轉(zhuǎn)發(fā)式gps欺騙干擾機(jī)的仿真建模與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?013屆）</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，GPS系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。有效地利用GPS干擾技術(shù)破壞對(duì)方的導(dǎo)航系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)己方的有效隱蔽和保護(hù)，是GPS

2、技術(shù)在軍事領(lǐng)域的一個(gè)新應(yīng)用。在眾多干擾技術(shù)中，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾有著發(fā)射功率低，不需要了解GPS信號(hào)偽碼結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本文主要研究GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾原理。在分析了GPS定位原理的基礎(chǔ)上，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)式干擾進(jìn)行了可行性分析，完成了轉(zhuǎn)發(fā)式干擾原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并著重對(duì)干擾機(jī)的射頻電路進(jìn)行了研究。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾主要是利用信號(hào)的自然延時(shí)來(lái)實(shí)施干擾。因此，干擾信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)完全相同，只是延遲時(shí)間有所不同。另外

3、轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大，信號(hào)的幅度大于導(dǎo)航信號(hào)的幅度，GPS接收機(jī)完全有可能捕獲到轉(zhuǎn)發(fā)后的信號(hào)。從而使GPS接收機(jī)獲得錯(cuò)誤的偽距，達(dá)不到精確的定位。</p><p>　　本文在第一章和第二章中不僅詳細(xì)敘述了GPS的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀，還對(duì)它的發(fā)展前景做了大致的估計(jì)，并簡(jiǎn)要概括了GPS信號(hào)的基本組成。在第三章，主要對(duì)干擾機(jī)的各部分功能進(jìn)行細(xì)化和進(jìn)一步的模塊化設(shè)計(jì)，將總體模型分為三個(gè)單元，包括：信號(hào)接收單元、干擾

4、信號(hào)生成單元、干擾信號(hào)發(fā)送單元。第四章則著重于對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析和比較，驗(yàn)證理論依據(jù)的真實(shí)性。</p><p>　　關(guān)鍵字：全球定位系統(tǒng)；轉(zhuǎn)發(fā)式干擾；模塊化設(shè)計(jì)，仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of the technology, The Globa

5、l Position System has been used widely．The new application of GPS technology in the military field is how to destroy enemy Navigation system and enshroud effectively ourselves utilizing the GPS counter technology．In the

6、GPS interference technology, the retransmitted jamming has the advantages of low sending power, unawareness of the PRN code structure of GPS signal and simple implementation．</p><p>　　The retransmitted jammi

7、ng principle is studied in this dissertation．Based on the analysis of the GPS position theory, the effect of jamming prototype is studied and every part of the jamming prototype is analyzed．The design and implementation

8、of jamming prototype have been done too．The retransmitted jamming method mainly makes use of signal’s natural delay, so the jamming signal is completely the same as navigating signal，except for the differently delay time

9、．Besides，the power of retransmitted j</p><p>　　At the first and the second chapter ,I not only explain the development history and the developing situation of GPS in detail, but also estimate roughly its dev

10、elopment direction, in addition, the basic components of GPS is simply summarized．At the third chapter, the main content is that the function of jamming prototype is the modularization designed．The whole module is divide

11、d into three parts including signal-receiving unit，jamming signal generation unit and jamming signal transmission unit, </p><p>　　Key words：GPS，Retransmitted Jamming，Modularization designed，Simulation</p&

12、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　2 GPS簡(jiǎn)介及發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　2.1 GPS簡(jiǎn)介3</p><p>　　2.2 GPS分類及應(yīng)用特點(diǎn)3</p><p>　

13、　2.3 GPS發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　2.4 GPS發(fā)展前景4</p><p>　　2.5 GPS信號(hào)5</p><p>　　3 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)7</p><p><b>　　3.1 干擾機(jī)7</b></p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)發(fā)式干擾簡(jiǎn)介7</p>

