GPS干扰与抗干扰能力分析

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GPS干扰与抗干扰能力分析
顾云涛D 王忠 田海涛。
(海军驻西安二十所军事代表室” 西安 710068)(海军驻广州地区舰船配套军事代表室
(中国舰船研究设计中心 武汉430064)
摘要分析了GPS干扰与抗干扰能力。讨论了压制式干扰和干扰组阵对C／A码接收机的影响，并分析了自适应调
零天线对抗干扰的有效性。
关键词GPS；抗干扰；自适应调零天线
中图分类号TM15
Discussion about the Jam and Anti．Jam Abilities of GPS
Gu Yuntao W ang Zhong。 Tian Haitao3’
(Military Representative Office of Navy in No．20 Research Institute” ，Xi’an 710068)
(Military Representative Office of Ship Maching of Navy in Guangzhou Area ，Guangzhou 511300)
(China Ship Development and Design Center ，W uhan 430064)
Abstract The Jam and anti jam abilities of GPS are discussed．The influence on C／A Code receiver under Jamming and
interfere organizing is given．The validity of adaptive nulling antenna is analyzed．
Key Words GPS，anti-jamming，adaptive nulling antenna
Class Number TM1 5
1 引言
一般的C／A码GPS接收机抗干扰能力十分
有限。压制式干扰是GPS接收机面临的最大威
胁，单一的干扰机就可能对接收机构成影响，为了
确保干扰效果，一般采用多个干扰机组阵。下面针
对压制式于扰机及干扰机组阵情况下对GPS的影
响进行了分析，并讨论了对抗干扰的方法。以往的
GPS干扰与抗于扰分析仅从纯功率理论计算考虑，
分析中并未对许多实际条件加以考虑，如地球曲
率、天线特性、调零天线抗干扰性能等，本文的分析
加入了这些条件。
2 对GPS的干扰能力分析[1 ]
本文所有对电磁干扰环境的分析，考虑到了如
下因素：
· 地球曲率：由于地球是一个不规则的球体，
地球的曲率对干扰的视线存在着明显的影响，干扰
视距公式为R。一3．57×(v／H，+v／H )，式中R。
为作用距离(kin)，H，为干扰机高度(m)，H 为
GPS接收机高度(m)，本文的分析平面为海拔10m
的水平面，所有图中距离单位为km。
· 大气折射：由于大气对微波信号有一定的折
射作用，需对以上公式进行修正R。=4．124×
H1_jr、，HcPs
· 电磁衰减：当波长为 的微波信号在自用空
间传播距离d 时，其路径损耗为P 一20*log
(4nd／2)(dB)。
· 接收机天线的方向图：接收机天线的典型方
向图见图1，俯仰角小于5。时，信号有10dB衰减，
俯仰角小于一15。时，信号有大于20dB衰减。
收稿日期：2010年9月3日，修回日期：2010年1O月7日
作者简介：顾云涛，男，工程师，研究方向：卫星导航。王忠，男，工程师，研究方向：雷达导航。田海涛，男，工程师，研
究方向：舰船电子信息。
2011年第2期 舰船电子工程 63
图1 典型GPS接收机天线方向图
干扰机特性：干扰机的天线均认为是全向的，
等效发射功率为100W。
接收机特性：干扰强度大于一13OdBw 时GPS
接收机失锁或信息不可用。
图2～图4表示的是单干扰机情况下的电磁干
扰环境和接收机工作状态，干扰机位于圆心，左边
图为离干扰机不同距离时干扰信号能量强度的变
化；右边图显示的是C／A码接收机在分析平面内
信息可用区域，图2～ 图4干扰机升空高度分别为
100m、lkm、5kin 时情况。右侧的接收机工作状态
图中颜色对应值三三3时接收机失锁或信息不可用，
对应值三==22时接收机受到影响，定位精度降低。
接收机失效半径：152km，接收机受影响半径：308km
从上面图可以看出，单干扰机已对C／A码接
收机构成较大威胁，100W 的干扰机影响区域半径
可能超过二百多公里；而且干扰机升空高度越高，
影响区域半径越大。
图5是18部干扰机的干扰效果仿真结果，其
摆放位置如下所示，内圈半径为25kin，干扰机数目
为4个；中圈半径为50km，干扰机数目为6个；外
圈半径为100km，干扰机数目为8个。左边图为离
干扰机不同距离时干扰强度的变化；右边图显示的
是C／A码接收机空间中信息可用Ⅸ域。
j●
一 uu U uu 一2l_u U 0U
x—axis x—a~iS
图5 干扰机外圈高度为lkm，内、中圈高度为100m，
接收机失效半径：244km，接收机受影响半径：~>400km
从上面图可以看出，多个干扰机布阵以后，电
