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摘要：本文研究了全球导航卫星系统（GNSS）干扰技术。分析了GNSS的干扰类型，重点分析了压制干扰的特征和对捕获跟踪的影响，提出了应对措a施；分析了欺骗干扰的特征和对信号、定位授时的影响，提出了应对措施。
关键词：全球导航卫星系统；压制干扰；欺骗干扰
引言
现代社会越来越多的领域对精确位置信息和时间同步信息提出了需求，全球卫星导航系统（GNSS）在精确位置信息和时间同步信息方面，以其得天独厚的优势已成为世人瞩目的焦点，并为我们的生活提供了巨大的便利。然而，GNSS信号的发射功率约为26.8W，卫星信号传播距离达到了26000km，根据信号功率衰减呈指数关系，到达地面的信号强度极其微弱，一般为-160dBm，这比噪声都微弱得多[1]，同时，民用信号格式属于公开信息，这就导致了GNSS民用接收机极易受到干扰而无法正常工作。
1 GNSS干扰类型
现有的干扰全球导航卫星系统正常工作的方法主要分为两类：一类是直接干扰卫星，一类是干扰区域内接收机；干扰方式分为有意人为干扰和无意自然干扰。在有意人为干扰方面，从技术手段上主要包括压制干扰和欺骗干扰。
1.1压制干扰
使用干扰机发射干扰电磁信号，以某种方式遮蔽GNSS信号频谱，使目标GNSS接收机降低或完全失去正常工作能力，称为压制干扰。压制干扰主要包括以下3种[2]：
1）瞄准式干扰。GNSS卫星信号有其独特的码型，采用频率瞄准技术，使干扰载频精确对准信号载频，针对特定码型的卫星信号实施干扰，使该信号在一定區域内失效。
2）阻塞式干扰。这种干扰的特点是针对GNSS信号的载频，采用一部干扰机扰乱该地域出现的所有卫星信号，并且存在多种干扰体制，干扰效果不尽相同，其中干扰效果比较好的是宽带均匀频谱干扰体制。
3）相关式干扰。相关干扰是利用干扰信号的码序列与GNSS信号的伪码序列有较强的相关性这一特点实施干扰。与不相关干扰相比，它有较多的能量可以通过接收机窄带滤波器，因而可实现以较小的功率达成与其他方式相当的干扰效果。
1.2欺骗干扰
发射与GNSS卫星信号具有相同参数的假信号，使目标GNSS接收机产生错误的定位/授时信息，称为欺骗干扰。
根据产生机理可将欺骗干扰源分为产生式和转发式干扰源。国外一般根据信号的复杂度将欺骗干扰源分为3类：简单干扰、中级干扰和高级干扰：简单干扰源利用目前市场的信号模拟器与天线组合实现；中级干扰源根据接收机获得的真实卫星信号参数估计当前目标参数，重新生成欺骗干扰信号；复杂干扰源为多个中级干扰源分布式协同工作，能使得到抗欺骗干扰到达角检测方法失效[3]。
由于欺骗干扰的假信号与GNSS卫星信号参数相同，导致接收机不会产生任何错误警报，因此相较压制干扰其更具危害性。
2 压制干扰影响
2.1对信号捕获的影响
为精确测量GNSS导航信号的传播路径延迟，GNSS信号在功能设计上一般具有较好的隐蔽性和快速捕获能力。目前，通常采用直接序列扩频技术，并配合二进制相移键控体制[4]。
信号捕获过程为通过载波和扩频码的二维搜索，当达到捕获门限后，获取粗略的码相位和载波相位参数。理论计算表明，GNSS接收机本身具有一定的抗干扰能力，一般能抵御大于信号强度25至30dB的干扰；随着积分时间的增加，抗干扰的能力也越来越强，但同时捕获时间也随之增加。在同等信噪比条件下，窄带干扰对接收机的干扰效果要优于宽带干扰。