14、<p>　　3.3 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)課題的提出8</p><p>　　3.5 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)10</p><p>　　3.6 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)發(fā)展方向11</p><p>　　3.7 建立轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)動(dòng)態(tài)模型12</p><p>　　3.7.1 干擾信號(hào)接收單元的實(shí)現(xiàn)13</p

15、><p>　　3.7.2 干擾信號(hào)發(fā)送單元的實(shí)現(xiàn)16</p><p>　　3.7.3 干擾信號(hào)生成單元的實(shí)現(xiàn)18</p><p>　　4 仿真效果分析22</p><p>　　4.1 GPS信號(hào)生成22</p><p>　　4.2 GPS信號(hào)的延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)23</p><p>　　4.3 GP

16、S轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的干擾25</p><p><b>　　5 結(jié)論27</b></p><p><b>　　6 致謝28</b></p><p><b>　　7 參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　1引言</b></p><

17、;p>　　自1957年前蘇聯(lián)將世界第一顆人造衛(wèi)星送入環(huán)地軌道以來(lái)，針對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的干擾與抗干擾技術(shù)的發(fā)展日新月異。GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍

18、事目的，經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。</p><p>　　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最基本也最重要的功能，是在廣達(dá)5.1億平方公里的巨大地球表面，給任意一個(gè)物體定位，由此而來(lái)，衍生了測(cè)速、軌跡描繪、導(dǎo)航、防盜反劫、服務(wù)救援、遠(yuǎn)程監(jiān)控等等重要的應(yīng)用。目前，世界上主要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括：美國(guó)的GPS、歐盟的GALILEO、俄羅斯GLONASS和中國(guó)的

19、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，其中美國(guó)的GPS應(yīng)用最為廣泛。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅在民用領(lǐng)域（如個(gè)人位置服務(wù)、氣象應(yīng)用、道路交通管理、鐵路智能交通、海運(yùn)和水運(yùn)、航空運(yùn)輸、應(yīng)急救援等）得到廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生具大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，而且在軍事領(lǐng)域更具重要性。</p><p>　　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由于衛(wèi)星信號(hào)功率較低，GPS信號(hào)的能量大約相當(dāng)于在幾千公里以外一盞家用電燈的能量，要比廣播電視的信號(hào)要弱1,000,000,000倍，正是因?yàn)樗^(guò)于微弱，因而

20、極易受到多種形式的有意或無(wú)意干擾，導(dǎo)致接收機(jī)導(dǎo)航定位性能下降，甚至無(wú)法正常工作。在美國(guó)發(fā)動(dòng)的第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，由于伊拉克使用了據(jù)說(shuō)是從俄羅斯購(gòu)進(jìn)的GPS干擾系統(tǒng)，使多枚美國(guó)精確制導(dǎo)導(dǎo)彈偏離了軌道，從而使得GPS干擾問(wèn)題引起了世人廣泛的關(guān)注。</p><p>　　美國(guó)政府、工業(yè)部門和學(xué)術(shù)界對(duì)GPS受干擾的問(wèn)題進(jìn)行了大量研究和模擬，提出即使沒(méi)有掌握先進(jìn)技術(shù)的敵方也能容易、快速、廉價(jià)地制造和使用許多GPS干擾機(jī)，以摧毀

21、依靠GPS制導(dǎo)的美國(guó)武器和其它平臺(tái)。如1994年9月，在約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室舉行的一次航空航天工程師和其它專業(yè)人員的研討會(huì)上，首次公開(kāi)展示了一種得煙盒大小的自制干擾機(jī)，它采用12伏電池作動(dòng)力，產(chǎn)生100毫瓦的輸出功率，通過(guò)一根細(xì)小的全向天線發(fā)射信號(hào)。據(jù)設(shè)計(jì)者稱，該裝置足以干擾半徑16公里范圍內(nèi)的任何采用CA編碼的GPS接收機(jī)。俄羅斯設(shè)計(jì)的廉價(jià)GPS干擾機(jī)現(xiàn)在到處可以買到，甚至可通過(guò)因特網(wǎng)采購(gòu)到這種裝置。這種干擾機(jī)重

