GNSS接收机抗干扰效能评估方法

GNSS接收机抗干扰效能评估方法

税利;张冲;王博;张旭

【摘要】The anti‐jamming ability of GNSS receiver is a complicated and important work .We firstly classify GNSS receiver anti‐jamming capability into inherent ability ,active ability and passive ability .Secondly ,proceeding with the above three aspects ,we construct the effectiveness evaluation index system .Thirdly ,the importance order of the indexes and the importance judgment matrix of every level are obtained by Delphi method .Finally ,the total anti‐jamming effectiveness of GNSS receiver is evaluated by summing the measured data of indexes.%GNSS抗干扰能力评估是GNSS系统建设与应用服务中面临的一个重要问题，对抗干扰能力进行评估首先在于具有一种合理的评估体系，因此，本文提出的GNSS接收机抗干扰能力评估体系构建方法具有重要意义。文中系统介绍了GNSS接收机抗干扰能力评估方法的建立过程，包括接收机抗干扰能力的分类，指标体系的构建，以及如何具体实施，具有一定的可实施性。文中将GNSS接收机抗干扰能力分为固有抗干扰能力、主动抗干扰能力和被动抗干扰能力，然后从这三方面建立GNSS接收机的抗干扰效能评估指标，通过德尔菲法得到指标体系中各指标的重要性排序和各层次的重要性判断矩阵，最后通过实测的指标数据加权求和得到GNSS接收机总的抗干扰效能评估结果。

【期刊名称】《全球定位系统》

【年(卷),期】2015(000)006

【总页数】6页(P44-48,57)

【关键词】GNSS接收机;抗干扰;效能评估;层次分析法;德尔菲

【作者】税利;张冲;王博;张旭

【作者单位】中国洛阳电子装备试验中心河南，洛阳471003;中国洛阳电子装备试验中心河南，洛阳471003;中国洛阳电子装备试验中心河南，洛阳471003;中国洛阳电子装备试验中心河南，洛阳471003

【正文语种】中文

【中图分类】P228.4

全球卫星导航系统(GNSS)在通信、指挥、控制、情报、计算机、侦察和监视系统中发挥着重要作用。各个经济和军事强国都在大力发展自己的卫星导航系统,主要有美国的GPS,俄罗斯的GLONASS,以及正在研究和部署的欧洲的Galileo系统和我国北斗二代导航系统。GNSS接收机极易受到干扰,因为系统用户与卫星距离遥远,而与干扰源的距离相对近得多,干扰源无需用多大功率就可淹没GNSS接收机上的卫星信号,使得GNSS接收机精度变差甚至无法定位,所以防止卫星导航系统被敌方干扰和破坏成为导航对抗的首要任务[1-3]。如何客观、全面地评价GNSS接收机的抗干扰能力,已成为接收机生产厂家和用户共同关心的重要课题。

由于导航对抗是一个信息不完全动态博弈过程,其中包含了大量的不确定性因素、复杂技术因素和人为因素,对GNSS接收机抗干扰效能评估难度较大。GNSS接收机抗干扰效能综合评估涉及到多指标体系和多种技术手段,对其指标体系应能够全面、客观的反映GNSS接收机的整体抗干扰性能,并具有可测性。目前对GNSS接收机的抗干扰效能评估主要是测试在一个或者两个宽带(窄带)干扰源下的抗干扰能力,对GNSS接收机的抗干扰效能评估不够全面、客观。

本文首先将GNSS接收机的抗干扰能力分为固有抗干扰能力、主动抗干扰能力和

被动抗干扰能力,在此基础上建立能够较全面反映GNSS接收机抗干扰性能的指标体系。通过科学合理的多层结构分析,避免了评价指标不全面,又规避了主观的复杂因素。

对于一个GNSS接收机,由于采用了不同的抗干扰技术,对不同干扰样式的抗干扰能力不同,不能仅通过采用抗干扰措施前后性能的提高差异来比较。

有些GNSS接收机的基本参数虽然不是接收机的抗干扰措施,但是它们是形成接收机设计功能的基本条件,实现接收机所必须的系统参数,对接收机的抗干扰能力有较为重要的作用。这些参数包括天线特性,接收机工作模式和接收信号,这些参数的选择会引起接收机抗干扰能力的变化[4]。本文将这些参数所影响的抗干扰能力称为接收机的固有抗干扰能力。

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当GNSS接收机处于干扰环境中时,会采取一些积极的措施或者信号处理等多种手段来阻止、抑制干扰,以改善接收机应对干扰环境的能力。目前的抗干扰措施主要有两种设计思路:

1) 主动抗干扰措施。主要有阻止干扰信号进入接收机的前端滤波技术和辅助导航的组合导航定位技术两种[3,5]。

2) 被动抗干扰措施。当干扰已经进入接收机后,可考虑在信息处理阶段完成对干扰的抑制,利用抗干扰算法提高接收机的卫星捕获、卫星跟踪和数据处理能力[4,6]。基于上述对GNSS接收机抗干扰能力和抗干扰措施的分类,结合层次分析法解决问题的思路,本文建立的GNSS接收机抗干扰效能评估指标层次结构如图1所示。本指标体系由3个一级指标构成:GNSS接收机的固有抗干扰能力、主动抗干扰能力和被动抗干扰能力。其中固有抗干扰能力包括天线、工作模式和接收信号3个二级指标,主动抗干扰能力包括前端滤波和组合导航2个二级指标,被动抗干扰能力包括卫星捕获、卫星跟踪和数据处理3个二级指标。每个二级指标下设若干个三级

指标。该指标体系共包括26个指标,涵盖了与GNSS接收机抗干扰能力有关的多种要素。其中各指标变量的名称、代码以及含义如下:

D1:天线增益G.提高接收机接收卫星信号的信噪比;

D2:低仰角抑制。低仰角的卫星信号较弱,容易受到干扰,且可以抑制部分多径和来自低仰角的干扰信号;

D3:GPS.美国的全球定位系统,覆盖全球,接收机接收GPS卫星信号进行导航定位; D4:GLONASS.俄罗斯的全球定位系统,覆盖全球,接收机接收GLONASS卫星信号进行导航定位;

D5:北斗。中国的卫星导航定位系统,目前覆盖中国和周边部分区域,接收机接收北斗卫星信号进行导航定位;

D6:伽利略。欧洲的卫星导航定位系统,目前处于研究和部署阶段;

D7:兼容。接收机可以接收多个系统的卫星信号进行兼容定位;

D8:C/A码。又称民码,主要作为民用,其信号体制为公开,极易受到干扰;

D9:P码。又称军码,主要作为军事用途,卫星信号保密,抗干扰能力强;

D10:频谱滤波。包括带通和带阻滤波,此技术用于限定的窄带和CW干扰源,以及强的带外干扰;

D11:时间滤波。在时间域内对信号特征进行处理,用于多个窄带噪声干扰和CW干扰源,也能用于多路效应和回波抵消干扰问题;

D12:调零技术。采用自适应调零天线,通过天线的波束指向和波束形成抑制干扰,这种办法可同时对付窄带和宽带干扰,常见的有四阵元和七阵元的调零天线；

D13:波束转换。一般利用自适应平面阵列,根据GNSS卫星的选择性和干扰抑制的不同程度来提供波束控制;

D14:幅/相抵消技术。一般用装置在飞机顶端和底端的两个不同的天线模式来接收干扰信号和GNSS+干扰信号的混合信号,这两个信号组合在一起来抵消GNSS+干