现代导航 海战场ＧＰＳ干扰分析及研究 王忠 ，顾云涛２ （１海 驻Ｊ Ｉ地区舰船配套军事代表室；２海军驻西安二十所军事代表室） 摘要：本文概述了ＧＰＳ系统信号易被干扰的弱点，分析了海战场中ＧＰＳ系统的重要性和 ＧＰＳ干扰的威胁，详细说明了ＧＰＳ干扰的方式和不同干扰对用户终端的影响，给出不同干扰对 ＧＰＳ民码和军码接收机的干扰效果仿真结论。 关键词：ＧＰＳ；干扰分析；导航战；海战场 中图分类号：ＴＮ９６７．１ 文献标识码：Ａ ＧＰＳ Ｊａｍｍｉｎｇ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ Ｎａｖａｌ Ｗａｒ ＷＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ，ＧＵ Ｙｕｎｔａｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｉｍｓ ｔｏ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ＧＰＳ ｓｉｇｎａｌ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｄ ｗｉｔｈ，ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ＧＰＳ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅａｔ ｏｆ ＧＰＳ ｊａｍｍｉｎｇ ｉｎ Ｎａｖａｌ Ｗａｒ Ｆｉｅｌｄ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＧＰＳ ｊａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏｗａｒｄｓ ｔｈｅ ｕｓｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ｏｆｊａｍｍｉｎｇ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＧＰＳ Ｃ／Ａ ａｎｄ Ｐ ｃｏｄｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ；Ｊａｍｍｉｎｇ Ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｗａｒｆａｒｅ；Ｎａｖａｌ Ｗａｒ Ｆｉｅｌｄ 我军克敌制胜，对敌军软杀伤的重要手段。 １概述 ＧＰＳ系统在舰艇上具有广泛的应用，它主要使 用在导航、武器平台、提供精确的作战同步时间等 卫星导航是现代军事导航的核心。美国发展了 重要方面，美军己将ＧＰＳ系统作为军事平台导航系 ＧＰＳ，而且以它为基础研制了许多种应用技术和配 统的主要工具。由于ＧＰＳ卫星信号较弱，淹没在热 套的装备，几乎所有军事平台和非直接火力系统都 噪声以下大约２０ｄＢ以上，存在易被有意或无意干 装备了ＧＰＳ接收机。 扰的弱点。在海战场上对敌ＧＰＳ进行干扰可提高己 从海湾战争开始，美军利用ＧＰＳ大大发展了。 方舰艇的生存能力，抑制敌方机动性和武器的使 精确作战能力，以致到科索沃战争出现了所谓兀接 用，发挥舰艇作战潜力，提高作战效能。同时也可 触战争的概念，特别是２００３年的美伊战争，ＧＰＳ 利用舰艇较强的机动性，使用舰载ＧＰＳ干扰设备作 已成为了在现代战争中的重要定位，测速和定时传 为国土防空的补充，使之成为ＧＰＳ干扰系统的重要 感器，ＧＰＳ是美军精密打击武器制导的核心，如果 环节。 