2.2对信号跟踪的影响
GNSS接收机在获得粗略的载波相位和码相位后，随即转入跟踪阶段，通过码跟踪环获得其伪距值。具体的过程为在数控振荡器上复制一份与卫星信号相位一致的扩频码，生成码相位测量值，再根据扩频码周期求得伪距测量值。
此过程中测量误差主要包括两个因素：热噪声引起的码相位抖动以及动态应力误差。同等条件下，前后相关器的间距越大，引起的抖动误差越大；动态应力误差与载体的运动状态有关。码相位抖动和动态应力误差之间是一个相互制约的关系：动态应力误差越大，则接收机的动态特性越强，但容忍的噪声误差就越弱。接收机一般采用自适应调节环路带宽的办法进行折中，以满足码环的跟踪。
上述分析可得出，在干扰强度逐渐增大的情况下，码环的跟踪误差将逐渐增大，直到完全失锁，码间距的减小有助于提高码环的跟踪灵敏度。
3 欺骗干扰影响
当接收机处于不同工作阶段时，欺骗干扰产生的效果也随之不同。从接收机的角度看，欺骗干扰可以分为捕获阶段欺骗干扰和跟踪阶段欺骗干扰2类。捕获阶段欺骗干扰指的是开机即存在欺骗信号或使用压制干扰方式强制接收机进入重新捕获阶段，此时接收机尚未锁定信号，需要实施搜索，只要欺骗信号功率大于真实信号功率即可成功实现欺骗干扰；跟踪阶段欺骗干扰指的是处于跟踪状态的接收机，在不导致接收机失锁的条件下，欺骗信号侵入并牵引跟踪环路。
3.1对信号特性影响
目标接收机接收到的是欺骗信号与真实卫星信号的矢量和，当存在欺骗信号时，目标接收机捕获的信号有以下特征：1）相关结果存在多个相关峰，有欺骗信号相关峰和真实信号相关峰；2）信号绝对功率和信噪比发生变化，一般为增大；3）功率变化率与真实卫星信号变化存在差异；4）采用单一天线发射的欺骗信号，多路欺骗信号到达接收机天线的方向角完全一致。
对于接收机跟踪环路，一般有两种欺骗信号载波生成方法：载波与伪码相位同步调整；调整伪码，载波不进行同步调整。由于载波与伪码同步调整会引起载噪比剧烈波动，一般采用第二种方法实现，但同时载波不同步调整会影响载波环和码跟踪环输出结果的一致性，接收机通过一致性检测可以抗此类干扰。对于单一天线发射欺骗的信号，接收机通过多个天线对接收信号进行到达角检测，可以有效抗击此类干扰。
3.2对定位授时影响
欺骗干扰成功后，会导致接收机的PVT解算结果与真实PVT存在一定差异，若无其他信息进行校正并且变化结果在传感器误差范围内时，随着时间增加，PVT结果会引起不可预估的后果。对于此类干扰影响，接收机可采用组合导航，接收惯性导航、速度计、时统等其他传感器的测量信号来抗此类干扰。
4 结束语
本文从技术角度将GNSS干扰分为压制式干扰和欺骗式干扰。分别对两类干扰的特征、影响及简单抗干扰措施或方向进行了阐述。GNSS接收机本身具有一定的抗压制干扰能力，同时减小码间距有助于提高接收机的跟踪灵敏度，进而提高跟踪阶段的抗压制干扰能力。对于欺骗干扰，接收机可采用一致性检测、到达角检测、组合导航等方法进行应对。
参考文献：
[1]赵琳，丁继成，马雪飞.卫星导航原理及应用[M].西安：西北工业大学出版社，2011.
[2]任伟.GNSS干扰及抗干扰技术[J].理论与算法，2016（9）：55-56.
[3]庞晶，倪少杰，聂俊伟，欧钢.GNSS欺骗干扰技术研究[J].火力与指挥控制，2016（7）：1-3
[4]赵新曙，王前.压制式干扰对GNSS接收机的影响及应对策略[J].全球定位系统，2014（12）：47-51.
