导航战及GPS干扰导航战是指在战场环境下用电子干扰的方法对敌

1. 导航战及GPS干扰导航战是指在战场环境下,用电子干扰的方法对敌方导航系统进行干扰或攻击,使其不能正常导航或降低导航精度,并对敌方对己方导航系统所实施的干扰进行抗干扰,使其在干扰条件下仍能高精度地工作。

GPS干扰:(1) 瞄准式阻塞干扰保证阻塞式干扰在GPS 接收机的带宽内产生均匀的干扰频谱(梭状和连续波) , 在时域上呈等幅包络, 该干扰信号的功率达到一定程度时, 便可对GPS 信号产生全面的阻塞作用. (2) 伪随机噪声阻塞干扰人为地产生伪随机码噪声, 这些伪随机码噪声在被GPS 接收机相关解扩过程后的信号功率只要大于GPS 接收机的干信比, 就足以有效干扰GPS接收机.(3) 转发式欺骗干扰将某一区域内GPS 卫星信号通过一些特殊的设备(如DRFM) 进行降频、采样、存储、延时、调制、再升频后转发出去. 这样在空中就形成与GPS接收机真实信号相参性很好的欺骗信号, 通过GPS接收机相关解扩后, 起到欺骗使用. 这些信号人为地改变了在空中的传输时间、相位和频率. 最终使得GPS 接收机的定位精度产生很大误差.(4) 组合干扰由于每一种干扰方式的优缺点不尽相同, 为了取长补短, 我们可以同时采用两种或两种以上的干扰方式, 以求达到更好的干扰效果. 如伪随机噪声阻塞干扰与转发式欺骗干扰的组合.2. GPS抗干扰措施由于GPS空间卫星的设计起点主要考虑战争环境下导航和定位的军事安全，而没有把干扰环境下的工作能力提到突出的位置。

实际上，GPS卫星信号到达地面用户时其信号很弱，信噪比很低，从而导致了GPS用户接收机很容易遭受欺骗性干扰和压制性干扰。

加上导航战中民用频段的军用化，导致美国与其敌对双方突出较量于战场，迫使其GPS系统不得不采取抗干扰措施或者改革其体制。

为此，美军正在从GPS卫星、地面控制站、用户接收设备等方面采取措施，提高该系统的抗干扰能力。

其中主要包括：①提高GPS星座后续星的发射功率，研制第三代GPS卫星；②军用GPS接收机采用保密结构、自适应调零天线、抗干扰信号处理技术；③在武器应用方面，特别强调复合使用GPS与惯性制导系统（INS），“联合直接攻击弹药”（JDAM）就是如此；④研制GPS干扰源探测定位系统。

2.1 美国GPS抗干扰技术研究现状：一、研制抗干扰GPS 接收机天线。

美国陆军航空与导弹司令部导弹研究发展与工程中心将投资“创新研究”工程,研制小型廉价的GPS 接收机天线,用于各种导弹和火箭弹上的GPS 接收机。

目前这类弹药上的GPS 接收机天线对干扰信号的跟踪和抑制过程需要50 秒,而有效制导多管火箭炮和陆军战术导弹系统要求该过程不能超过10 毫秒,所以必须使用小于10 ×10 ×2. 5cm3 的天线。

“创新研究”计划的目标是研制一种可抗连续波、宽带噪声、脉冲等多种干扰的抗干扰GPS 接收机天线,并用其取代现有天线。

如果获得成功,将制造10 套天线用于飞行等各种试验。

二、研制新型抗干扰GPS 接收机。

美国洛克希德——马丁公司与洛克韦尔·科林斯公司合作,已研制出实验型抗干扰GPS 接收机,即“GPS 空间时间抗干扰接收机”( G -STAR) 。

G - STAR 抗干扰接收机采用数字信号处理技术,以滤掉、抑制各种干扰信号;采用自适应技术,在抑制干扰信号的同时,能自动指向GPS 卫星的波束。

该系统包括一个宽动态范围的射频前端，它可以将输入信号转为瞬时频率。

然后，瞬时频率被送入能减少或消除干扰的“射束形成器”，并在此进行模数转换，转换后的数据随后被送入完全数字化的GPS接收机。

其特点是:在抑制干扰信号的同时，能融合各天线接收到的信号，形成指向GPS卫星的波束;能进行数字信号处理，滤掉干扰源信号:还具有波束指向、抑制和过滤各种干扰的能力，以适应环境的变化(包括平台或干扰源的移动)。