我军能在战争中使敌方的ＧＰＳ火效，那么将极大的 美国在发展他们的ＧＰＳ干扰技术时，考虑到敌 削弱敌方的作战能力，因此对ＧＰＳ的干扰技术将是 方的导航系统可能装备有抗干扰技术，为了提高干 扰效果，并避免单台干扰机在复杂地形条件下易形 成死区、易被抗干扰技术抵消即易被反辐射武器攻 收稿口期：２００９．１２—１６。王忠（１９７３一）男，工 师，主要 击等缺点，他们在研制压制式干扰和欺骗式干扰的 从事舰艇、导航装备的科研、生产及监造。 第２期 王忠等：海战场ＧＰＳ干扰分析及研究 ・・３５・ 同时，计划发展的干扰系统是一个分布式，立体干 扰系统。但目前研究也仅局限于压制干扰方面，如 美海军航空兵作战中心研制出一种ＧＰＳ干扰机，只 有一听可乐那么大，可以做成各种形状，混在不易 发现的地方，干扰机价格却只有２５０美元左右。美 协助武器系统实现精确打击； 为指挥自动化系统提供服务。 ・因此，卫星导航在舰艇导航系统中占有举足轻 重的地位。卫星导航接收机的抗干扰问题是保障卫 星导航性能的关键。随着战场“导航信息控制权” 的争夺，保持定位导航优势，是获取战争胜利的重 军新近研制军用干扰机，８Ｗ的宽带噪声调制干扰 机干扰距离超过４０ｋｍ，８Ｗ的音频调制干扰机干扰 距离超过８０ｋｒｎ。俄罗斯从２０世纪８０年代起就开 展了ＧＰＳ干扰技术的研究，已研制成功数代压制 要保障。因此，美国把“导航战”策略提到ＧＰＳ现 代化发展的首要地位。 导航战是指在复杂电子环境中，阻止敌方使用 式、欺骗式ＧＰＳ干扰机，这些干扰机曾在展览会上 卫星导航信息，保证己方和友方部队有效地利用卫 多次公开展出，其压制式干扰机还在科索沃、伊拉 星导航信息，同时不影响战区以外的地方和平利用 克战场上得到运用。其中有些产品已投入使用且形 卫星导航信息。为了在战场上取得导航优势；使己 成装备，如白俄罗斯的ＴＥＮＴ－３（帐篷．３）。 方不受干扰地使用卫星导航；阻止敌军在战场上使 用卫星导航系统或使敌方导航卫星系统不能正常 ２海战场卫星导航干扰分析 工作，各种各样的干扰和抗干扰技术应运而生，并 在现代战争中广泛使用。下面以海战场中的主要作 近年来，海军和空军在联合发展过程中，建立 战方式，来分析导航战的环境。 由导弹作战舰艇、潜艇、制空战斗机、远程攻击机 在海战场中，由于远距离空袭和超视距打击是 等武备组成的立体作战体系。在未来可能出现的海 主要作战方式。超视距打击如图１所示。敌舰与己 战场中，…方面要压制分裂势力的军事力量，另一 舰相距较远，只能通过升空平台来实施干扰，由无 方面还要应对外来的干涉力量。 人机或气球作为干扰源载体可以是压制式的，也可 经过海湾战争等局部战争的实践，导航信息的 以是欺骗式的。但压制式干扰较容易实现，欺骗式 获取对战争的各个阶段的胜负起着决定性的作用。 干扰需要地面平台给予支持，远距离实现难度较 卫星导航在海战场的军事应用主要有以下几方面： 大。 ・为武器平台提供导航定位服务； 图ｌ超视距打击示意图 以近海防御和对敌方海岸实施攻击的情况也 战理论的设想中，未来的战争是陆、海、空、天信 是海战中比较常见的情况，此时由于离岸区较近， 息交互的立体化作战。这种方式下，干扰系统实施 作战将是陆、海、空的复杂环境。在现代网络中心 方式更为立体化，干扰源从水面漂浮到空中载体分 ・３６・ 现代导航 ２０１０链 布较复杂，有效干扰区域相对较广。 而使接收机捕获经转发的卫星信号，从而计算出错 误的ＰＴＶ。然而，这种转发卫星信号总是存在一定 的延迟。 ３干扰技术分析 ３．１干扰方式 由于单个干扰机受距离和覆盖范围约束，为了 大大高效率，实现大范围的干扰效果，国内外提出 了分布式干扰。分布式立体干扰系统可在适当的时 间、地点形成灵活的多方位不同高度的分布式干 从攻防角度分析，干扰可分为攻击性和防御性 两中。