GPS抗干扰技术解析

干扰效果的分析
◆GPS接收机接收到的信号功率 ◆GPS接收机接收到的干扰功率
◆干信比的计算
GPS接收机接收到的信号功率
GPS信号从发射机向GPS接收机直 视远程发射。它到达GPS接收机的信 号输入功率为：
SP T GT 32 20lg F 20lg DS Gr
其中 S 为GPS接收机接收到的信号
对GPS的人为干扰
◆干扰技术体制 ◆干扰途径
◆对GPS接收机的干扰装备 ◆GPS干扰装备的作战应用
干扰技术体制
GPS认为干扰的目的是使对方无法或错
误地使用GPS系统提供的信息。对GPS用
户接收机的干扰技术体制主要有两种：
◆压制式干扰 ◆欺骗式干扰
压制式干扰就是通过发射干扰信号以压 制在GPS接收机前端的GPS卫星信号，使 GPS接收机接收不到GPS卫星信号，从而 达到干扰的目的。 多GPS接收机的压制干扰可采用相关干
◆卫星信号发射功率不大
◆抗干扰裕度不大
◆卫星信号码元和载波丢失
卫星信号发射功率不大
◆卫星的体积小，重量轻；
◆卫星离地球表面远； 例如L1信号到达地面的最小信号电平为-
166dBW，其信号强度仅相当于16000Km
外一个25W的灯泡发出的光，或者说，它
比电视机天线所接收到的功率要低10亿倍
抗干扰裕度不大
DJ 发射机到GPS接收机的距离（Km）
GrJ 接收天线的增益（dB）
干信比的计算
在GPS接收机带宽内，干信比是 干扰信号强度与GPS信号迁都之比。 对于单程的GPS信号传输情况来 说，干信比公式为
J S PJ GJ 32 20lg F 20lg DJ GrJ
P T GT 32 20lg F 20lg DS Gr
其它由自然环境造成的干扰。
移动卫星服务（MSS）对 GPS接收机的干扰
移动卫星服务（MSS）是新发展起来的通 信链。手持式设备在1610MHz～1626.5MHZ 频段发射大约0.5W的信号来实现地面与低轨 卫星网的上行通信，然后由卫星转发信号到 其它手持式设备上，或借助地面站送到标准 电话网。手持设备的发射泄露会进入邻近的 GPS频段，有可能对GPS接收机造成一定程 度的干扰。
卫星信号码元和载波丢失
飞行实验证明，飞机上的GPS在干扰信
号为-125dBW～-130dBW时就会失去卫星 信号的码元和载波，从而失去定位能力。 而在干扰信号大于-130dBW时，在卫星信 号完全丢失前，导航能力就明显减弱，最 终导致接收机失效。
对GPS潜在的干扰
◆GPS接收机受到潜在干扰 ◆移动卫星服务（MSS）对
功率（dB）
PT 发射天线的功率（dB）
GT
发射天线的增益（dB） F 发射频率（MHz）
Ds 发射机到GPS接收机的距离（Km）
Gr 接收天线的增益（dB）
GPS接收机接收到的干扰功率
根据信号传输特性，干扰信号的传输是 单程的。一般情况下，干扰目标无论是通 信接收机还是GPS接收机，其干扰信号的 特征都是相同的。除非GPS接收机有一个 全向天线，否则天线增益将随天线接收机 信号的方位和仰角而变化。其次，通常干 扰信号的频带宽度要比GPS信号的频带宽 得多，使接收机不能精确地测量和测定需 要的信号频率。
干扰类型：宽带相位/频率调制 典型干扰源：电视发射机的谐波或频段接近 的微波链路发射机，它会使GPS接收机前端 滤波器过载。
干扰类型：宽带-扩频 典型干扰源：人为的扩频干扰机或在伪卫星 附近 干扰类型：宽带-脉冲 典型干扰源：雷达发射机 干扰类型：窄带相位/频率调制 典型干扰源：调幅电台发射机的谐波或商业 广播发射机的谐波
当干扰信号和有用信号的频率相同时，
在连续波的干扰下，脉冲信号和连续波干
扰信号的相位是从0～360o的任意值，因此，
接收机所接收到的卫星信号的幅值是变化
的。
强干扰信号频率与GPS信号中心频率相 同时，会引起脉冲信号的跳动，造成接收 机无法识别卫星信号，出现接收机不能捕 获、跟踪、锁定卫星信号等现象，当干扰 信号的频率与GPS信号频率不相同时，由 于接收机前端电路的频率选择性，只有靠 近GPS信号中心频率的干扰信号才能进入 接收机，产生带内和带外的干扰。这时， 对GPS信号干扰的效果不仅与干扰信号的 频率和脉冲宽度有关，而且和初相角有关。