22、3—10公斤(不含電池)。價(jià)格低于5萬(wàn)美元，能對(duì)美國(guó)現(xiàn)有GPS系統(tǒng)的四個(gè)頻段實(shí)施有效干擾。</p><p>　　鑒于空間衛(wèi)星系統(tǒng)在導(dǎo)航、通信、探測(cè)、預(yù)警、偵察等領(lǐng)域的廣泛軍事應(yīng)用，為在空間信息的通信對(duì)抗中獲得優(yōu)勢(shì)，美軍率先提出并建立了“反空間通信系統(tǒng)”，其目的在于利用無(wú)線電頻率干擾空間鏈路，阻礙敵方的衛(wèi)星通信。該系統(tǒng)已于2004年1月開(kāi)始裝備。為此，我們也應(yīng)開(kāi)展空間通信干擾技術(shù)的研究，期望通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)、方法、手

23、段和策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息有效傳輸保證的衛(wèi)星通信鏈路的干擾，進(jìn)一步獲得空間優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　但是GPS 衛(wèi)星信號(hào)抗電子干擾方面異常脆弱,傳輸功率小，信號(hào)頻率公開(kāi),是GPS 易受干擾的重要原因。通過(guò)發(fā)射與GPS信號(hào)相類似的干擾信號(hào)，誤導(dǎo)GPS接收機(jī)偏離準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位，這個(gè)過(guò)程就是GPS欺騙干擾。</p><p>　　本文主要概括轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙式干擾的發(fā)展與應(yīng)用。</p>

24、<p>　　2 GPS簡(jiǎn)介及發(fā)展現(xiàn)狀</p><p><b>　　2.1 GPS簡(jiǎn)介</b></p><p>　　全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。

25、</p><p>　　按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2.02萬(wàn)千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。24顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分，分布在六個(gè)軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時(shí)間都可觀測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰Α?lt;/p><p>　　地面

26、監(jiān)控部分包括四個(gè)監(jiān)控站、一個(gè)上行注入站和一個(gè)主控站。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機(jī)、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計(jì)算機(jī)。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站設(shè)在范登堡空軍基地。它對(duì)地面監(jiān)控部實(shí)行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對(duì)GPS衛(wèi)星的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)把這類導(dǎo)航

27、數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對(duì)每顆GPS衛(wèi)星每天進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開(kāi)注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。</p><p>　　全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓，目前已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各種部門，并開(kāi)始逐步深入人們的日常生活。</p><p>　　2.2 GPS分類及應(yīng)用特點(diǎn)&l

28、t;/p><p>　　GPS衛(wèi)星接收機(jī)種類很多，根據(jù)型號(hào)分為測(cè)地型、全站型、定時(shí)型、手持型、集成型；根據(jù)用途分為車載式、船載式、機(jī)載式、星載式、彈載式。</p><p>　　GPS的應(yīng)用都是基于兩個(gè)基本服務(wù)，其一為空間位置服務(wù)，分為：</p><p>　　定位：如汽車防盜、地面車輛跟蹤和緊急救生；</p><p>　　導(dǎo)航：如船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引

29、水、飛機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場(chǎng)降落、智能交通、汽車自主導(dǎo)航及導(dǎo)彈制導(dǎo)；</p><p>　　測(cè)量：主要用于測(cè)量時(shí)間、速度、及大地測(cè)繪，如水下地形測(cè)量、地殼形變測(cè)量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測(cè)及浮動(dòng)車數(shù)據(jù)，利用GPS定期記錄車輛的位置和速度信息。從而計(jì)算道路的擁堵情況；</p><p>　　另外還有時(shí)間服務(wù)，分為：</p><p>　　系統(tǒng)同步：如CDMA通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)&l