系统除了具有数字能力外，还具有可编程能力，并且是模块化的，并利用具有“空间时间自适应处理”功能的现成商业部件增强抗干扰能力。

G-STAR系统比目前其他接收机的抗干扰能力更强，有广泛的应用。

美国将在2005年发射的第7颗GPS-2F卫星上开始使用新型信号结构。

这样，除更加保密外，还可实现6dB的信号/干扰比的改善。

为此，正在研制不受干扰和欺骗的GPS接收机应用模块(GRAM)和选择利用抗欺骗模块(SAASM)，同时装有这两种模块的接收机被称为“国防部高级GPS接收机(DARG)”。

新一代GPS接收机两项最为重要的技术是GPS接收机应用组件(GRAM)和有选择地利用或防欺骗模块(SAASM)。

其中GRAM是一种标准电子插件，其规定了抗干扰滤波模块的基本功能，相应的硬软件技术标准等。

可将其加在未来的飞机、舰艇、导弹和各种武器中，目的是确保安全性、互通性，减少非标准接口、定义和功能的数目。

所有的GRAM将采用开放式系统结构，能灵活地增加、替代或取消系统中的某些元件。

SAASM是第二代的GPS安全模块，用于保护保密的GPS算法、数据和校准，它将集成到接收机应用模块中。

这种集成技术将提高GPS 系统的安全性，使GPS接收机更易于维护，降低其费用。

三、增大卫星发射信号功率。

增大卫星发射信号功率可以提高GPS 信号的幅度和与干扰信号的信噪比,使敌方现有的干扰机失效,敌方只能进一步增强干扰机的功率,这样就极易被美军的机载无源探测系统等侦察器材发现,并可能立即遭到反辐射武器的打击。

四、研制新型导航系统。

美国国防部正在考虑的方案包括:一方面改进洛克希德———马丁公司制造的目前一代最后12 颗GPS2R 卫星,使卫星具有提供更多军、民信号的能力,并使其具有对发射信号重新编程功能。

另一方面研制新型的GPS2F导航卫星。

美国空军已经明确向波音公司订购6颗和意向订购27 颗GPS2F 卫星,并计划从2005年开始逐渐用GPS2F 取代目前的GPS2R 卫星,GPS2F 导航卫星具有较强的抗干扰能力和防截获能力。

对伊战争中, GPS 精确制导武器的大量成功使用以及伊方对GPS 干扰的不奏效,极大地激发了美国军方进一步发展GPS 的积极性。

洛克希德·马丁和Spectrum Astro 公司将联合起来与波音公司竞争GPS Ⅲ卫星的开发权。

原定在2012 财年的第一颗GPS Ⅲ卫星发射有可能提前到2010财年。

五、建立独立的军用GPS 系统（针对GPS空间卫星的抗干扰措施）。

由于目前的GPS 系统是一种军民共用资源,存在种种弊端,独特的GPS系统是将军、民用信号频段分开，既可增强军用信号功率达到提高抗干扰之目的，又不影响民用信号的性能；在战争期间还可以将战区内民用信号干扰掉而不影响美军导航战的正常使用；如将P码采取抗欺骗措施后改制成Y码，可大幅度降低接收机受假信号欺骗干扰的能力。