GPS干扰装备的作战应用
GPS干扰装备在作战编成上可作为一个 独立的电子对抗群，加强、配置于重点作 战方向，有上级指挥所指挥，也可根据作 战任务不同和作战目标的不同，将GPS干 扰装备作为一个独立的作战单元使用。 以对抗巡航导弹为例，来说明GPS干扰 机的作战应用。
◆作战准备阶段
GPS干扰装备在指定的区域展开，并迅
速进行系统内部与上级指挥所之间的通讯
联络，GPS信号侦查装备不断地实施对作
战区域的GPS卫星信号进行侦查、分析，
为GPS干扰装备参数调整提供依据。
◆作战实施阶段 指挥员根据GPS干扰装备对导弹发射平 台载GPS接收机实施干扰，增大巡航导弹 的初始化误差。当巡航导弹进入飞行阶段 时，其中段主要制导方式包括惯性制导和 GPS制导。GPS干扰装备在巡航导弹来袭 路径周围对巡航导弹载GPS接收机实施干 扰，使巡航导弹的惯导漂移随时间积累， 从而增大巡航导弹的导航误差。当巡航导 弹进入飞行末段时，其制导方式包括光电
◆ 机载（无人）干扰机
◆ 平流层飞艇载干扰机
◆ 气球载干扰机
星载干扰
如果要干扰远距离地方空中目标的GPS 接收机，普通的机载升空方式干扰机就无 能为力了，这是因为干扰机的升空高度难 以达到有效干扰所需要的理想高度，此时 可采用星载干扰机进行有效地干扰。考虑 到减少干扰信号传播路径损耗的因素，运 载卫星的运行轨道最好采用低轨道，离地 面不能太高，以减少实施有效干扰所需要 的功率。
GPS干扰现状及 抗干扰技术研究
◆ GPS干扰技术 ◆ GPS抗干扰技术
GPS干扰技术
◆现役GPS的脆弱性 ◆对GPS潜在的干扰
◆对GPS的人为干扰 ◆干扰类型与干扰源
◆干扰对GPS信号接收的影响机理 ◆干扰功率的计算
◆干扰距离的计算 ◆干扰效果的分析
◆压制干扰对GPS定位误差的影响
现役GPS的脆弱性
◆压制式干扰机有效干扰距离
欺骗式干扰机有效干扰距离
Pj G J 32.45 / 20
R
10
f
R ——有效干扰距（Km）
Pj
——干扰机发射功率
G ——干扰机发射天线增益
J ——干扰信号电平 f ——GPS信号频率（MHz）
压制式干扰机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ效干扰距离
压制干扰信号到达GPS接收机的信号强度 应大于GPS信号42dB左右（军用GPS接收 机的干扰增益为42dB）。考虑干扰信号进 入GPS接收天线角度很低（10度以下）， 取天线旁瓣损耗为-5bB。则在最不利的情 况下完成对军用GPS接收机压制干扰所需 要的电平为：-130+42+5=-83dBm。然后用 上面的式子就可计算压制式干扰机的有效 干扰距离。
干扰功率的计算
干扰功率/（dB· W）
C/A码
-26.2 -20.2
P(Y)码
-19.2 -13.2
距离/Km
0.5 1
C/A码
-0.2
13.8
P(Y)码
6.8
20.8
距离/Km
10
50
19.8
25.8
26.8
32.8
100
200
27.8
29.3
34.8
36.3
250
300
干扰距离的计算
◆ 欺骗式干扰机有效干扰距离
扰、调频噪声或锯齿波扫频等
欺骗式干扰使指发射与GPS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。
干扰途径
◆ 升空干扰
◆ 星载干扰
◆ 地面干扰
升空干扰
为获得较好的干扰效果，减少干扰损耗，可采 用升空干扰技术对GPS实施更有效的干扰。其中升 空干扰高度应不低于一定值，以保证干扰信号能 够进入GPS接收机天线。
压制干扰对GPS定位误差的影响
因为有较强的干扰信号才可能会使GPS 接收机信号失锁无法定位，通常情况下干 扰的存在只是在一定程度上降低了GPS接 收机的定位精度。压制干扰时，GPS接收 机性能的基本度量标准是位置协方差，而 干扰对接收机的根本影响是降低了信号/噪 声功率密度比。在卫星性能和信号路径特 性给定的情况下，协方差直接取决于测量 时的接收机通道跟踪精度和位置精度因子