磁环境更为恶化，接收机不可使用范围急剧增加。
3 采用GPS自适应调零天线技术后
的抗干扰能力[ ]
3．1 自适应调零天线技术
自适应调零天线技术是一种对抗压制式干扰
的有效手段，当干扰机数目小于阵列天线单元数目
减一时，其信干比改善度可大幅提高。我们认为，
将原有单一GPS接收天线用调零天线替换，具有
较好的抗干扰能力。
3．2 空间存在少量干扰的情况
图6、图7、图8为在一个干扰机的干扰下，使
用自适应调零天线情况下C／A码接收机信息的可
用区域。使用自适应调零天线技术后接收机失效
半径分别减小为1．5km、4．7kin、0．5kin，分别缩小
38倍、30．6倍、304倍。
从上面使用自适应调零天线技术对接收机工
作状况的影响可以看出：自适应调零天线对抗单个
干扰机时能取得非常明显的效果，干扰机升空高度
越高影响范围越大这一结论对于调零天线不适用。
事实上自适应调零天线在对抗干扰机数目少于调
零天线阵元数的情况下，都能取得非常好的效果。
另外，经过实测，即使在干扰机数目多于调零天线
阵元数的情况下，如果相对于调零天线来说，某些
干扰机的空间角度相差不大，此时可以把这些干扰
(下转第101页)
2011年第2期 舰船电子工程 1O1
下平滑后的设计数据与测试数据的比对见图5。
从曲线的对比中可以看到，雷达靶点频RCS的测
量与计算结果在量级和变化趋势上基本保持一致。
60
5O
盖40
3O
昌20
i0
O
【 二
≤ i I J
～ 寸 一，＼
J ． J
I
I }i
O
Azimuth angle(。1 Azimuth angle(。)
图5 雷达靶一种组合测试数据与计算数据平滑前后比较
4 结语
体目标水面雷达靶克服了点源雷达靶的缺点，
构成了多散射中心的分布，提高了模拟逼真度。此
雷达靶已成功地应用于某反舰武器试验，具有模拟
目标种类多、逼真性高、装配、拆卸简单和维修性好
等优点，在实际靶场使用中取得了良好的效果。
参考文献
[1]王文斌．海军装备试验靶标技术[M]．北京：国防工业
出版社，2007
[2]黄培康．雷达目标特性[M]．北京：电子工业出版社，
2004
[33阮颖铮．雷达截面与隐身技术[M]．北京：国防工业出
版社，1998
[4]张居风，冯德军，王雪松．雷达目标动态RCS仿真研究
[J]．系统仿真学报，2005(4)
[5]何国瑜，芦才成，等．电磁散射的计算和测量[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2006
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(上接第63页)
机等效为一个干扰机而被抑制掉。也就是若干扰 天线仍可工作。
机分布在较小空域内(相对接收机的方位角)，调零
要
300 [ 300
200
100
蔷0
— 100
— 200
— 300 叠 一200 0 200
X-axis
300
200
100
嵩0
一100
— 200
— 3OO 200 0 200
x．ax1s
图6 升空高度：100m可用区域 图7 升空高度lkm可用区域 图8 升空高度5km n-T／~区域
(干扰机高度升高后，与接收机距离增加，对调零天线的影响减小)
3．3 空间存在大量干扰的情况
图9为18部干扰机的干扰下(干扰机的摆放
位置与图5相同)，使用自适应调零天线情况下
C／A码接收机信息的可用区域：
300
200
∞
100
菩0
一100
— 200
— 3OO ◇ 一200 0 200
X-axiS
图9 干扰机组阵 调零天线司用区域
使用自适应调零天线技术后接收机失效半径
为106km，缩小2．3倍。
从上面是否使用自适应调零天线技术对接收
机工作状况的对比图中可以看出：在干扰机布阵
(干扰机个数远大于自适应调零天线阵元数)的情
况下，自适应调零天线的效果还是很明显的。
4 结语
本文在给出了压制式干扰和干扰机组阵对
GPS C／A码接收机影响的基础上，分析了调零天
线对抗压制式干扰的有效性。
参考文献
E1]熊志昂，李红瑞，赖顺香．GPS技术与工程应用[M]．北
京：国防工业出版社，2005
[2]周坤芳，周湘蓉，李德武．对GPS／INS制导巡航导弹
GPS干扰方法的研讨[J]．航空电子技术，2005，36(3)：
1～ 5
[3]迟刚，王大华．巡航导弹的特点及防御方法分析[J]．弹
箭制导学报，2001，21(4)：40~43
E4]陈开林．干扰机组阵制造假目标干扰技术[J]．电子对
抗技术，1998，13(6)：1～5
[5]Mohamed E A．Adaptive antenna utilizing power inver—
sion and linearly constrained minimum variance algo—
rithms[J]．Chinese Journal of Aeronautics．2005．18
(2)：153～ 】60
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2014-9-29 20:01 上传

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