30、t;/p><p>　　授時(shí)：準(zhǔn)確時(shí)間的授入、準(zhǔn)確頻率的授入</p><p>　　2.3 GPS發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　中國(guó)GPS導(dǎo)航的市場(chǎng)潛力巨大。截至到2005年底，中國(guó)擁有車載導(dǎo)航設(shè)備的車輛不足10萬(wàn)輛，相對(duì)于3000萬(wàn)輛的汽車總數(shù)來(lái)說(shuō)，普及率不到1%。而日本的汽車車載導(dǎo)航安裝率高達(dá)59%，歐美約占25%。2006年便攜導(dǎo)航市場(chǎng)應(yīng)該有近5億元的規(guī)模，而隨著市場(chǎng)

31、的高速發(fā)展及新品牌的層出不窮，預(yù)計(jì)2009年中國(guó)汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)終端的銷售額將接近100億元。</p><p>　　2008年，被人們稱為中國(guó)的“3G元年”。眾所周知，目前在國(guó)內(nèi)通信領(lǐng)域，最火的就是正在試運(yùn)行的TD-SCDMA——3G標(biāo)準(zhǔn)。作為新一代的通信技術(shù)，3G帶給人們非常多的期許。3G牌照的全面發(fā)放，也成了人們共同關(guān)注的焦點(diǎn)。其實(shí)在國(guó)內(nèi)的GPS導(dǎo)航領(lǐng)域也在經(jīng)歷著一場(chǎng)蛻變，第三代PND類導(dǎo)航產(chǎn)品的應(yīng)運(yùn)而生，

32、已經(jīng)把人們帶進(jìn)了全新的導(dǎo)航時(shí)代。</p><p>　　衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，將成為“十一五”發(fā)展的亮點(diǎn)。在“十一五”期間，衛(wèi)星導(dǎo)航在其它領(lǐng)域如航空、海路、鐵路、建筑、電信、電力等方面的應(yīng)用都會(huì)有很大的發(fā)展空間。</p><p>　　衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在三方面：一是衛(wèi)星導(dǎo)航的多系統(tǒng)并存，使系統(tǒng)可用性得以提高，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼜V闊；二是多元組合導(dǎo)航技術(shù)正在

33、得到推廣應(yīng)用，主要有GPS與移動(dòng)通信基站定位、陀螺、航位推算技術(shù)等的組合應(yīng)用；三是衛(wèi)星導(dǎo)航與無(wú)線通信等其它高技術(shù)相結(jié)合，如GPS接收機(jī)嵌入到蜂窩電話、便攜式PC、PDA和手表等通信、安全和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，從根本上促進(jìn)了IT技術(shù)的整體發(fā)展。</p><p>　　2.4 GPS發(fā)展前景</p><p>　　中國(guó)目前正在成為全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS）產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)之一?！笆晃濉逼陂g，

34、GPS在多個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)擁有更大的發(fā)展空間。然而，由于GPS在我國(guó)尚處于起步階段，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相配套的環(huán)境還不完善，制約了企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。致力于GPS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有識(shí)之士時(shí)刻關(guān)注著這些問(wèn)題，并親自實(shí)踐探索其發(fā)展和突破之道。北京東方聯(lián)星科技有限公司總經(jīng)理張峻林是眾多探索者中的一員。有了更多這樣的有識(shí)之士，中國(guó)GPS產(chǎn)業(yè)的明天值得期待。</p><p>　　與GPS產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，我國(guó)的GPS產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，與之配

35、套的大環(huán)境還沒(méi)有形成，企業(yè)發(fā)展相對(duì)較難。目前，雖然我國(guó)企業(yè)自主研制的GPS核心技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平，甚至直接賣給國(guó)外的公司，但由于沒(méi)有適合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大環(huán)境，產(chǎn)業(yè)鏈沒(méi)有形成，許多相關(guān)配套產(chǎn)品都沒(méi)有企業(yè)提供。特別是能夠研發(fā)核心技術(shù)的企業(yè)太少，只有東方聯(lián)星、西安華訊、北京星科聯(lián)通等少數(shù)幾家，勢(shì)單力孤。</p><p>　　在政策環(huán)境方面，雖然國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到發(fā)展GPS的重要性，但支持力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?！爸饕€是國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)

