针对卫星导航接收机的欺骗干扰研究

假定 接 收机早 迟通 道 间的 码相 位 间隔 为 Ａ（ 单 位 ： 片 ）则 早迟通 道 的合成 相关值 分别 表示 为 ： 码 ，
由上述真实信号相关峰功率与欺骗信号相关峰 功率 的表达式可知 ， 当接收机跟踪上真实信号后 ：
（ ）真实 信号 功率 可完全 体现 到其 相关 峰上 ； １ （ ）欺骗 信号 由于 与本地 复现载 波存 在频率偏 ２ 差 ， 干积 累过程 中将对 欺 骗信 号功 率 引入 多 普 勒 相
０ ０ Ｏ ． — ＋０ 一 ＋ ＋ ０ ＋ ０ ０ ０ ００ ００ ０ Ｏ－ ０ － 一＋ － 十 ０ ０ ００ ＋０ ０ ０
间内接收机准时通道输出伪码与真实信号伪码相位
差 丁随 时间 的变化关 系 ， ： 即
（ ）Ｐ 。ｉｅ （ １ ｎ ｓ
丁ｔ ＝ （）
骗 才有效 Ｊ这 就大 大 降低 了转 发式 欺 骗 干 扰 的实 ， 用 价值 。利用 民用 卫星导 航信 号扩频 伪码 的周 期特 性， 模拟 信号 源直 接 产生 式 欺 骗 干扰 可 以产 生 与 真 实 信号伪 码相 位存 在相对 滑 动且信 号功 率较 高 的欺
骗 信号 ， 而在伪码 相对 运 动 过 程 中 自动 实 现 相位 从
Ｄ ： ０ ３ ７ ／．ｓｎ １ ０ —３ ８ ２ １ ．７ ０ ５ ＯＩ １ ． ８ ３ ｊ ｉ ． ０ ０ １ ２ ． ０ ２ ０ ．０ ｓ
Ｓ ｏ ｆｎ ａ ｔ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ＧＮＳ ｃ ｉ ｅ ｓ ｐ ｏ ｉ ｇ Ｐ ｔｅ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｓ Ｒｅ ｅｖ ｒ
于捕获 阶段 的接 收机 ， 两 种 欺骗 干 扰 方 式均 可 通 这 过 其 功率优 势 引导 目标 对 接 收 机 对其 进 行 捕 获 跟
匹配并通 过其 功率 优势牵 引 目标接 收机
。
但 目前 公开 的文献 在涉 及欺骗 成功 牵引条 件 时
均 只定性 地说 明需 要 较 高 的欺 骗 功 率 ， 未 从 理论 并 上 给 出具 体 的分析 。若 干扰 源发射 的欺 骗信 号功率 过 高 ， 降低 干扰效 率 的 同时 ， 在 也使 得 目标接 收机 可 以通过 功率 检测 等手 段 监 测 到信 号 异 常 ， 防止 接 收 机 跟踪 上欺骗 信号 ， 而使欺 骗干 扰失 效 ¨。 。 从 。 Ｊ
由于上述 分段 函数 的分段 区间与接 收机 早迟 通
（） ７
关系。 将各 分段 函数 拼接起来 ， 即可得 到整个 时 间区
道 间隔 △相关 ， 简 化 分 析 ， 为 以下 均 设 定 早 迟 通 道 间隔为 卫星导 航接 收机应 用 的典 型值 △＝１ 。
当０＜Ｒ－ ≤１ ， ７ 的分段区问如 图３所示 。 ｔ 时 式（ ）
