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【摘要】本文總結了當前導航衛星接收機存在的干擾問題和應對對策。結合衛星授時功能的原理與特性，給出了衛星授時接收機加固技術的一般框架。在此基礎上分析了衛星授時接收機加固技術的發展趨勢，提出了兩種基于授時差分支持和網絡干擾檢測的方法，前者充分利用了多系統和多衛星授時數據的結構以及本地授時的特性，而后者充分利用了接收器網絡的數據通信和覆蓋能力。通過干擾檢測結果對衛星授時模式的可靠性進行了評估，期待能夠提高復雜干擾環境中衛星授時的可靠性與完整性。

【關鍵詞】復雜干擾；衛星授時；加固技術

隨著GPS等衛星導航系統的出現，這一技術徹底改變了軍事通信與民用通信的環境，在此基礎上的衛星定位的導航和授時裝置廣泛用于各種經濟體系中。然而需要注意的是，衛星信號固有地容易受到阻塞、干擾甚至欺騙，而根據相關報道顯示，成本為29美元的簡單設備就可以阻止甚至偽造出GPS信號。因此在這一前提下，探討復雜干擾環境下的衛星授時接收機加固技術就有著很高的必要性了。

1衛星授時面臨的復雜干擾環境

1.1自然環境干擾

2014年，GPS技術領域的專家們就提出了保護、增強和改進GPS框架的提議。考慮到電磁環境中GPS信號面臨復雜的干擾類型和干擾特性，則可以將GNSS衛星接收機所受的干擾可分為三類：自然干擾、抑制干擾和誤導干擾。考慮到自然環境的干擾包括多徑反射、地形障礙以及由自然環境引起的多類型干擾，在這一過程中自然環境造成干擾影響往往是無意識的影響，且沒有明顯的干擾影響或攻擊意圖，而接收器處于復雜的電磁環境中，則受到這種干擾影響的可能性很高。此外，自然環境的干擾主要可分為以下幾類。首先是帶內無線電干擾，這種干擾對于GPS接收器會產生直接影響，并在1565和1585MHz之間的頻帶中影響效果最為明顯。其次則為帶內RF干擾和帶外RF干擾，例如帶外RF干擾主要是GPS載波頻率附近的強信號干擾，其能夠通過接收器的RF濾波器影響衛星信號接收器的運作并產生干擾。

1.2壓制式干擾攻擊

壓制式干擾攻擊中的干擾信號多以某種方式屏蔽GNSS信號頻譜，通過惡意方式使得GNSS接收機減少信號接收或完全失去其正常功能，因此可以認為壓制式干擾其主要涉及中斷衛星信號。考慮到GNSS衛星信號具有獨特的模式且具有相應的頻率系統，因此允許載波頻率干擾載波頻率信號的精確對準，而衛星信號的壓制干擾模式則可以使信號在一定范圍內丟失，并使其出現故障，同時阻止其運行，這種干擾的特點是在所有衛星信號出現區域內干擾GNSS信號，并且存表現為截然不同的干擾效果。另外，相關干擾是由干擾信號的碼序列與GNSS信號的偽碼序列具有強相關性的技術事實所造成的，與不相關的干擾相比這種干擾模式有更多的能量，因此可以用更少的功率實現與更為良好的干擾效果。

1.3欺騙式干擾攻擊

欺騙式干擾攻擊會導致GNSS接收器錯誤地定位自身。欺騙式干擾攻擊根據干涉模式可以分為兩類，分別是脈沖干擾和連續波干擾。例如脈沖噪聲包括有單頻脈沖、啁啾脈沖等，而連續波噪聲則包括掃頻噪聲、單頻噪聲、窄帶噪聲和寬帶噪聲等。通常來說欺騙性干擾攻擊可能比抑制干擾更具破壞性，這是因為欺騙攻擊甚至不會導致接收器產生長期損壞，而欺騙攻擊的過程一般分為兩個步驟，分別是干擾信號的產生和干擾信號的傳輸。此外，用于產生欺詐性干擾信號的方法可以主要分為兩類，其分別為產生干擾和傳播干擾，這種干擾模式將自生成的信號直接發送到信號接收器中，并導致錯誤的位置來達到欺騙的目的，其性能上的優點為導航信號和傳輸時間由它們自身決定因此較為靈活，信號可以被延遲或提前，并且可以在導航消息中指定錯誤的位置信息，而其技術上的性能缺點則是必須理解信號和導航消息的結構并且難以干擾到軍事信號。