36、航的人才太少，制定發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的框架戰(zhàn)略不清晰，導(dǎo)致國(guó)家對(duì)未來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí)不足，投入謹(jǐn)慎，對(duì)企業(yè)的支持力度不夠?！睒I(yè)內(nèi)人士表示。此外，目前高校中沒(méi)有教授GPS知識(shí)的人，更談不上培養(yǎng)下一代GPS人才。</p><p>　　據(jù)國(guó)外專家預(yù)測(cè)，到2030年，世界GPS市場(chǎng)將進(jìn)入到平緩發(fā)展階段，市場(chǎng)趨于平穩(wěn)，應(yīng)用范圍雖十分廣泛，但隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，單位利潤(rùn)會(huì)逐漸降低。由于事關(guān)中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多年來(lái)一直致

37、力于此的業(yè)內(nèi)人士對(duì)以上情況看在眼里急在心里，其中就包括東方聯(lián)星科技公司總經(jīng)理張峻林。他說(shuō)：“目前，衛(wèi)星導(dǎo)航在國(guó)內(nèi)外都是不成熟的，但是如果再等5年，國(guó)外技術(shù)完全成熟的時(shí)候，我們的機(jī)會(huì)就更少了，就像現(xiàn)在去做PC操作系統(tǒng)，談何容易？”目前，東方聯(lián)星雖然在某些領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界GPS事業(yè)的前列，但是缺乏大的環(huán)境支持，難免曲高和寡。</p><p>　　目前，國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到發(fā)展GPS的重要性，特別是對(duì)某些國(guó)有企業(yè)動(dòng)輒支持幾

38、千萬(wàn)甚至上億元。但這些國(guó)有企業(yè)并沒(méi)有自己的核心技術(shù)，而是斥巨資購(gòu)買國(guó)外的技術(shù)產(chǎn)品。如果這些企業(yè)能轉(zhuǎn)而利用國(guó)內(nèi)企業(yè)的核心技術(shù)，讓他們分一杯羹，不僅可以保證國(guó)內(nèi)企業(yè)的生存，還能打開(kāi)GPS發(fā)展的大環(huán)境，推動(dòng)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展。</p><p><b>　　2.5 GPS信號(hào)</b></p><p>　　GPS信號(hào)是擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)，這種擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)具有低截獲概率特性，系統(tǒng)為

39、了區(qū)分各衛(wèi)星信號(hào)，通常采用碼分多址形式。目前GPS系統(tǒng)是部分公開(kāi)的，采用的偽碼有C/A碼、P（Y）碼等。</p><p>　　GPS衛(wèi)星信號(hào)包括三種信號(hào)分量：載波，兩個(gè)偽隨機(jī)噪聲碼(C/A碼和P碼)和數(shù)據(jù)碼(D碼)。隨著GPS現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，偽碼中將增設(shè)新的軍用M碼。GPS測(cè)距的測(cè)距碼信號(hào)和導(dǎo)航電文信號(hào)都屬于低頻信號(hào)。GPS衛(wèi)星距離地面約兩萬(wàn)公里。緊張的電能不足以將上述數(shù)據(jù)率很低的信號(hào)傳輸?shù)降孛妗?lt;/p&

40、gt;<p>　　解決這一難題的辦法就是另外發(fā)射一種高頻信號(hào)作為載波將低頻的測(cè)距碼信號(hào)和導(dǎo)航電文信號(hào)加載到這一高頻信號(hào)上，構(gòu)成一個(gè)高頻的調(diào)制波發(fā)射給地面。GPS衛(wèi)星采用L頻帶的兩種不同頻率的電磁波作為高頻信號(hào)，分別稱為L(zhǎng)1載波和L2載波。其中：L1載波的頻率fl=1575．42MHz，L2載波的頻率f2=1227．6MHz。GPS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的頻率，都要受衛(wèi)星上原子鐘的基準(zhǔn)頻率的控制，GPS衛(wèi)星原子種基準(zhǔn)頻率為10．23M