ｗ ｔ ｅ ａｉｅｙ ｌｗ ｒｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｐ ｗ ｒ ｉ ｒｌ ｔ ｌ ｏ ｅ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｏ ｅ ．Ａｌ ｔ ｅ ｄ ｃ ｍｅ ｔ ｐ ｂ ｉｈ ｄ ｏ ｌ ｕ ｌ ａｉ ｅｙ ｄ ｓ ｒ ｅ ｔ ａ ｈ ｐ ｏ ｎ ｉ ｎ ｌ ｈ ｖ ｌ ｈ ｏ ｕ ｎｓ ｕ ｌ ｅ ｎｙ ｑ ａｉ ｔ ｌ ｅ ｃ ｂ ｈ ｔｔ ｅ ｓ ｏ ｆ ｇ ｓｇ ａ ｓ ｔ ｖ ｉ ｉ ｃ ｕｄ ｉ ｄ ｃ ｒｃ ｉｇ ｌｏ ｓｏ ｒ ｅ ｅ ｅｖ ｒ ｔ ｏ ｉｈ ｒｐ ｗｅ ｉ ｏ ｔｑ ａ ｔ ａｉｅ ａ ａｙ ｉ ．Ｂ ｄ ｌ ｇ ｒ ｃ ｉｅ ｏ ｌ ｕ ｅ ｔａ ｋ ｎ ｏ ｐ ｆｔ ｇ ｔ ｃ ｉｅ ｓｗｉ ｓ ｍｅ ｈ ｇ ｅ ｏ ｒｗ ｔ ｕ ｕ ｎ ｉ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｙ ｍｏ ｅ ｉ ｅ ｅ ｖ ｒ ｎ ａ ｒ ｈ ｈ ｔ ｖ ｎ ｔａ ｋ ｎ ｏ ｐ ，ｔｅ ｓ ｎ ｌｐ ｗ ｒｃ ｎ ｉ ｏ ｆｓ ｃ ｅ ｓｕ ｎ ｕ ｔ ｎ ｆｒｔ ｅ ｔｒ ｅ ｅ ｅｖ ｒｉ ａ ａｙ ｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｏ ｗａｅ ｒ ｃ ｉｇ ｌｏ ｓ ｈ ｉ ａ ｏ ｅ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｕ ｃ ｓｆ ｌｉｄ ｃ ｉ ｈ ａｇ ｔ ｃ ｉｅ ｓ ｎ ｌｚ ｄ ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ．Ｓ ｆ ｒ ｇ ｉ ｏ ｏ ｒ ｔ ｒ ｃ ｉｅ ｉ ｌｔ ｎ ｄ ｒ ａ ａ ｉａｉ ｎ ｒｃ ｉｅ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｖ ｅ ｎ ｔ ｔｄ ｔ ｅ ｖ ｉ ｉ ｆ ｔ ｅ ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｅｖ ｒｓｍｕ ａｉ ｓ ａ ｅ ｌ ｎ ｖｇ ｔ ｅ ｅｖ ｒ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｒ ｓ ｌ ａ ｅ ｄ ｍｏ ｓｒ ｅ ｈ ａ ｄ ｔ ｏ ｈ ｑ ａ ｔ ａｉ ｏ ｎ ｏ ｉ ｓ ａ ｌ ｙ ｔ ｖ ａ ａ ｙ ｉ ｃ ｎ ｌｓｏ ． ｎ ｌ ｓ ｏ ｃｕ ｉｎ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｏ ｎ ｍｍ ｎ ；Ｇ Ｓ ｅｅｖｒ Ｔ ａｋｎ ｏ ；Ｉｄ ｃ ｏ ｅ ｙｗｏ ｄ ：Ｓ ｏ ｆ ｇｊ ｉｇ Ｎ Ｓ ｒｃｉ ； ｒ ｉ ｌ ｐ ｎ ｕ ｅｐ ｗ ｒ ｉ ａ ｅ ｃ ｇｏ
０ 引 言
天 线相位 中心 处 的时 延 小 于一 个 码 片 时 ， 发式 欺 转
Ｒ ） ｓ（
由于欺骗干 扰扩频 伪码 与本 地 复现伪 码 码率 几 乎完全一致 ， 只存 在相 位偏 差 ， 而 因此 欺 骗信 号 与本
