GPS干扰检测与定位技术综述

GNSS干扰检测与定位技术综述

摘要：当前，我国的新一代卫星导航系统正在建设中，为了满足导航战的应用需求，对干扰源的自主监测与定位是大势所趋。本文首先分析了导航战环境下干扰监测系统研制的必要性，然后分析了当前GNSS系统所采用的常用干扰检测方法（包括相关前干扰检测与相关后干扰检测）以及干扰源的定位方法（包括移动AOA定位、TDOA定位以及干扰监测网定位方法），并对各种方法优缺点进行了比较，最后通过上述分析，并结合我国的实际情况，对我国干扰监测与定位系统的研制提出了建议。

关键词：GNSS；干扰监测；干扰定位；AOA；TDOA

Summarizing on interference detection and localization

of Gnss system

Abstract: Currently, as th e g lobal sate llite n avigation s ystem of our country is under bu ilding, for satisf ying the app lication requirement of “navigation war”, we must develop the technique of interference detection and localization. Firstly, the necessity of developing interference monitoring s ystem was anal yzed in the pap er. Th en s ome important commonl y used in terference detection m ethods includ ing pre-correlation and post-corr elation detection, fo llowing with th e interference sour ces localization methods including AOA, TDOA and network structure were presented and analyzed. Finally, taking the practical condition of our country into consideration, some constructive advices of developing interference monitoring system were presented.

Key words: GNSS; interference detection; interference localization; AOA; TDOA

1 导航战环境下干扰监测与定位的必要性

“导航战”是继电子战、信息战之后提出的新的作战样式。导航战是指在战场环境下综合运用导航技术掌握主动权，并利用电子办法对抗敌方导航系统的工作，以及针对敌方对己方导航系统的干扰开展反对抗，有效提高己方的战斗力，有效掌握战场主动权。导航战的核心是有效依赖和借助卫星导航系统的介入，为军事行动和指挥提供精确的三维位置、速度、时间等重要信息，以确定明确的目标。通过以上定义可以看出，导航战主要包括进攻与防御两个方面：分别是导航干扰与抗干扰，也可看作是卫星导航的反使用与使用。

卫星导航信号具有固有的脆弱性，功率为1W的干扰机可以使85公里以内的C/A码接收机无法工作,干扰功率每增加6dB，有效干扰距离就增加1倍[19]。考虑到目前面临的各种直接和潜在的导航干扰威胁，为了满足我国导航战防御体系的需求，使我国的卫星导航系统能在战时发挥重要作用，建设导航信号的干扰监测系统具有不可质疑的必要性。随着我国全球导航系统建设步伐的日益加快，为了防止敌方对我系统的恶意干扰，干扰监测系统的研制工作也愈显紧迫。

GNSS干扰检测与定位技术综述干扰监测系统的必要性主要表现如下：

¾系统能在战时发挥我军对战场导航信号的保护作用，对敌方干扰信号迅速识别和定位，并加以摧毁，是我军导航战防御体系不可或缺的重要组成部分。

¾在平时能够发挥对重点区域导航环境的维护作用，为我国卫星导航系统的正常使用创造良好条件，是导航系统长期运行管理的必要保障。

2 干扰检测方法综述

目前，常用的干扰检测方法主要可以分为两种类型，接收机相关前的干扰检测和相关后的干扰检测。相关前干扰检测主要是通过天线、AGC增益、ADC以及载噪比等接收机观测量的提取来实现，而相关后干扰检测是通过观测相关器输出功率、相关器输出功率方差，以及相关后的FFT运算来进行，下面分别介绍这两类干扰检测方法。

2.1 相关前干扰检测

自动增益控制（Automatic Gain Control，AGC）是GNSS导航接收机一个非常重要的部件。在GNSS 导航接收机中，卫星信号功率低于热噪声功率，AGC增益不是由信号功率电平驱动，而完全是由环境噪声所决定，因此AGC是GNSS导航接收机分析周围信号环境的有利工具。文献[4]详细分析了各种类型的干扰信号对AGC的影响，指出AGC对脉冲干扰非常敏感，并设计了一种使用AGC和ADC对GPS L5信号进行脉冲干扰检测和抑制的方法。自适应ADC（A/D Converter）同样可以用来协助导航信号干扰的检测，文献[5]介绍了一种使用自适应门限和量化权值增益的方法对扩频通信系统的窄带干扰进行检测和抑制，该方法可同样适用于卫星导航系统[8]。

文献[10]介绍了一种基于自适应门限的频域干扰监测方法，该方法将无干扰信号时的平均噪声功率作为自适应门限值，来考察干扰是否存在。文献[11]将干扰检测过程分成两个步骤，第一步是在无干扰时产生检测门限；第二步采用“T-测试”方法对一段时间内的采样数据进行分析，并评估干扰情况。文献[12]采用了频域内相同的方法来进行干扰检测，由于使用周期图，有限长的FFT会导致干扰信号的频谱展宽，为了克服这一缺点，文献[2]对文献[12]的方法进行了改进，使用了Welch估计方法（加窗的周期图），该方法能检测更低功率的干扰信号，同时能够降低干扰检测的时间和复杂度。

文献[14]提出了一种可以有效检测并去除干扰的时频截断方法，该算法由三个功能块组成：时频计算、瞬时频率估计单元和截断滤波器。该文分析了每个组成部分的功能和性能。文章采用基于自适应门限的“峰值插入法”来估计干扰的瞬时频率，并采用IIR滤波器来进行干扰抵消。

2.2 相关后干扰检测

文献[1]介绍了板级的相关后干扰检测算法，该文考虑提取接收机的相关器输出功率、相关器输出功率方差、载波相位波动和AGC控制环增益来对导航干扰信号进行检测与识别，该文针对上述4个参数与伪距误差均方根值之间的关系进行了试验测试，测试结果表明相关器输出功率变化可以作为干扰检测的主要依据，相关器输出功率方差、载波相位波动可以作为辅助的检测指标，而AGC增益可以作为干扰类型识别的粗略依据，主要识别干扰源是否发射脉冲型干扰。因为AGC具有自动消除脉冲型干扰的功能，因此AGC增益对脉冲型干扰非常敏感。该方法可以有效检测的干扰类型如下：高斯白噪声干扰、宽带脉冲干扰、相干连续波干扰、脉冲连续波干扰、多径干扰等。

在文献[9]中，作者提出一种基于多相关器的GPS接收机，这种方法可以实现实时的干扰检测功能，并能估计干扰信号的特征（包括干扰功率、类型、中心频率和带宽）。该文测试了不同功率值的CW和FM干扰对接收机的影响，并通过比较多相关器输出波形和理想相关器输出波形、各通道的C/N0变化、以及使用AR模型进行误差预测的方法对窄带连续波或调频干扰的存在性及其特性进行评估。

A. T. Balaei, A.G. Dempster 和 J.Barnes在[6]和[7]的基础上于2006年提出了一种利用普通接收机的