作者简介：
王建争，1987年1月出生，男，汉族，河北衡水人，硕士，助理工程师，研究方向：雷达设计鉴定、导航定位等。
关键词：全球导航卫星系统；压制干扰；欺骗干扰
引言
现代社会越来越多的领域对精确位置信息和时间同步信息提出了需求，全球卫星导航系统（GNSS）在精确位置信息和时间同步信息方面，以其得天独厚的优势已成为世人瞩目的焦点，并为我们的生活提供了巨大的便利。然而，GNSS信号的发射功率约为26.8W，卫星信号传播距离达到了26000km，根据信号功率衰减呈指数关系，到达地面的信号强度极其微弱，一般为-160dBm，这比噪声都微弱得多[1]，同时，民用信号格式属于公开信息，这就导致了GNSS民用接收机极易受到干扰而无法正常工作。
1 GNSS干扰类型
现有的干扰全球导航卫星系统正常工作的方法主要分为两类：一类是直接干扰卫星，一类是干扰区域内接收机；干扰方式分为有意人为干扰和无意自然干扰。在有意人为干扰方面，从技术手段上主要包括压制干扰和欺骗干扰。
1.1压制干扰
使用干扰机发射干扰电磁信号，以某种方式遮蔽GNSS信号频谱，使目标GNSS接收机降低或完全失去正常工作能力，称为压制干扰。压制干扰主要包括以下3种[2]：
1）瞄准式干扰。GNSS卫星信号有其独特的码型，采用频率瞄准技术，使干扰载频精确对准信号载频，针对特定码型的卫星信号实施干扰，使该信号在一定區域内失效。
2）阻塞式干扰。这种干扰的特点是针对GNSS信号的载频，采用一部干扰机扰乱该地域出现的所有卫星信号，并且存在多种干扰体制，干扰效果不尽相同，其中干扰效果比较好的是宽带均匀频谱干扰体制。
3）相关式干扰。相关干扰是利用干扰信号的码序列与GNSS信号的伪码序列有较强的相关性这一特点实施干扰。与不相关干扰相比，它有较多的能量可以通过接收机窄带滤波器，因而可实现以较小的功率达成与其他方式相当的干扰效果。
1.2欺骗干扰
发射与GNSS卫星信号具有相同参数的假信号，使目标GNSS接收机产生错误的定位/授时信息，称为欺骗干扰。
根据产生机理可将欺骗干扰源分为产生式和转发式干扰源。国外一般根据信号的复杂度将欺骗干扰源分为3类：简单干扰、中级干扰和高级干扰：简单干扰源利用目前市场的信号模拟器与天线组合实现；中级干扰源根据接收机获得的真实卫星信号参数估计当前目标参数，重新生成欺骗干扰信号；复杂干扰源为多个中级干扰源分布式协同工作，能使得到抗欺骗干扰到达角检测方法失效[3]。
由于欺骗干扰的假信号与GNSS卫星信号参数相同，导致接收机不会产生任何错误警报，因此相较压制干扰其更具危害性。
2 压制干扰影响
2.1对信号捕获的影响
为精确测量GNSS导航信号的传播路径延迟，GNSS信号在功能设计上一般具有较好的隐蔽性和快速捕获能力。目前，通常采用直接序列扩频技术，并配合二进制相移键控体制[4]。
信号捕获过程为通过载波和扩频码的二维搜索，当达到捕获门限后，获取粗略的码相位和载波相位参数。理论计算表明，GNSS接收机本身具有一定的抗干扰能力，一般能抵御大于信号强度25至30dB的干扰；随着积分时间的增加，抗干扰的能力也越来越强，但同时捕获时间也随之增加。在同等信噪比条件下，窄带干扰对接收机的干扰效果要优于宽带干扰。
2.2对信号跟踪的影响
GNSS接收机在获得粗略的载波相位和码相位后，随即转入跟踪阶段，通过码跟踪环获得其伪距值。具体的过程为在数控振荡器上复制一份与卫星信号相位一致的扩频码，生成码相位测量值，再根据扩频码周期求得伪距测量值。