地伪码 的理想相关峰 （ 限带宽 条件下 ） 以表示 为 ： 无 可
Ｉ ｆ一（ ２一Ｒ・） ） ｌ ｔ Ｉ， ｆ一（ ２一Ｒ・ ） ≤ １ ￡ｌ
ＨＵＡＮＧ ｏ ｇ，Ｌ Ｚ ｉｃ ｅ ｇ，Ｗ ＡＮＧ ｅ － ｕ Ｌｎ Ｖ ｈ —ｈ ｎ Ｆ ｉｘ ｅ
（ ａｅ ｉ ａ ｉ ｔ ｎ Ｒ Ｄ Ｃ ｎｅ ，Ｎ ｔ ｎ ｌ ｎｖ ｆ ｆ ｓ ｅ ｈ ｏ ｇ ， ｈ ｎ ｓａ４ ０ ７ Ｃ ｉａ Ｓ ｔ ｌ ｅＮ ｖｇ ｉ ＆ ｅ ｔｒ ａ ｏ ａ Ｕ ｉ．ｏ ｅ ｅＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｃ ａ ｇｈ １ ０ ３， ｈ ｎ ） ｌｔ ａｏ ｉ Ｄｅ ｎ ｏ
摘
要 ：针对卫 星导航接收机的欺骗干扰是一种能 以较低功 率实现有效 干扰 的相 关干扰技 术。 目前公 开的
文献均只定性地说 明可 以通过较高的欺骗信号功率牵引 目标 接收机跟踪环路 ， 但并未进 行精确 的定量分 析。为解 决欺骗干扰在实际应用 中的功率控制 问题 ， 本文通过建 立接收机跟 踪模 型， 理论分 析 了欺骗 信号对 接收机实 现成
系 即为公 式
Ｅ（ ＝Ｌ ） ） （
的解 。
对 于经典 卫 星导航接 收机 的早迟 环伪 码跟踪 结 构， 其本 质是 使接 收机 工 作 在早 迟 通 道 相关 值 相 等 的伪码 相位 处 ， 而 使其 准 时 通道 伪 码 相 位 与接 收 从 信号 保持 同步 。 当存 在 欺 骗 干 扰 时 ， 迟 环 伪 早 码跟 踪接 收 机 将 会 工 作 在 早 迟 通 道 的合 成 相 关 值
此 区间上不存 在 。
Ｐｍ ＋Ｐ பைடு நூலகம் ２ ２ ｓ ｓ 』 ｓ Ｐ
２ Ｐｓ ｐ Ｒ
（） ６
由于 Ｒ ． （ ）与 尺 丁 ｒ （ ）均 为 分段 函数 ， 因此 式 （ ）的求解 也需分 段进 行 。 ６ 将式 （ ） ３ 和式 （ ） 的非 ４中 零 项代 人式 （ ） ６ 可得 ：
（ Ｉ会＋ （ ｌ会 ｛ － 一 一 ） 一一 Ｐ ｔ ｒ Ｉ ） （ ｝Ａ＋＿一 一－＇） ｝ Ｓ 卜会 ｃＲ） 一＋ ） ｐ Ｐ（ Ｒ ２ ｔ １
基金项 目： 中国卫星导航年会 青年优 秀论文基金资助项 目（ Ｓ Ｃ２ １ Ｃ Ｎ ０ １一Ｑ Ｙ一１ ４）
８６ ８
宇 航 学 报
第３ ３卷
因此 ， 这里考虑欺骗信号伪码与真实信号伪码初始
相 位差 为 ２ｈｐ 相位逐 渐 同步并最 终重新 偏 离 的过 ｃｉ，
程 ， 图 ２所 示 。 如
踪 一 。对 于 已经 跟 踪 上 真 实信 号 的接 收 机 而 言 ，
转发式欺骗干扰由于其伪码相位时钟滞后于真实信
号， 因此 只有 当转 发信 号 与 直 达信 号 在 目标 接 收 机
收稿 日期 ：０ １０ —０ 修 回日期 ：０ １ ８ ３ ２ １ －５１ ； ２１－ － ００
欺 骗 干扰 是 一种 针对 扩频 系统 的相关 干 扰 ， 它
通过 发射与 真实 信号 相 同 或相 似 ， 功 率 更强 一 些 而
