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摘要：首先闡述了衛星導航系統的重要性和廣泛用途，接著分析了衛星導航抗干擾的必要性，研究了目前衛星導航定位終端采用的自適應處理、調制新體制、多模復合和組合導航、反欺騙等典型的抗干擾技術，最后提出了衛星導航抗干擾向體系化、多域融合、導航智能體方向發展的趨勢，為新型全球導航衛星系統（GNSS）的設計、研制和驗證提供技術支撐。

關鍵詞：衛星導航；抗干擾；多域融合；導航智能體；發展趨勢

0引言

全球導航衛星系統具有范圍廣、全天候、全天時的精確授時、精密測量和精準導航能力，并可通過空間衛星及定位終端的多普勒變化，為各種動態導航定位終端提供速度及其速度變化率等動態參數，滿足空中、地面、水面運動目標的航跡規劃、航向糾偏、姿態校準等技術需求，因此，衛星導航定位系統已滲透到智慧交通和運輸、自動化工農業、物聯網和通信電力網、銀行和金融交易網等多個民用基礎設施，并已形成龐大的衛星導航產業鏈；同時GNSS接收終端已大量安裝在各種武器、載體平臺、通信系統、指揮控制系統等軍用設備，成為獲取戰爭勝利的倍增器，并將作為未來全維作戰優勢、全球精確打擊和機動能力、精確信息獲取和快捷的戰場支援的基礎設施[1]。目前在軌運行的衛星導航系統主要有“四大兩小”衛星導航系統，即美國的“全球定位系統”（GPS）、俄羅斯的“格洛納斯”（GLONASS）衛星導航系統、中國的“北斗”（BDS）衛星導航系統、歐洲的“伽利略”（Galileo）衛星導航系統等四個全球導航衛星系統，以及印度的區域導航衛星系統(IRNSS)和日本的“準天頂”(QZSS)衛星導航系統等兩個區域衛星導航系統。隨著衛星導航系統的地位越來越重要，對衛星導航進行對抗引起了多國的廣泛關注，干擾樣式、平臺、策略、效能等諸方面都被深入分析[1-3]，美國提出了導航戰和授時戰[4]，同時多國都研制了多款導航干擾機，因此提高衛星導航抗干擾技術，增強其抗有意和無意干擾的能力，成為導航接收終端設計、研制的重點和難點。

1衛星導航抗干擾方式

目前，衛星導航抗干擾技術主要體現在導航接收終端，通過自適應處理、采用新的調制方式、多模復合、組合導航等抗干擾手段，提升其對抗復雜電磁環境和人為有意干擾的能力。

1.1自適應信號處理技術[5]

典型的導航自適應信號處理技術為自適應調零天線，其本質上是一種空域濾波器，是陣列天線技術與自適應信號處理技術相結合產生的一種抗干擾技術，基本原理是：根據外界信號的來波方向與功率大小，通過自適應信號處理技術自動調整陣列天線方向圖的零點深度與零點方向，達到抑制干擾的目的，如圖1所示。由于導航信號淹沒在噪聲以下，噪聲基底可作為自適應調零天線功率最小化的閾值，而不影響導航信號的接收品質，所以自適應調零天線與導航接收機的“絕配”，極大提升其抗干擾能力。自適應調零天線將來自不同陣元的信號進行加權處理，從而在天線陣的方向圖中產生對著干擾源方向的零點，以減低干擾機的效能。可抵消的干擾源數量等于天線陣元數n減1。另外，為進一步提高空域調零天線的性能，達到提高綜合抗干擾能力的目的，采用“空時自適應抗干擾陣列天線”、“空域多波束抗干擾天線”，達到既增強了有用信號又抑制了干擾信號的雙重目的。對于空時自適應處理陣列理論，設該陣列單元總數為N，每個陣元設定的時域濾波器的階數為M，則該陣列天線自由度為(N-1)M，即能對抗的干擾源的最大數量為（N-1）M。自適應調零天線技術已廣泛應用于作戰飛機、精確制導彈藥、C4ISR等武器平臺，可使導航定位終端抗干擾能力大幅提高。美軍典型的自適應調零天線產品應用包括JDAM精確制導彈藥采用4陣元自適應調零天線、“戰斧”巡航導彈采用5陣元自適應調零天線、F⁃16戰斗機采用7陣元自適應調零天線、F⁃22戰斗機采用更為先進的7陣元空時自適應處理天線等。根據相關資料分析，可知自適應調零天線可使導航定位終端的抗干擾能力提升30~50dB。

