CN108562915A - 一种gps压制式干扰方式 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GPS压制式干扰方式，GPS导航电文的传输速率是50b/s，用来扩频的伪随机序列的码元为C/A码速率为1.023Mb/s，将1比特的GPS导航电文数据码被扩展到20460比特，由于C/A码的长度为1023，因此，一个C/A码的码元在20460个扩谱序列码的码片里重复20次，取1个C/A码，产生一个随机序列，随机序列的每一比特被重复1023次，将C/A码和随机序列相乘，以实现扩频的过程，经过BPSK调制之后，接收机前端会有高斯白噪声和人为干扰，通过开关来选择引入GOLD码宽带干扰。本发明的有益效果是本发明的宽带GOLD码干扰信号具有很好的干扰效果。

Description

一种GPS压制式干扰方式
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种GPS压制式干扰方式。
背景技术
在当今的信息时代，GPS卫星导航系统占据着越来越重要的地位，渗透到民用、军用的各个领域，本论文主要针对现代战争中电子对抗的需要，如何有效的干扰GPS信号也日渐成为各国对抗GPS的主要研究方向。
GPS系统由卫星、地面监控站和用户三个源以及由地面监控站向卫星注入导航电文和控制指令的上行通道、由卫星向用户广播导航电文的下行通道两条通道组成。GPS接收机为了获取所需的导航信息，始终打开，并且为了同时接收在空中运转的多颗GPS导航星的信号，其接收天线波束较宽，加上接收机相距导航星遥远，接收信号非常弱较，易于对GPS的下行信道进行干扰。对接收机的干扰可以采用两种完全不同的干扰体制，一种是压制式干扰，另一种是欺骗式干扰。压制式干扰虽然实现简单，但一般是以大功率阻塞或压制接收机来达到干扰目的，因而容易被反辐射设备侦察到，以致被GPS炸弹摧毁。所以在军事作战时不适合作为主要干扰方式。欺骗式干扰中，单频干扰很容易被时域频域滤波等抗干扰技术对付，对具有抗干扰措施的军用GPS接收机更难有效果
发明内容
本发明的目的在于提供一种GPS压制式干扰方式，本发明的有益效果是本发明的宽带GOLD码干扰信号具有很好的干扰效果。
本发明所采用的技术方案是GPS导航电文的传输速率是50b/s，用来扩频的伪随机序列的码元为C/A码速率为1.023Mb/s，将1比特的GPS导航电文数据码被扩展到20460比特，由于C/A码的长度为1023，因此，一个C/A码的码元在20460个扩谱序列码的码片里重复20次，取1个C/A码，产生一个随机序列，随机序列的每一比特被重复1023次，将C/A码和随机序列相乘，以实现扩频的过程，经过BPSK调制之后，接收机前端会有高斯白噪声和人为干扰，通过开关来选择引入GOLD码宽带干扰。
附图说明
图1是GPS下行链路的蒙特卡罗仿真模型示意图；
图2是Matlab仿真结果示意图；
图3是GPS压制式干扰实验(一)；
图4是GPS压制式干扰实验(二)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的欺骗干扰方式是可控式干扰，即先实施压制干扰，迫使GPS接收机失锁进入重新搜索状态，再降低功率，进行转发欺骗干扰。总的来说，实施欺骗式干扰的干扰机趋向智能化，既能准确估计目标所接收到的卫星信号的测量值的大小，并能离散地给这些测量加上一个适当的不可检测的偏移量，从而达到以较小的偏移量来保证破坏的有效性，进一步减小被检测出来的风险性。此外，欺骗式干扰不需要大功率，只需比GPS卫星信号适当高些就能达到目的，所以欺骗式干扰不易被侦测到。
如图1所示为GPS下行链路的蒙特卡罗仿真模型，在实际中，接收机前端的天线或天线阵列口面接收到的信号功率在-160dBW左右，而C/A码GPS接收机天线的增益可以达到43dB，因此，实际的GPS信号功率大约为-117dBW，即p＝10-11.7＝1.99×10-12W，该信号的功率太小，会影响到仿真的效果，因此，在加入高斯白噪声和干扰信号之前，我们对GPS信号的强度进行了归一化处理。
仿真结果分析
我们通过使用以下几个变量(如表1所示)，来具体分析有效功率模型中各个参量对GPS接收机的干扰效果。主要变量包括干扰功率Pj，干扰机和GPS接收机之间的距离Rj以及不同的干扰信号类型。仿真结果如图2。
表1干扰信号的参量变化
通过以上仿真，根据图2可以得到如下结论：
(1)在对接收机施加干扰的时候，宽带GOLD码信号比连续波信号更加有效。对比A——CW和B——Gold Code我们可以看出，在干扰距离相同时，如果连续波信号想得到和宽带GOLD码信号相同的干扰效果，则必须实施比宽带GOLD码信号高出3W的功率。
(2)从C——CW和D——Gold Code中可以看出，当设定的干扰距离和发射功率完全相同时，连续波信号干扰在干扰有效距离达到30km以后就完全失效，而宽带GOLD码信号的近似干扰零点为180km，比连续波信号高出150km。