的虚假信号 ， 引导接收机对其进行捕获跟踪 ， 导致接 收机输 出错误 的定 时定 位信息 或者无 信 息输 出＿ 。 Ｉ Ｊ
目前 通用 的欺 骗干 扰主要 包括对 真 实信号 直接 转发 和模 拟信 号源 直接 产生两 种模 式 Ｊ 。对 于处
第３ ３卷 第 ７期
２１ ０２年 ７月
宇
航
学
报
Ｖｏ ． ３ Ｎ０ ７ １３
．
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｔ ｎ ｕｉｓ ｏ ｒａ ｆ ｒ ａ ｔ Ａｓ ｏ ｃ
Ｊ ｌ ｕｙ
２ １ ０２
针对 卫星 导 航 接 收机 的欺 骗 干扰 研 究
黄 龙 ， 吕志成 ，王 飞 雪
（ 国防科技大学卫星导航研发 中心 ，长沙 ４０ ７ ） １０ ３
Ａ ｓ ａ ｔ Ｓ ｏ ｆ ｇｊ ｉｇｔ Ｇ Ｓ ｃ ｉ ｒ ｉ ａ ｃｈ ｒｎ ｅｔ ｈ ｉｕ ｏ ｉ ｌ ｎ ｎ ｏ ｄ ｃ ｅ ｅｔ ｅｊｍ ｎ ｂ ｔ ｃ ： ｐ ｏ ｎ ａ ｎ Ｎ Ｓ ｒ ｅ ｅｓ ｓ ｏ ｅ ｃ ｅ ｎ ｅｆｒ ｍｐｅ ｔ ｇｃ ｎ ｕ ｔ ｆ ｃ ｖ ａ ｍｉ ｒ ｉ ｍｍ ｏ ｅ ｖ ｅ ｃ ｑ ｍｅ ｉ ｆ ｉ ｇ
Ｏ， Ｏ ＜ Ｒｔ≤ １
）≤ Ｐ ， 则
图 ３ ０ ＜ Ｒ ・ ≤ １ 式 （ ） 分段 区 Ｉ ｔ 时 ７的 司 Ｆｇ ３ Ｓ ｂ ｅ ｔ ｎ ｏ Ｅ ｕ （ ）ｗ ｅ ＜ Ｒ ‘ ≤ １ ｉ． ｕ ｓｃ ｏ ｆ ｑ ． ７ ｈ ｎ０ ｉ ｔ
Ｐｓ Ｒ Ｒ ） ｐ （ｔ －１２ ／
功牵引所需满足的信号功率条件 。最后通过软件接收机仿真和实际导航接 收机实验 ， 验证了理论分析的正确性 。 关键词 ：欺骗 干扰 ；导航接收机 ；跟踪环路 ；牵引功率
中图 分 类 号 ：Ｔ ９４ ４ Ｎ １ ．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ －３８ ２ １ ）７０ ８ ４７ ０ ０１２ （０ ２ ０ －８４ ３
＿
１
２ Ｐ
一 Ｐ
，
’ ３
一
２
＜
… ‘
≤
３
一 一
ＰＳ Ｒ ｐ
＿
２
２ ａＲ Ｐｓ ｔ
＿
图 中每个分 段 区间上标 示 的符 号 表 示式 （ ） ７ 中
Ｐｓ Ｒ ２－Ｒ ） ｐ （ ｔ
＿
Ｐｓ Ｒ ＜ ｐ
＿
≤ 一 ５
＋
Ｐｓ Ｒ ｐ
＿
从 左 至 右 四项 中绝 对值 函数 的符 号 ， 示 该项 在 ０表
０ ， 其他 （ ＋Ｒ。 Ｒ ）相等 的本地 伪码 相位 处 。
（ ４）
其 中 ， ｓ ＝ Ｐｐ ｓ ｅ（ Ｔ）４为 欺 骗 信 号 相 Ｐｐ ｓ ｉ ｏ／ ｎ
关峰功率 ， 丁为本地伪码与真实信号伪码 的相位差
并相 对 于伪 码周 期归 一化 ， ＝Ｒ ／ｏ Ｒ ｆ 为欺 骗 信号 与 真实信 号 的伪码码 率差 。
损 耗 ｓ ｃ （ Ｔ ） ｉ ａ 。 ｎ
） Ｒ（ （ 今 ＝ｓ 一 ） 丁 ） ． ｔ 一
（ ＝ｓ ＋ ＋ｓｒ ） （ Ｒ（ ）Ｒ（＋ ５ ） ． ｔ Ａ ）
从 而 ， 收机 准时通 道输 出伪码 与 真实 信 号 伪 接 码相 位差 在欺骗 信号 入侵 过程 中随 时间变 化 的关