41、Hz，P碼產(chǎn)生采用基準(zhǔn)頻率，C/A碼產(chǎn)生采用基準(zhǔn)頻率的1/10，而L1載波的頻率n為基準(zhǔn)頻率的154倍，L2載波的頻率Q為基準(zhǔn)頻率的120倍。</p><p>　　3 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)</p><p><b>　　3.1 干擾機(jī)</b></p><p>　　對(duì)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的下行信號(hào)進(jìn)行干擾，主要是針對(duì)用戶接收機(jī)的干擾對(duì)抗，從技術(shù)上考慮，

42、主要有壓制式干擾和欺騙式干擾，如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 GPS干擾方式分類圖</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)發(fā)式干擾簡(jiǎn)介</p><p>　　所謂欺騙式干擾是指發(fā)射與GPS信號(hào)具有相同參數(shù)(只有信息碼不同)的假信號(hào)，干擾GPS接收機(jī)，使其產(chǎn)生錯(cuò)誤定位信息，其功效相當(dāng)于偽GPS衛(wèi)星。根據(jù)偽距定位原理，由于GPS用戶設(shè)備不配帶原子鐘，用戶至衛(wèi)星的偽距

43、測(cè)量結(jié)果會(huì)包括鐘差等引入誤差，因此對(duì)GPS進(jìn)行定位欺騙可從兩方面著手，即給出虛假導(dǎo)航信息或增加信號(hào)傳播時(shí)延，從而使測(cè)得的偽距產(chǎn)生偏差。這種欺騙式干擾有產(chǎn)生式和轉(zhuǎn)發(fā)式兩種體制。</p><p>　　轉(zhuǎn)發(fā)式干擾就是將接收到的GPS衛(wèi)星信號(hào)重新廣播出去，從而構(gòu)成一個(gè)虛假的GPS衛(wèi)星信號(hào)，使接收機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤解碼，導(dǎo)致測(cè)距誤差，發(fā)生錯(cuò)誤定位。就空間GPS干擾技術(shù)而言，我們首要研究重點(diǎn)是具有最佳干擾效果的相關(guān)干擾技術(shù)，其研究的

44、最終目的在于通過(guò)產(chǎn)生的最大互相關(guān)偽碼匹配序列進(jìn)行虛假導(dǎo)航電文的擴(kuò)頻，實(shí)現(xiàn)GPS產(chǎn)生式欺騙干擾。由于轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾不需要對(duì)所接收的真實(shí)GPS信號(hào)進(jìn)行分析，而直接通過(guò)延遲調(diào)節(jié)發(fā)射達(dá)到欺騙目的，因而從理論上可以認(rèn)為是一種與代碼無(wú)關(guān)的干擾，因此進(jìn)行該方式的研究也具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。阻塞式壓制干擾實(shí)際上是一種非常有效的干擾手段，其缺點(diǎn)在于功率過(guò)高，但就戰(zhàn)時(shí)GPS信號(hào)可能發(fā)生的變化而言，該方式在一定條件下還是可以達(dá)到干擾目的的。隨著GPS系統(tǒng)抗

45、干擾能力的增加，及其覆蓋范圍和精度的提高，單一效能的干擾手段很難達(dá)到預(yù)期效果。</p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)課題的提出</p><p>　　現(xiàn)今社會(huì)，各個(gè)國(guó)家相繼開(kāi)展了以攜帶各類有效載荷的航天器及其星座為核心體的相關(guān)資源利用和組網(wǎng)等技術(shù)的研究，期望通過(guò)空間優(yōu)勢(shì)獲得信息優(yōu)勢(shì)，其目的是奪取制天權(quán)。而信息能力已成為現(xiàn)代作戰(zhàn)的核心能力，未來(lái)空間攻防對(duì)抗的實(shí)質(zhì)也將是一場(chǎng)空間信息