在海战场中，当敌方攻击力量位置明确时， 可实施攻击性干扰，在有效区域内使敌方卫星导航 扰。其干扰机有地面的、车载的、气球载的、机载 和无人机载的，干扰机天线有全向和定向的，功率 系统失去能力，削弱其导航手段，降低其有效打击 能力；当敌方攻击力量位置不明确时，可实施防御 性导航战，保障己方获取正常位置信息的能力以及 有大有小，调制波形有多种形式。地面干扰机易于 布置，而且可以做成各式各样，便于大量使用。但 地面干扰机因地球曲率、地形起伏和建筑遮挡，其 作用范围有限，地面对空干扰时还可能受到飞机机 体和导弹弹体的遮挡。而将干扰机升空可提高干扰 机的干扰性能，增大干扰范围。因此，分布式立体 干扰系统可由地面干扰机组成或由地面干扰机加 保持精确打击的威慑力，确保己方的导航能力不因 敌方的突然袭击而下降。 在战争环境中，舰艇上装备的卫星导航接收机 必然面临敌对方施放的故意干扰。干扰主要可以分 为两大类型： ・上升空干扰机组成。就目前情况看，对卫星导航干 扰的战术体系正在研究中，讨论最多的对卫星导航 干扰体系包括侦察引导、机载干扰机、平流层飞艇 载干扰机、气球干扰机、星载干扰机和地面大功率 干扰站等。 在复杂的导航战背景下，新一代ＧＰＳ军用接收 机将采用多种抗干扰技术，如自适应调零天线技 压制式干扰：压制式干扰是从信号能量的角 度来破坏接收机对导航卫星信号的接收，它通过发 射干扰信号以压制在卫星导航接收机前端的卫星 信号，是用户接收机接收不到卫星信号，达到干扰 的目的。但其干扰效果受接收机的扩频增益以及相 关处理影响，接收机的扩频增益大，则要求使用强 度较大的干扰信号才能破坏接收机正常工作。 ・术、ＧＰＳ与ＩＮＳ（惯导）组合导航技术等，要实现 有效干扰必须要有巧妙的技术和战法配合才能有 效发挥作用，干扰活动应经过精心策划使其破坏力 达到最大。因此，必须进行ＧＰＳ对抗战法研究以及 与战法对应的ＧＰＳ空间立体对抗体系的技术结构 研究，复合式干扰和组合式干扰也已成为最有效的 欺骗式干扰：是利用假信号来破坏导航卫星 接收机的定位能力。欺骗干扰信号是复制与真实导 航卫星信号具有完全相同码相位、载波频率和多普 勒频移的卫星信号，而且功率较真实卫星信号可能 更强。以诱骗接收机捕获和跟踪干扰信号。干扰信 号将导航参数及有关参数作微小改动，将接收机的 导航解平滑地引导到偏离真实位置或使ＰＴＶ全部 干扰手段，在舰载导航对抗系统中是不可缺少的干 扰模式，得到各方面的重视。 ３．２干扰对用户终端的影响分析研究 在卫星导航用户接收机正常工作下，要求干信 偏离真实正确值。以达到欺骗用户的目的。这类干 扰源一种是模拟卫星信号。这必须在已知卫星信号 频率、电文格式和内容以后、才‘能复制出干扰。对 付这种干扰最有效的办法是对卫星信号进行加密， 使敌方无法获得真实的导航信号信息。此时，可以 使用转发式干扰，即在接收到卫星信号之后，加以 放大，再发射出来，以扰乱真实的导航卫星信号。 比（Ｊ／Ｓ）小于或等于接收机的信噪比门限［Ｃ／Ｎｏ］Ｔ， 旦［Ｃ／Ｎｏ］ 被超过，接收机的跟踪环就失锁，于 一是系统被干扰。用公式表示为： 一 ）］（ｄＢ １０ （对ＧＰＳ Ｐ（Ｙ）码） 其中， Ｃ：卫星信号伪随机噪声码的基码速率（码元 ／Ｓ）＝１．０２３×１０ （对ＧＰＳ Ｃ／Ａ码）＝１．０２３× 扩频处理增益调节因数（无量纲） 第２期 ：王忠等：海战场ＧＰＳ干扰分析及研究 ・３７・ １（窄带干扰）；１．５（宽带扩频干扰） ２（宽带高斯噪声干扰） 以内的ＧＰＳ Ｐ（Ｙ）码接收机失效。且对比不同的干扰 技术，窄带干扰比宽带高斯干扰效果更好，且功率 ：Ｉｃ／Ⅳ。