在测定干信比时，重要的计算进入 GPS接收机工作频带内的干扰信号功 率。在上述条件下，到达GPS接收机 输入端的干扰信号功率为
J PJ GJ 32 20lg F 20lg DJ GrJ
其中 J 为GPS接收机接收到的干扰
功率（dB）
PJ 发射天线的功率（dB）
GJ
发射天线的增益（dB） F 发射频率（MHz）
GLONASS频段（1.250MHZ和1.607MHz）提供8W
的干扰功率，价格为4万美元。
俄罗斯组织的航空展览上出售一种4W干
扰机，其重量为8kg～10kg，可用于对付
GPS和GLONASS。这种设备据称能有效覆
盖150Km～200Km的范围，价格低于4000
美元/台。
值得注意的是，上述GPS干扰机仅限于 干扰C/A码接收机。
虽然C/A码的处理增益为43dB，但C/A 的码速率为1.023Mb/s，码长为1023位，而 周期仅1ms，通过解扩只能获得30dB的处 理增益，另外13dB增益是通过20个相关峰 的积累形成的，所以整个环的处理增益不
会有43dB。同时，接收通道信噪比一般要
求大于10dB，才能正常工作，还有接收机
的相关损耗大于1dB。
实验证明：使用干扰功率为1W的干扰
机，在GPS1.6GHz频带上实施调频噪声干
扰，就使GPS接收机在22Km范围内不能工
作，干扰功率每增加6dB，有效干扰距离就
增加一倍。 C/A码接收机的抗干扰裕度应在30dB
以下，一般认为是25dB。P码的处理增益
为53dB，抗干扰裕度应在43dB左右。
干扰压制，以确保重点攻防方向干扰任务
的完成，使敌前沿作战飞机和超低空飞行
的导弹不能进行精确GPS定位。
对GPS接收机的干扰装备
在1999年巴黎航展上展出由俄罗斯莫斯科
Aviaconversiya公司生产的一套设备，能有效干扰 美国的GPS以及俄罗斯的导航定位系统GLONASS。 这种干扰机体积小（120mm×190mm×70mm）、 质量小（3Kg），能在两个GPS频段和两个
压制干扰对GPS定位误差的影响
由于压制干扰对接收机的根本影响是降低
了信噪比，而GPS定位误差的方差也随之
增大。当对GPS接收机实施压制干扰后，
干扰类型：窄带-扫频连续波 典型干扰源：人为的CW干扰或调频电台发射 机谐波
干扰类型：窄带-连续波 典型干扰源：人为的连续波（CW）干扰机或 频段附近的非调制发射机的载波
干扰对GPS信号接收的影响机理
假设人为干扰信号是强功率的不加任何 调制的连续正弦波干扰，即干扰信号是正 弦波信号，被干扰信号为GPS载波信号。 由于GPS信号采取脉冲调制在载波上，因 此，已调波信号已经成为按一定规律变化 的连续脉冲波。 当脉冲波受到连续干扰后，合成信号是 一个振幅和相位都变化了的信号，即干扰 信号对有用信号产生了干扰作用。
制导、惯性制导和GPS制导，GPS干扰装 备配合精确武器电子防护系统，对GPS制 导导弹的弹载GPS接收机实施干扰，降低 命中精度，从而将对对我方重要目标的毁 伤概率。 ◆作战结束阶段 根据上级指示，指挥员指挥GPS干扰装 备关机待命或转移阵地。
干扰类型与干扰源
干扰类型：宽带-高斯 典型干扰源：人为的噪声干扰机
GPS接收机的干扰
GPS接收机受到潜在干扰
GPS接收机收到的潜在干扰包括带内射 频干扰（1565MHz～1586MHz）、带外射 频干扰和环境干扰。
带内射频干扰包括谐波、寄生振荡和交 叉调至分量等；
带外射频干扰是靠近GPS额定频段的强 信号干扰，它可以通过接收机的射频滤波 器对接收机造成影响；
环境干扰包括多径、遮蔽、地形遮拦和
但是，低轨卫星相对于地球上的某一 点是运动的而并非静止，不能进行定点干 扰，只有当它通过目标的上空时，才能实 施干扰，因此其时效性受到限制。低轨星 载干扰可采用欺骗式与压制式相结合，组 成干扰辐射网。
地面干扰
对GPS接收机进行地面干扰通常都是采
用多部路基或舰载GPS干扰机采用空间功
率合成技术汇聚足够的干扰功率，组成强