1.2調制新體制

GNSS普遍采用直接序列擴頻（DS）技術，由數據信號疊加高頻偽隨機碼（PRN）擴展信號調制載波，擴頻信號占據著比傳輸的數據率更寬的帶寬，這種帶寬的冗余可以抑制干擾信號的副作用，并減少傳輸信號的功率峰值，使其有效地隱藏于噪聲背景下，增加了信號的隱蔽性和抗截獲性。新一代導航信號大量采用BOC(BinaryOffsetCarrier)、CBOC(CompositeBina⁃ryOffsetCarrier)和TMBOC(Time⁃MultiplexedBinaryOffsetCarrier)等調制方式，一方面可增加信號測量精度和抗多徑的能力，另一方面可實現軍民信號頻譜分離，具備在特殊狀態下，干擾民用信號、對軍用接收終端的影響較少的能力。同時，BOC具備上下2個邊帶，可以調制不同的信息，增加了導航信息傳遞的可靠性。另外，采用導頻信號，不調制導航電文，可以進行長時間積分，有利于捕獲相關峰。圖2給出了PLL抖動誤差與輸入C/N0的關系，通過仿真發現采用導頻信號的長時間積分，減少PLL熱噪聲抖動，可以降低跟蹤門限的C/N0值，達到抗干擾的目的。

1.3多模復合技術

隨著“四大兩小”衛星導航系統的發展和完善，現有衛星導航定位終端逐漸由傳統的GPS系統接收定位向多系統聯合的多模復合接收定位發展，可用頻點由GPS系統的L1/L2向GLONASS的G1/G2、GALI⁃LEO的E1/E5/E6等擴展，信號帶寬由GPS系統擴展至整個衛星導航信號頻段(1160~1615MHz)和S頻段，如表1所示。相對單模接收終端，多模復合導航接收終端的可用衛星數量顯著增多，其定位精度、完好性和連續性等指標均得到改善；當一個導航系統遭到破壞時，可以采用其它導航系統，同時，各種導航系統采用不同的技術體制，如GPS、Galileo和BDS采用CDMA，而GLONASS采用TDMA，并且信號帶寬、頻點不盡相同，提高了導航終端對衛星的可信利用和抗干擾能力。

1.4多組合抗干擾技術

衛星導航可與慣性導航（INS）、雷達高度表、地形匹配、光電制導等組合，形成復合制導方式，可大大提升導航定位終端的抗干擾性能。目前，組合比較普遍的是GNSS/INS。絕大多數的遠程精確打擊武器及攻擊彈藥、作戰武器平臺都采用了GNSS/INS組合導航定位技術，利用GNSS定位信息對INS進行輔助，降低INS誤差隨時間的積累，大大提高了導航精度。同時，INS也可對GNSS導航定位終端進行輔助，解決了GNSS導航定位終端的高動態應用問題，并提高了其抗干擾能力。組合導航設備利用衛星導航長期高精度的優勢和慣導短時高精度抗干擾的優勢，構成互補。技術體制上，組合導航分為松組合、緊組合與超緊組合。松組合利用GPS與慣導各自輸出的定位解算結果進行融合定位；緊組合融合GPS與慣導的偽距與偽距率進行綜合定位；超緊組合使用融合后的定位結果對GPS的信號捕獲與跟蹤進行輔助，提高導航設備的動態性能。

1.5反欺騙干擾技術[6]

通過基于載噪比C/N0的檢測技術來實施。大部分GPS接收終端將載噪比C/N0作為衡量所接收到的信號質量的一個參數。因為接收到的信號噪聲功率基本恒定，而信號功率通常也是恒定的，受到遮擋、路徑損耗增大的情況下接收到的信號功率會變小，所以可以檢測信噪比值，如果超出正常信號載噪比值，則很可能為欺騙信號。同時因為衛星與接收終端之間的距離較大，在開闊地的情況下，衛星的移動和電離層的變化會引起接收信號功率的一個平緩的變化，所以，當接收終端接收到的載噪比發生一個突然增加的變化且載噪比增加值超出正常值范圍時，就說明接收終端接收到了一個更高功率的欺騙信號。接收終端可以連續地監測信號載噪比的狀態，并找到所有出現的信號載噪比不尋常的突變。通常欺騙干擾機采用單一信號發射天線，這樣所有信號都從一個方向到達接收終端，欺騙信號入射角度與真實信號存在差異，所以可以采用雙天線或多天線的結構，配合信號處理部分進行欺騙信號檢測。

