​北斗資訊_我國的北斗系統如何實現抗干擾?

2020-11-20 10:40:32 2796 views
摘要

雖然北斗系統現在已經廣泛應用在各行各業,尤其是國防軍事,但其實導航衛星的信號到達地面時,信號功率是十分微弱的,約160dBW左右,因此導航信號極易受到各種干擾而無法正常工作。

雖然北斗系統現在已經廣泛應用在各行各業,尤其是國防軍事,但其實導航衛星的信號到達地面時,信號功率是十分微弱的,約160dBW左右,因此導航信號極易受到各種干擾而無法正常工作。


GPS為例,在其設計階段,設計者們並沒有考慮其在干擾環境下的工作能力,而僅僅把它作為戰爭環境下一種輔助手段,因此,GPS很容易受到干擾,那麼我國的北斗系統時如何實現抗干擾的呢?


​北斗資訊_我國的北斗系統如何實現抗干擾?


導航系統可能遭受的攻擊方式


由於衛星導航系統的工作性質和組成特點,其各個組成部分(空間部分、地面監控部分和用戶接收設備)都可能受到強對抗環境中的干擾和破壞,下面我們先來一起了解下導航系統可能遭受哪些攻擊方式。


▍空間部分


對於空間部分的衛星,美軍認為其可能受到反衛星導彈、反衛星激光武器和核輻射粒子束的攻擊。


2007年1月11日,中國成功地用一枚彈道導彈摧毀了一顆500英里高的軌道上報廢的氣象衛星,引起美國的震驚。有了導彈打衛星這樣的技術,在戰時衛星就可能受到敵對方的直接摧毀。


但是,這種方式只是用於戰時,因此,很多國家在發展強電磁脈衝等強力干擾設備,對星上電子設備進行干擾,起到壓制或摧毀的目的。


▍地面監控部分


地面監控設備擔負著檢測導航信號、更新導航電文、管理衛星位置、檢測衛星的健康狀況、解決衛星異常情況等,對於衛星的正常運行起著至關重要的作用。


但是,地面監控設備同樣會受到導彈等武器的直接攻擊,以及各種電磁干擾、欺騙,一旦遭到破壞,整個衛星導航系統將可能停止工作。


▍用戶接收設備


對於用戶接收設備,各式各樣的干擾機可以對其造成很大的威脅。


干擾功率為1W功率的偽雜訊GPS干擾機可使22千米內的民用接收機失效;干擾功率為4W的攜帶型干擾機對GPS民用接收機的干擾距離可超過220千米。因此,用戶接收設備極易受到干擾。


​北斗資訊_我國的北斗系統如何實現抗干擾?


北斗信號面臨的主要干擾

分為潛在干擾和人為干擾兩種


▍潛在干擾


包括帶內射頻干擾、帶外射頻干擾和環境干擾。


帶內射頻干擾包括諧波、寄生振蕩和交叉調製分量等;帶外射頻干擾是靠近北斗接收機頻段的強信號干擾,它可以通過接收機的射頻濾波器對接收機造成影響;環境干擾包括多徑、遮蔽、地形遮攔和其他由自然環境造成的干擾。


▍人為干擾


目的是使對方無法或錯誤地使用導航系統提供信息,主要分為壓制式、欺騙式兩種。


壓制式干擾是通過發射干擾信號以壓制在衛星導航接收機前端的衛星信號,使接收機接收不到衛星信號,從而達到干擾的目的,可採用窄帶干擾、寬頻干擾、調頻雜訊或鋸齒波掃頻等。


欺騙式干擾是指發射與衛星導航信號具有相同參數(只有信息碼不同)的假信號干擾接收機,使其產生錯誤的定位信息。


當實施欺騙干擾時干擾信號與衛星信號同時進人接收機,當干擾信號功率大於正常信號功率時,由於「遠近」效應,本振信號將不斷與干擾信號相關,並使本振偽碼序列與干擾信號鎖定,從而達到干擾目的。欺騙干擾信號產生可以採用生成式,也可以採用轉髮式。


北斗衛星導航系統

主要從系統、信號、終端等各個層面

來增強抗干擾能力


▍在系統層面


系統利用點波束天線實現局部區域信號功率增強,以及利用空基偽衛星技術來提高服務區域內導航系統抗干擾能力。


另外,北斗系統還採用干擾源監測、定位等手段,排除干擾源影響。


▍在信號層面


系統對授權信號採用加密的偽隨機長碼進行調製,對授權信號電文信息也採用加密方式,保證了授權信號不易受欺騙干擾的影響;此外北斗系統未來還將採用類似GPS現代化後BOC調製類新體制信號,抗干擾、抗多徑能力更強,測量精度更高。


▍在終端層面


主要採用陣列抗干擾天線,綜合頻域濾波、時域濾波、空域濾波等技術,可抵制各類寬頻、窄帶干擾、欺騙干擾;採用射頻前端帶外濾波和數字中頻濾波技術,可減弱帶外干擾、帶內干擾的影響;採用其他導航系統(如慣性導航、天文導航等)組合導航,在北斗終端受到干擾時,進行輔助定位。


總的來說,在現在的全球衛星導航系統抗干擾技術中,來自其接收機的干擾最為常見,因此,多數抗干擾技術都是對於其接收機抗干擾的研究,也就是終端層面的研究。


而對於北斗系統這種全球衛星導航系統來說,其抗干擾技術的發展方向未來主要會朝著抗干擾設備小型化、數字化方向發展,通過這些研究從而加強終端抗干擾性能。


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