46、對(duì)抗，其目的在于奪取控制信息權(quán)。</p><p>　　全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海陸空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)空間電子對(duì)抗，干擾GPS系統(tǒng)正常工作的方法可分為兩大類：一類是直接摧毀衛(wèi)星，一類是用電

47、子手段進(jìn)行干擾。硬摧毀武器從研制、部署到使用的成本比較昂貴。因此，不到萬(wàn)不得已，不應(yīng)輕易采用硬摧毀的手段。以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，它已經(jīng)成為精確制導(dǎo)武器的重要手段，美軍使用的精確制導(dǎo)彈藥占全部使用量的90％以上，而絕大多數(shù)精確制導(dǎo)彈藥均裝備了GPS導(dǎo)航定位裝置將打擊精度提升到數(shù)米量級(jí)。它分為空間部分、地面控制部分和地面控制部分三個(gè)部分。對(duì)空間部分、地面控制部分和由地面控制部分發(fā)往空間衛(wèi)星的上行鏈路信號(hào)進(jìn)行“軟干擾"攻

48、擊的難度也非常大，而從衛(wèi)星反饋到用戶定位設(shè)備的下行信號(hào)比較微弱，其開(kāi)放性的特點(diǎn)，容易受到干擾，因此GPS的下行星地通信鏈路信號(hào)便是其“軟肋’’。對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星通信下行鏈路進(jìn)行“軟干擾”主要是對(duì)用戶接收機(jī)的干擾對(duì)抗，從技術(shù)上考慮，主要有壓制式干擾和欺騙式干擾。</p><p>　　轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是GPS干擾技術(shù)中欺騙式干擾的一個(gè)分支。其最大的優(yōu)勢(shì)是發(fā)射功率低，不易被探測(cè)器材發(fā)現(xiàn)，因而具有很強(qiáng)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。同時(shí)，它不

49、需要對(duì)所接收的真實(shí)GPS信號(hào)進(jìn)行分析，而直接通過(guò)信號(hào)的延遲達(dá)到欺騙目的，因而從理論上可以認(rèn)為是一種與代碼無(wú)關(guān)的干擾，因此進(jìn)行該方式的研究具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。本課題研究的就是GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。3.4 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)的發(fā)展</p><p>　　本世紀(jì)，出于其軍事利益、經(jīng)濟(jì)利益、國(guó)家安全等方面的考慮，世界上有能力的國(guó)家都在紛紛建設(shè)自己的或與其他國(guó)家聯(lián)合的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。</p>

50、<p>　　現(xiàn)今，世界上的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有：美國(guó)的GPS系統(tǒng)，歐洲的Galileo系統(tǒng)，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。</p><p>　　衛(wèi)星導(dǎo)航已成為現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)“信息戰(zhàn)”、“導(dǎo)航戰(zhàn)’’的重要組成部分，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái)精確制導(dǎo)武器使用量與總投彈量比逐年提升，其中GPS制導(dǎo)武器占整個(gè)精確制導(dǎo)武器的比例由海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的10％急增至2003年自由伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的98％。</p>

51、<p>　　航空導(dǎo)航GPS化是GPS系統(tǒng)建設(shè)的重要目標(biāo)之一，但航空導(dǎo)航可靠性要求高，技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，因此GPS航空導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)落后于GPS航海系統(tǒng)。國(guó)際上，為了使衛(wèi)星導(dǎo)航成為航空導(dǎo)航的主導(dǎo)航手段，需要在現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建設(shè)增強(qiáng)系統(tǒng)，例如北美的WAAS系統(tǒng)，LAAS系統(tǒng)，歐洲的EGNOS系統(tǒng)，日本的MSAS系統(tǒng)等。</p><p>　　在不斷的應(yīng)用探索的過(guò)程中，各國(guó)科學(xué)家及學(xué)者展開(kāi)了針對(duì)GPS干