此过程中测量误差主要包括两个因素：热噪声引起的码相位抖动以及动态应力误差。同等条件下，前后相关器的间距越大，引起的抖动误差越大；动态应力误差与载体的运动状态有关。码相位抖动和动态应力误差之间是一个相互制约的关系：动态应力误差越大，则接收机的动态特性越强，但容忍的噪声误差就越弱。接收机一般采用自适应调节环路带宽的办法进行折中，以满足码环的跟踪。
上述分析可得出，在干扰强度逐渐增大的情况下，码环的跟踪误差将逐渐增大，直到完全失锁，码间距的减小有助于提高码环的跟踪灵敏度。
3 欺骗干扰影响
当接收机处于不同工作阶段时，欺骗干扰产生的效果也随之不同。从接收机的角度看，欺骗干扰可以分为捕获阶段欺骗干扰和跟踪阶段欺骗干扰2类。捕获阶段欺骗干扰指的是开机即存在欺骗信号或使用压制干扰方式强制接收机进入重新捕获阶段，此时接收机尚未锁定信号，需要实施搜索，只要欺骗信号功率大于真实信号功率即可成功实现欺骗干扰；跟踪阶段欺骗干扰指的是处于跟踪状态的接收机，在不导致接收机失锁的条件下，欺骗信号侵入并牵引跟踪环路。
3.1对信号特性影响
目标接收机接收到的是欺骗信号与真实卫星信号的矢量和，当存在欺骗信号时，目标接收机捕获的信号有以下特征：1）相关结果存在多个相关峰，有欺骗信号相关峰和真实信号相关峰；2）信号绝对功率和信噪比发生变化，一般为增大；3）功率变化率与真实卫星信号变化存在差异；4）采用单一天线发射的欺骗信号，多路欺骗信号到达接收机天线的方向角完全一致。
对于接收机跟踪环路，一般有两种欺骗信号载波生成方法：载波与伪码相位同步调整；调整伪码，载波不进行同步调整。由于载波与伪码同步调整会引起载噪比剧烈波动，一般采用第二种方法实现，但同时载波不同步调整会影响载波环和码跟踪环输出结果的一致性，接收机通过一致性检测可以抗此类干扰。对于单一天线发射欺骗的信号，接收机通过多个天线对接收信号进行到达角检测，可以有效抗击此类干扰。
3.2对定位授时影响
欺骗干扰成功后，会导致接收机的PVT解算结果与真实PVT存在一定差异，若无其他信息进行校正并且变化结果在传感器误差范围内时，随着时间增加，PVT结果会引起不可预估的后果。对于此类干扰影响，接收机可采用组合导航，接收惯性导航、速度计、时统等其他传感器的测量信号来抗此类干扰。
4 结束语
本文从技术角度将GNSS干扰分为压制式干扰和欺骗式干扰。分别对两类干扰的特征、影响及简单抗干扰措施或方向进行了阐述。GNSS接收机本身具有一定的抗压制干扰能力，同时减小码间距有助于提高接收机的跟踪灵敏度，进而提高跟踪阶段的抗压制干扰能力。对于欺骗干扰，接收机可采用一致性检测、到达角检测、组合导航等方法进行应对。
参考文献：
[1]赵琳，丁继成，马雪飞.卫星导航原理及应用[M].西安：西北工业大学出版社，2011.
[2]任伟.GNSS干扰及抗干扰技术[J].理论与算法，2016（9）：55-56.
[3]庞晶，倪少杰，聂俊伟，欧钢.GNSS欺骗干扰技术研究[J].火力与指挥控制，2016（7）：1-3
[4]赵新曙，王前.压制式干扰对GNSS接收机的影响及应对策略[J].全球定位系统，2014（12）：47-51.
作者简介：
王建争，1987年1月出生，男，汉族，河北衡水人，硕士，助理工程师，研究方向：雷达设计鉴定、导航定位等。