卫星导航抗干扰接收系统技术分析
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作者: 李保东 徐昕诰 陈杨
摘 要 随着现代化信息技术的快速发展，卫星定位导航作为一种新型的星基无线电导航方式，在各个领域间得到了广泛的应用。然而卫星导航系统自身信号较弱且易受干扰，在很大程度上制约了卫星导航技术的发展，因此对具有抗干扰能力的卫星导航接收系统进行研发极具必要性。本文从卫星导航干扰技术入手，简要分析了卫星导航抗干扰接收技术。
关键词 卫星导航；抗干扰接收系统；分析
中图分类号 G2
文献标识码 A
文章编号 1674-6708（2016） 154-0036-01
卫星导航系统利用人造卫星发射导航信号，具有覆盖范围广、用户基数大的特点，所提供的导航信息也具有精度较高、种类较多的特点，有效地提高了国际导航定位水平。但其也面临着信道环境复杂、干扰形式多样化的问题，因此对卫星导航抗干扰接收系统技术进行分析具有一定的现实意义。
1 卫星导航系统干扰技术
卫星导航系统的接收机对不同类型的干扰信号会显示出不同的受干扰程度，主要干扰类型可以分为扫频等幅波、调幅等幅波、脉冲等幅波、相移键控法伪噪声等类型。人为的卫星导航干扰技术依据干扰体制的不同主要分为压制性干扰与欺骗式干扰两种。
1.1 压制式干扰
压制式干扰主要通过发射一定干扰信号以压制卫星导航GPS信号，使GPS接收机前端接收不到GPS卫星信号，从而使压制式干扰信号进入接收机后压制了人们需求的有用信号，使有用信号中包含的信息混淆化，难以进行正常解读，导致接收机难以准确地对卫星导航信号进行跟踪，从而实现干扰目的。基于GPS信号抗干扰性弱的特点，瞄准式、相关式以及阻塞式压制干扰的干扰性较为优秀。压制性干扰信号的热点主要是根据GPS信号特性设计的扫频式、单频式干扰，以及白噪式的宽带干扰。
1.2 欺骗式干扰
欺骗式干扰主要通过发射与卫星导航GPS信号相同参数的假信号，使接收机接收到虚假信息，产生错误的定位导航信息，从而达到相应的干扰目的。欺骗式干扰主要是针对卫星导航系统工作原理加以干扰，其干扰形式较为隐蔽，主要针对卫星导航系统的薄弱环节进行干扰。欺骗式干扰主要包括产生式欺骗干扰以及转发式欺骗干扰两种形式。产生式欺骗干扰会根据掌握的导航信息制作出参数接近的欺骗信号对接收机的信号接收工作进行混淆；转发式欺骗干扰是将拦截到的卫星导航信号进行放大或延时后发送至信号接收机，使得接收机接收到的信号发生变化，从而影响导航定位的准确性。
2 卫星导航抗干扰技术发展现状
由于现阶段卫星导航技术在军事领域应用较为广泛，而卫星导航信号由于自身特性易受到敌方压制式干扰与欺骗式干扰的影响，提高卫星导航抗干扰能力成为世界各国提升军事实力以及综合国力的重要措施。
2.1 卫星优化抗干扰技术
卫星导航抗干扰技术主要通过适当提高导航卫星的发生功率，以及采用更精准的原子钟、方向性更强的星载天线提高卫星导航系统的抗干扰能力。随着航天技术的不断发展，现役的GPS星座卫星逐渐进入了退役期，具有波束发射能力以及军用M码的卫星逐渐得到了应用。对导航卫星的抗干扰技术进行优化可以有效地提升信息定位、信息导航的抗干扰能力，提高卫星导航系统的稳定性。
2.2 惯性导航系统结合技术
惯性导航系统可以为信号传输提供一定的记忆功能，在GPS信号受到压制式干扰或欺骗式干扰式可以及时地恢复正常。将卫星导航信号与惯性导航系统相结合，有利于提高接收机重新捕获GPS信号的效率，卫星导航信号具有高精度特性，惯性导航系统具有短期精度特性，通过将二者有机结合起来，可以有效地提升卫星导航系统的抗干扰能力。