六、伪卫星技术（针对GPS空间卫星的抗干扰措施）伪卫星技术是指利用装载在无人机或地面上的“虚拟机”构成虚拟的GPS星座转发的高功率加密GPS信号。

美国国防部高级研究计划局(DARPA )提出一个GPX伪卫星计划。

该计划是利用四架无人机或地面上虚拟机转发经过放大的GPS信号，在战场上空构成一个虚拟GPS星座。

据称四架“全球鹰”无人机可以覆盖360平方公里的战区。

在该计划中，只须将现有的GPS 接收机软件它是由无人机和地面站形成的四颗伪卫星上发射高功率信号, 从而在战区上空生成一个伪GPS星座。

目该技术面临的难题主要是如何利用所得到的低数据率信息(接收机)获知四颗伪卫星的位置。

对机载伪卫星方案而言, 无人机必须连续发射其位置信息, 因此对设计者而言, 主要任务是在50bit/ s的信息中发送伪卫星星历。

尽管无人机飞行相当平稳, 但任何运动都将产生位置上的不确定性。

因此, 与利用卫星星座相比, 其总的位置误差要增加约20%。

美国国防高级研究计划局已经在军刀和探索者无人机上进行了单颗伪卫星的试验。

据称, 采用机载伪卫星, 定位精从2. 7m下降到4. 3m。

如果采用地面发射塔作为伪卫星，精度会明显上升，但又面临一个覆盖范围受限的问题。

采用伪卫星技术时，虚拟机能转发10OW的信号，比直接从GPS卫星接收的信号强度增大45dB，可取得较好的抗干扰能力。

七、采用新型Lo信号频段（针对GPS空间卫星的抗干扰措施）。

新Lo信号频段包括第3民用信号频段L3＝1176.46Mhz.新军用信号频段Lm以及新调制并带有先进导航信号的军用Y码等，均具有相当强的抗干扰能力。

八、采用星载GPS干扰机（针对GPS空间卫星的抗干扰措施）。

未来GPS系统和导航战将采用星载干扰机以进攻促防御；强化卫星独立导航、先进控制和反卫星武器能力。

九、采用GPS/INS组合导航设备。

GPS 与INS 组合的结果,可以用INS 提供的平台速度信息辅助GPS 接收机和载波环与码环,使其环路带宽设计得很窄,从而提高GPS 接收机的信号/ 干扰比。

同时,即使GPS 接收机因干扰而短时间收不到信号,来自INS 的速度辅助仍会使之继续保持跟踪。

GPS 与INS 组合的结果可以使接收机抗干扰能力提高10～15 dB。

GPS可以在全球为用户全天候地提供精确的位置、速度和授时数据，导航数据稳定精确，但不能提供载体的姿态信息，工作性能受环境条件（山区、森林、隧洞、城市建筑及载体自身）、载体机动飞行和无线电干扰的影响。

惯性导航系统的优点是自主性好，不受环境、载体机动及无线电干扰的影响，能连续地提供全部导航参数（位置、速度和姿态），其数据更新率快、量程较大，且具有短时间内较高的相对精度。

但是随着工作时间的延长，导航误差随时间积累增长，对捷联系统来说还存在附加的动态误差。

实现以惯性系统为基础的GPS／SINS组合导航系统就可以优势互补、取长补短，其性能水平取决于IMU/ INS (惯性测量单元/ 惯性导航系统)准确度和GPS 卫星可见性。

用GPS接收机的高精度定位信息通过组合滤波器来标定和补偿捷联系统的积累误差，提高导航精度。

同时，利用捷联系统的速度和加速度信息对GPS接收机进行速度辅助，以提高GPS接收机的抗干扰能力和动态性能，即使在GPS接收机测量数据短时间出现故障或消失，惯性系统仍能独立工作并提供高精度的导航数据。

这是一个最佳组合方案，其性能、成本和体积均能满足各种运载器的导航技术要求。

但是，这种组合导航方案在实际应用中也存在一些不足之处：a) GPS为美国军方控制，他们对卫星系统施加SA噪声信号使接收机在使用C／A码的情况下精度下降，定位误差达到100 m。

另外，根据国际形势的发展，美国军方可能对外国用户进行区域性封锁、关闭，这对国外军事用户来说是值得警惕的。

为了减少这种风险，应该研究与发展多星座卫星导航系统与惯性系统的组合方式。