(3)虽然我们选用的Gold序列和GPS中的C/A码序列相关系数较小，我们仍然可以得到较好的干扰效果。(通常情况下，当误码率超出0.1时，我们就认定其为成功干扰)。
压制式干扰具体实验
如图3所示的GPS压制式干扰实验(一)的实验过程：
1)将GPS接收机的串口线连接到微机的串口上，将天线固定于室外，此时一般能从NMEAVWX软件上看到5到8颗GPS卫星及其位置分布；
2)将信号源的输出端接入到一个微型天线，将天线的方向对准GPS接收机的天线，二者距离为1米；
3)操作信号源和频谱仪，使信号源产生一个中心频率为1575.42MHz、功率为-58dBm的单频信号，作为GPS接收机的干扰信号，并用频谱仪校准，改变其中心频率、功率，验证不同功率不同频率下的单频信号干扰效果；
4)调整信号源，使其输出中心频率1575.42MHz、带宽2.046M的扫频干扰信号，改变其功率、扫频速度，以验证不同功率不同扫频速度的干扰信号对GPS接收机的干扰效果。
说明：(1)当NMEAWX软件上看到的卫星数小于等于3时，即认为干扰成功。
(2)由于被干扰GPS接收机的天线是全向天线，因此干扰源的方向只需对准GPS接收机即可。
如图4所示的GPS压制式干扰实验(二)的实验过程：
将GPS系统的天线缚于弹壳正上方，弹壳置于约100米的楼顶边缘；
信号源置于楼底，并将天线对准楼顶的弹壳；
取各种不同的干扰功率，记录对GPS接收机的影响。
实验结果及分析
实验(一)的结果(距离1m)
如表2～7所示。
表2功率对GPS接收机的影响
表3频率对GPS接收机的影响(功率均为－50dBm，以0.1M递增)
表4频率对GPS接收机的影响(功率均为－54dBm，以0.01M递增)
表5频率对GPS接收机的影响(功率均为－54dBm，以0.001M递增)
表6扫频速度对GPS接收机的干扰效果(带宽2.046M，中心频率1575.42，功率－55dBm)
表7功率对干扰效果的影响(带宽2.046M，中心频率1575.42，扫频速度10ms/次)
实验(一)结果分析
(1)由表2可知，功率越大，干扰效果越好，功率在－54dBm以上就可以成功干扰。
(2)由表3、4、5可以看出，除了极少数点外干扰信号越靠近中心频率1575.42MHz，干扰效果越好，在1575.22～1575.92MHz范围内可以使GPS系统失效(基于4颗卫星定位的结论)。由于实验中干扰距离只有1m，所以只需-50dBm的功率就能达到效果。考虑天线增益基本与馈线损耗相抵消，根据自由空间链路损耗Lbs，不难算得此时到达GPS接收机处的压制干扰功率电平为
-50dBm-Lbs＝-50dBm-(32.45+20lgf+20lgd)
＝-50dBm-(32.45+64-60)
≈-87dBm
(3)由表6与表7可以看出，扫频干扰的速度对干扰效果影响较大，当扫描速度为10ms/次时，没有干扰效果，即使增加功率，仍然没有干扰效果。
实验(二)的结果(无干扰时为8颗卫星)
如表8所示。
表8干扰信号功率对GPS接收机的影响
实验(二)的结果分析
可见，当干扰源在目标接收机下方100米时，干扰功率要达到－1dBm以上才能够成功干扰GPS接收机。考虑天线增益基本与馈线损耗相抵消，根据自由空间链路损耗Lbs，不难算得此时到达GPS接收机处的压制干扰功率电平为
1dBm-Lbs＝1dBm-(32.45+20lgf+20lgd)
＝1dBm-32.45-64+17.4
≈-84dBm
本发明方法实验采用现有设备，包括频谱仪、信号源、民用GPS接收机和装有NMEAVWX的电脑，采用单频干扰、扫频干扰等方式对GPS接收机进行干扰，因为所采用的GPS接收机是民用型无抗干扰措施，所以干扰效果很明显。实验结果表明，单频信号频率越接近1575.42MHz，干扰效果越好。
然而，单频干扰很容易被时域频域滤波等抗干扰技术对付，对具有抗干扰措施的军用GPS接收机更难有效果，因此比照前面的仿真结果，压制式干扰还是Gold码宽频干扰效果较好。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种GPS压制式干扰方式，其特征在于：GPS导航电文的传输速率是50b/s，用来扩频的伪随机序列的码元为C/A码速率为1.023Mb/s，将1比特的GPS导航电文数据码被扩展到20460比特，由于C/A码的长度为1023，因此，一个C/A码的码元在20460个扩谱序列码的码片里重复20次，取1个C/A码，产生一个随机序列，随机序列的每一比特被重复1023次，将C/A码和随机序列相乘，以实现扩频的过程，经过BPSK调制之后，接收机前端会有高斯白噪声和人为干扰，通过开关来选择引入GOLD码宽带干扰。
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