Ｉ 带宽中的未受到干扰时的载波一噪声 越大，表现越明显。这是因为ＧＰＳ接收机抗窄带干 功率（ｄＢ—Ｈｚ）＝ＧＰＳ卫星信号功率＋天线增益 一扰的能力比抗宽带高斯噪声的能力低３ｄＢ，且ＧＰＳ 对ＧＰ８ Ｌ１ Ｃ／Ａ码接收机 ２５０ Ｅ Ｙ）的抗干扰能力本身要远高于Ｃ／Ａ码接收机。 １０１ｏｇ（ｋＴｏ）一接收机噪声系数～Ａ／Ｄ损耗＝ Ｐ（（．１６０）＋０ （一２０４） ４—２＝３８（ｄＢ—Ｈｚ） 对于某一特定的ＧＰＳ接收机，在没有干扰时 Ｃ／Ｎ ＝３８（ｄＢ—Ｈｚ），接收机的经验跟踪门限 ２００ ：母Ｌ ｌｃ／Ⅳ。ＩＴ－－２８（ｄＢ—Ｈｚ）与接收机的ＰＬＬ环路跟踪 设计有关，当环路跟踪带宽为１８Ｈｚ下，ｌｃ／Ⅳ。ｌ 为 ２８ｄＢ Ｈｚ¨Ｊ，代入式（１），可得不同干扰对ＧＰＳ Ｃ／Ａ 码和Ｐ（Ｙ）码接收机下的抗干扰容限Ｊ／Ｓ，如表１所 不。 表１不同干扰下，ＧＰＳ Ｃ／Ａ码和Ｐ（Ｙ）码 接收机的抗干扰容限（ ）对照表 ＼Ｊ／Ｓ（ｄＢ） 接收机门限２８ ｄＢ—Ｈｚ 下扰类型、、、＼ Ｃ／Ａ Ｐ（Ｙ） 宽带高斯 ３４．６ ４４．６ 宽带扩频 ３３．４ ４３．４ 窄带 ３１．６ ４１．６ 在给定干扰ＧＰＳ接收机所要求的Ｊ／Ｓ以后，可 确定ＧＰＳ接收机距离干扰机距离，在这个距离上干 扰功率是以达到或超过接收机的门限值，此覆盖范 围内ＧＰＳ接收机将不能正常工作，具体公式如下： 丽ｃ姚ｍ… 其中，尺，为干扰距离； 为卫星信号载波的波长； 为干扰信号的有效辐射功率（ＥＲＰ）；Ｓ为卫星 信号功率；Ｉ ／ 为干扰接收机所必须达到的干扰 信号比。 分别对ＧＰＳ Ｌ１ Ｃ／Ａ码和Ｐ（Ｙ）码接收机，Ｌ１载 波 为０．１９ｍ，若卫星信号功率为．１６０ｄＢＷ，在不 同干扰和接收机相应的抗干扰容限 下（见表１）， 则干扰机的有效辐射功率与干扰距离之间的关系 曲线如图２。 ４结论 从以上的仿真研究结果知，ＧＰＳ接收机的抗干 扰能力是非常弱的，一个５Ｗ的干扰机就可使大约 ６０ｋｍ以内的ＧＰＳ Ｃ／Ａ码接收机失效，可使２０ｋｍ 扫霞１５０ ＬⅡｊ 囊１００ 宽带高斯Ｔ扰 ５０ 宽带扩频干扰 窄带干扰 ｊ 蠢。 ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ 干扰源辐射的有效功率（ＥＲＰ）（单位ｗ） 对ＧＰＳ Ｌ１ Ｐ（Ｙ）石马接收机 ６０ ：旺 ５０ 协芷４０ ３０ ２０ 宽带高斯干扰 竺１０ 宽带扩频下扰 窄带干扰 。 ５ １ｏ １５ ２０ ２５ ３０ 干扰源辐射的有效功率（ＥＲＰ）（单 Ｗ） 图２干扰源的有效辐射功率与下扰距离之问的关系曲线 为满足复杂的导航战需求，海战场的ＧＰＳ干扰 系统应从单一的干扰机向立体多方位，充分的利用 压制式干扰和欺骗式干扰的优缺点，发展复合式干 扰和组合式干扰，是未来海战场电了信息对抗的重 要方向。 参考文献： ［１］ Ｅ．Ｄ．Ｋａｐｌａｎ． Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ＧＰＳ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．Ｂｏｓｔｏｎ：Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ．１９９６ ［２］李跃，邱致和．导航与定位（第２版）——信息化战争 的北斗星【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００８，７ ［３］郑德芳．ＧＰＳ于扰与抗干扰技术（第３集）【Ｃ】．２００１．１２ ［４】董金鑫，叶琼龙．舰艇对敌ＧＰＳ干扰分析［Ｊ］．舰船电子 对抗．２００４