2.3 伪卫星技术
伪卫星技术主要通过安装地面虚拟机或者在无人机上装载记载转发器，构成一个虚拟的GPS卫星星座，从而转发加密的高功率GPS信号。这些伪卫星通过直接发射的形式对信号进行传输，极大地提高了导航卫星信号强度，降低了干扰性。无人机装载的伪卫星主要使用波束形成天线，在受到压制式干扰与欺骗式干扰时仍然可以对信号进行接收，并对位置信息进行解码。伪卫星发射的高功率的加密信号减轻了接收机设备的抗干扰压力，提高了接收机对卫星导航信号的捕获能力提高了定位精度。
2.4 幅相对消技术
幅相对消技术是一种双孔径技术，采用了无人机顶部天线以及底部天线的双天线模式，分别对干扰性信号与有用信号进行接收，并通过对所有接收到的信号进行整合与分析，对干扰信号进行消除。幅相对消技术可以应用于复杂的信道环境中，其双孔径需要安装于飞顶部与底部的统一垂线上。
2.5 自适应天线技术
由于卫星导航信号抗干扰性较弱，很容易湮没在干扰信号中。自适应天线技术依据这一特点，依据接收准则对天线阵元的幅度进行自动调节，并通过相位加权达到良好的接收效果，使阵列方向图在干扰信号方向实现足够深的零陷，从而最大限度地对输入总功率进行抑制。自适应天线技术通过有序结合天线阵列信号形成多波束模式，从而实现对强干扰信号的抑制，使强干扰电频降低至低噪声水平，提高卫星导航系统的空域抗干扰能力。
2.6 频域滤波技术
频域滤波技术使用于带宽有限的窄带干扰、某些类型的宽带干扰、等幅干扰以及较强的带外干扰。频域滤波技术主要通过时频分析将干扰信号与有效信号进行分离，并对干扰信号加以抑制。对于窄带干扰与等幅干扰一般在频域内特定位置利用陷波法加以抑制，而对于某些类型的宽带干扰与较强的带外干扰，可以直接以普通滤波进行抑制。
2.7 时域滤波技术
时域滤波技术是对信号在时域内进行处理的单孔径技术，时域滤波可以有效地抑制窄带干扰以及连续波干扰。不过时域滤波技术在对干扰信号进行抑制时，会在一定程度上对有用信号进行抑制。
3 卫星导航抗干扰接收技术研究策略
1）深入研究信源参数估测工作。现阶段卫星导航信号在复杂传播环境下的估测算法都是基于均匀线阵的，确实具备较高的抗干扰性能以及准确性。不过二维DOA较之传统的一维DOA包含了更多的位置信息，更为符合接收机接收信号的需要，因此卫星导航抗干扰技术应当深入研究信源参数的估测工作，加强二维DOA估计的研究。
2）深入非平稳干扰抑制的研究。卫星导航抗干扰技术可以深入研究采用分数阶傅里叶变化估计的非平稳干扰抑制参数，并分析其产生的误差对于抗干扰性能的影响，从而提高对干扰信号参数估测的准确性，提高抗干扰算法抵抗非平稳干扰的能力。
3）随着卫星导航抗干扰接收技术研究的深入，利用凸优化技术可以对绝大多数非凸优化问题进行简化，并提高凸优化问题解决的便捷性。基于凸优化技术的文件波束形成的干扰抑制技术，可以作为卫星导航抗干扰技术的重要发展方向。
4 结论
总而言之，卫星导航系统作为一种新型的空基无线电导航系统，对全球GPS技术的现代化发展展现出了一系列优势，解决了空间层面上各类运行平台的定位导航问题。然而受制于其以受信号弱、抗干扰性差的特性，在信息导航战的复杂信道环境下是否具备优秀的抗干扰能力影响了其只能的发挥水平，因此提升卫星导航抗干扰接收系统技术具有一定的必要性。
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