2衛星授時接收機加固技術簡析

2.1多天線發射技術

前文中所提到的復雜環境下的干擾類型的有很多，因此技術人員通過使用多天線發射技術，就能夠通過自己的天線接收到真實的衛星信號，并在適當的延遲處理后將其發送到干擾區域中能夠接受到信號的接收機。此外，考慮到干擾信號的延遲只能大于實際信號的延遲，欺騙只能通過改變偽距來實現專門針對衛星授時的傳播干擾，因此使用多天線發射技術就能夠根據欺騙障礙轉移方法將信號分開，并將多個衛星信號的疊加使得接收器更容易檢測到欺騙模式。但是，考慮到多天線發射技術對硬件的要求較高且需要實現信號分離，因此對于離散分布的天線而言就要更長的線路來實現互連和控制，最終影響到了這一技術在應用時的泛用性。

2.2壓制干擾監測技術

壓制干擾監測技術可以很容易地辨析出四種類型的欺詐干擾程序。考慮到GNSS的正確授時和定位主要取決于兩個條件：首先必須正確測量至少四顆衛星的偽距，其次必須檢索有效的導航信息。從上述可以看出干擾模式、環境干擾都可能導致壓縮消息誤碼率增加等，而在這一過程中甚至接收機的偽距測量容差也可能不起作用。因此，使用壓制干擾監測技術就能夠有效抑制GPS接收中的干擾，并在此基礎上降低載波噪聲比，當接收器降低代碼環和接收器的載波環的熱噪聲時，能夠穩定相關器功率輸出和載波相位，進而減少偽距和其變化率的測量誤差，增加定位授時的精確度。

2.3單機層面干擾監測

如果衛星的干擾監測能力低于接收器的跟蹤閾值，則接收器往往會失去其正常工作容量。考慮到單機層面干擾監測可以細分為故障解決和故障監測，而相關的干擾前檢測主要通過提取接收機觀測來實現，如天線自動加固控制技術、模數轉換器和載噪比技術以及相關的抗干擾檢測技術，并通過觀察相關器輸出功率來完成。此外，單機層面干擾監測能夠在跟蹤AGC信號的同時控制信號電平的誤碼率，并盡可能的減少公共信道噪聲信號帶來的影響，因此具有重要的實踐價值。

3復雜干擾環境下衛星授時接收機加固技術應用

3.1誤碼率監測

誤碼率監測技術可以直接改善干擾量的判斷精確度并可以實時測量設備本身的解調損耗。在這一過程中如果載波噪聲比高，但即使在正常系統操作的閾值范圍內誤碼率也很高可以得出監測結論。另外，隨著現代信號處理技術的發展，存在一些比較復雜的干擾檢測方法，如循環平穩特征識別方法，匹配濾波檢測方法，極化分析方法和時頻分析方法，針對這些方法則誤碼率監測技術的應用可以獲得良好的技術效果。

3.2系統層面干擾監測

除了上述的單機干擾監測方法之外，還有一些通過網絡實現GNSS干擾監測的系統。典型的GNSS干擾監測系統包括：NAVSYS公司在美國建立的干擾監測和定位系統和美國國家大地測量儀器等。這些系統通常使用更多分離的天線并具有單獨的接收機信道與多個站點相結合，以監測特定區域航空無線電頻段的干擾信息，用戶通過秘密信息的真實性來確定跟蹤信號，實際上是有兩種方式檢測擴頻碼加密和消息加密技術的結合，并且包括民用導航信號加密軍用技術，然后保留字節變為加密認證加密，以便欺詐性干擾源不能生成導航消息，從而允許接收器通過電報區分欺騙性干擾和真實信號。

3.3殘留信號檢測

檢測殘留信號的先決條件是誤導性干擾信號不能抑制實際信號，并且可以在檢測階段細分為殘留信號的檢測，同時在殘留信號檢測的跟蹤階段。相位的檢測用于通過確定在二維載波多普勒偽碼相位搜索中是否存在兩個相關峰值來確定是否存在欺詐性干擾。當接收器阻止實際信號時，可以通過對更復雜的干擾信號進行跟蹤相位檢測。此外，考慮到現有的導航接收器能夠存儲諸如導航衛星星歷的信息，其在一段時間內保持有效，并對殘留的信號進行合理的檢測。

4結束語

通信、電力和金融等系統中的GNSS時間接收器具有傳統接收器無法提供的功能，包括確定位置、本地授時和多機網絡聯網，這些功能為通過計時更好地檢測故障提供了實用的先決條件。本文總結了復雜電磁環境中接收機的干擾和欺騙攻擊以及相應的檢測策略。基于接收器的特性和體系結構，給出了多層時序接收器的加固結構。在此基礎上，考慮到多衛星多系統授時差數據特性和接收機本地授時特性的充分利用，提出了一種多源授時誤差數據輔助干擾檢測方法，并與通信相結合。電源和其他授時接收器網絡。基于網絡的干擾檢測方法可以通過信號參數的匯總分析和數據挖掘以及整個網絡接收機的求解結果來實現干擾的檢測，評估和定位。上述研究結果可用于改善復雜的干擾環境并有助于提高GNSS衛星授時的可靠性和完整性。

參考文獻

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作者：陸國生 單位：中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司