自适应调零与波束形成结合，在不自适应调零与波束形成结合，在不知道卫星的方位和俯仰时采用自适知道卫星的方位和俯仰时采用自适应调零算法，使接收机一开始工作应调零算法，使接收机一开始工作就具有一定的抗干扰能力就具有一定的抗干扰能力。GPS接收机综合抗干扰技术 1空间时域自适应处理：时域滤波 新型的新型的GPS接收机中使用了各种接收机中使用了各种各样的抗干扰措施，这些技术正被模各样的抗干扰措施，这些技术正被模块化实现，如空域和时域抗干扰接收块化实现，如空域和时域抗干扰接收机（机（G-STAR）就是对联合滤波的成）就是对联合滤波的成功应用，它使用了选择可用性反欺骗功应用，它使用了选择可用性反欺骗模块和干扰抑制单元。在新型卫星上模块和干扰抑制单元。在新型卫星上将使用一种可抗干扰的灵活功率系统，将使用一种可抗干扰的灵活功率系统，它利用独特的多路复用信号或混合信它利用独特的多路复用信号或混合信号技术，可提高卫星的信号发射强度。号技术，可提高卫星的信号发射强度。其他的技术还有安装多信道天线、安其他的技术还有安装多信道天线、安装多天线单元、零点控制、干扰抑制装多天线单元、零点控制、干扰抑制技术等。技术等。新型的GPS接收机中使用了各种各样的抗干扰措施抗干扰技术的发展前景 目前目前GPS技术正日益技术正日益应用到各个领域，随着应用到各个领域，随着GPS技术的广泛应用，对技术的广泛应用，对GPS的抗干扰能力提出了的抗干扰能力提出了越来越高的需求。越来越高的需求。GPS接接收机的抗干扰已不能满足收机的抗干扰已不能满足市场的需求，提高市场的需求，提高GPS接接收天线的抗干扰能力已成收天线的抗干扰能力已成为提高为提高GPS抗干扰能力不抗干扰能力不可避免的趋势。可避免的趋势。目前GPS技术正日益应用到各个领域，随着GPS技 已有的抗干扰方案各有其技已有的抗干扰方案各有其技术优势和缺陷，如何有效的将各术优势和缺陷，如何有效的将各种抗干扰措施结合起来，充分发种抗干扰措施结合起来，充分发挥各自的优越性，同时降低系统挥各自的优越性，同时降低系统的复杂性，做到多功能、小型化，的复杂性，做到多功能、小型化，是今后面临的关键问题。单一的是今后面临的关键问题。单一的技术不能有效地抑制各种技术不能有效地抑制各种GPS的的干扰，相比之下，空时联合处理干扰，相比之下，空时联合处理和级联接收机技术更具有潜力，和级联接收机技术更具有潜力，且技术上已渐成熟。空域和时域且技术上已渐成熟。空域和时域联合处理在联合处理在GPS抗干扰接收中的抗干扰接收中的研究已取得丰硕成果。研究已取得丰硕成果。已有的抗干扰方案各有其技术优势和缺陷，如何有效国内研究现状国内研究现状 我国在我国在GPS对抗方面的研究起步较晚，对抗方面的研究起步较晚，目前尚无自主生产的成品化目前尚无自主生产的成品化GPS干扰机，干扰机，目前部队配备的干扰机大多从俄罗斯购目前部队配备的干扰机大多从俄罗斯购买，这对于我们建设现代化国防是一个买，这对于我们建设现代化国防是一个很大的障碍。但是近年来中国自己也生很大的障碍。但是近年来中国自己也生产了部分的产了部分的GPS干扰器。干扰器。“北京安方高北京安方高科科”研制了研制了GPS干扰系统，安装在重要干扰系统，安装在重要楼宇的顶部，使用电池供电，能设置成楼宇的顶部，使用电池供电，能设置成连续干扰，无线电指令控制干扰，定时连续干扰，无线电指令控制干扰，定时干扰等模式。干扰等模式。国内研究现状 我国在GPS对抗方面的研究起步较晚，谢谢！