2衛星導航抗干擾技術發展趨勢

衛星導航接收終端的核心是抗干擾和定位授時高精度，而抗干擾是高精度的保障，因此GNSS優先要做的事情是“除了抗干擾，還是抗干擾和抗干擾”。

2.1從系統角度全面提升衛星導航抗干擾能力

未來的導航系統將站在系統的角度，從空間段、地面段和用戶段全面提升其抗干擾能力。在空間段，對導航衛星采用“增功率、點波束、加星鏈”等方式提升其抗干擾能力。低功耗、小型化等器件的發展，為導航衛星發射功率提升提供了技術基礎，據報道，GPSIII的功率相對于GPSII提升4dB以上；利用高增益點波束天線，能對選定地區集中更高的功率，可提高信號強度，GPSIII的點波束可提升20dB抗干擾能力；采用高頻段星間鏈路，增加了可視衛星數目，可使用戶的精度、連續性和完善性更好，寬帶星間鏈路組成一個空間網絡，提供對所有衛星的持續連通能力。持續連通能力使得實現“連通一顆即連通整網”的運行概念成為可能，實現對星座的實時、連續和動態監視，保障導航信息的實時性和有效性。GPSⅢ運行結構圖如圖3所示。“北斗”衛星采用Ka頻段星間鏈路進行星間測距、自主導航和星間通信，提升了抗攻擊的能力。在控制段，將監測、注入站移到本土加強其抗干擾能力。美國將在GPSⅢ階段改變上行注入策略，取消海外注入站，將全球布站收縮為本地布站，僅利用本土注入站在星地之間建立高速上行通道，借助星間鏈路向全星座分發導航電文等數據，僅需一副注入天線就可實現“一點通，全網通”，同樣可實現全星座、全弧度、全時段注入。GLONASS利用量子⁃光學站（激光站）、場控制設備等增加控制段的抗干擾能力。隨著小型化、低功耗器件的飛速發展，量子計算、智能計算的跨越式進步，在接收終端的抗干擾新技術將會更加層出不窮。

2.2多域融合提升其抗干擾能力

GNSS本身就存在多個冗余，從空間上，僅可見4顆導航衛星既可實現定位，而現在GPS、GLONASS和BDS在中低緯度一般可見7顆以上衛星，在某些時間段可見十幾顆衛星。從頻點上，每個衛星導航系統都存在多個頻點，除了消除電離層、對流層誤差外，還可以作為頻域備份，僅對一個頻點的干擾不能從本質上影響定位結果。GNSS為了進一步提升其抗干擾能力，將會加強多域融合抗干擾能力。具體體現在：進一步加強導航系統間融合，未來將把GNSS的每顆衛星同等看待進行幾何精度因子（GDOP）最大化選取，衛星信號捕獲、跟蹤、解算將高度融合；增進其他系統的融合導航，包含通信網、移動網、天文導航等定時信息的融合，多授時定位手段為導航終端提供時空基準能力。同時在處理方式上，將空域、時域、頻域、碼域、極化域融合，全面提升其抗多源、寬帶、突發和欺騙等干擾方式的能力。

2.3智能化提升衛星導航抗干擾能力

隨著集成化、智能化和網絡化技術的發展，未來導航接收終端將進化為導航智能體，利用智能對消技術，增加導航接收抗噪聲和有意干擾的能力；采用智能選擇技術，為多星座、多體制、多角度、多時延等提供真實、可信的可用衛星數；采用智能決策技術，通過對各種干擾調制樣式、帶寬、功率等參數的訓練和對抗，建立干擾博弈數據庫，增加導航接收終端對各種干擾的自適應反制能力。

2.4硬件新技術提升衛星導航抗干擾能力

在硬件設計上，通過高精度時鐘（如量子時鐘）縮短衛星捕獲窗口，減少衛星的首次定位時間、重捕時間；利用多通道集成相關技術，增加信號的捕獲和跟蹤能力；利用高性能計算技術，縮短導航解算和定位時間。

3結束語

本文分析了自適應處理、多調制信號、多模復合、組合導航、抗欺騙等典型衛星導航抗干擾技術，并提出抗干擾技術朝著體系抗干擾、多域融合和智能化方向發展的趨勢，為導航抗干擾接收終端的設計、研制、測試和驗證提供技術參考。

作者:朱明峰 秦昕 游敬云 單位:中國電子科技集團公司第三十六研究所 火箭軍裝備部駐上海地區軍事代表室