52、擾機(jī)的研究及討論，并取得了一系列的研究成果。</p><p>　　1997年，Glisie S等[1]提出了GPS系統(tǒng)采用典型的CDMA體制，這種擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)具有低截獲概率特性，系統(tǒng)以碼分多址形式區(qū)分各衛(wèi)星信號(hào)。</p><p>　　2000年，周義，王自焰[2]在論文中概括出了轉(zhuǎn)發(fā)式GPS干擾系統(tǒng)圖，如圖3.2所示。并提到，對(duì)GPS 進(jìn)行欺騙性干擾可從兩方面入手: 給出虛假導(dǎo)航信息或增加

53、信號(hào)延時(shí)時(shí)間, 可分別采用產(chǎn)生式和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。文中預(yù)測(cè)，對(duì)欺騙式干擾而言, 干擾機(jī)的趨勢(shì)是智能化。即能準(zhǔn)確估算目標(biāo)所接收到的衛(wèi)星測(cè)量值大小, 并隨機(jī)給這些測(cè)量信號(hào)加上適當(dāng)?shù)牟豢蓹z測(cè)的偏差值, 以較小的偏差值實(shí)施有效干擾。</p><p>　　圖3.2 GPS干擾示意圖</p><p>　　2001年，孫智信[3]在其論文中提出，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾利用信號(hào)的自然時(shí)延容易實(shí)現(xiàn), 關(guān)鍵在于解決收發(fā)隔離問(wèn)

54、題。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾還要從- 20~ -30dB 的信噪比中提取、放大信號(hào), 以保證信號(hào)不產(chǎn)生畸變或較少畸變, 并提高輸出信噪比。</p><p>　　2005年，范俊輝等[4]指出，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是通過(guò)利用信號(hào)的自然延遲,對(duì)敵方的GPS接收機(jī)進(jìn)行干擾, 這種方法不需要知道信號(hào)的形式和偽碼結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。顯然，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾優(yōu)于產(chǎn)生式干擾,欺騙式干擾的研究的重點(diǎn)應(yīng)該放在轉(zhuǎn)發(fā)式干擾上。</p><p>　

55、　2006年，張翰林等[5]在論文中提出，對(duì)現(xiàn)代化GPS實(shí)施有效干擾難度越來(lái)越大,隨著新頻段和新碼的使用, 從信噪比中提取高保真有用信號(hào)時(shí), 接收機(jī)很容易被欺騙信號(hào)所欺騙。在使用了新頻段和新代碼的現(xiàn)代化GPS中, 干擾技術(shù)相對(duì)比較容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　由于GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測(cè)量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。</

56、p><p>　　隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，美國(guó)政府宣布2000年至2006年期間，在保證美國(guó)國(guó)家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號(hào)精度在全球范圍內(nèi)得到改善，利用C/A碼進(jìn)行單點(diǎn)定位的精度由100米提高到10米，這將進(jìn)一步推動(dòng)GPS技術(shù)的應(yīng)用，提高生產(chǎn)力、作業(yè)效率、科學(xué)水平以及人們的生活質(zhì)量，刺激GPS市場(chǎng)的增長(zhǎng)。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在美國(guó)，單單是汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，2000年后的市場(chǎng)將達(dá)到30億美

57、元，而在中國(guó)，汽車導(dǎo)航的市場(chǎng)也將達(dá)到50億元人民幣。可見(jiàn)，GPS技術(shù)市場(chǎng)的應(yīng)用前景非常可觀。</p><p>　　3.5 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)GPS轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾，有以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：</p><p><b>　　(1)收發(fā)隔離問(wèn)題</b></p><p>　　2002年，為解決這個(gè)

58、問(wèn)題，Rabbany[6]首次給出經(jīng)典的雙星協(xié)同的二級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，但是它比較復(fù)雜如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 二星轉(zhuǎn)發(fā)示意圖</p><p>　　(2)降低信號(hào)畸變和提高信噪比</p><p>　　為降低信號(hào)畸變、提高信噪比，應(yīng)考慮使用具有較寬天線波束的天線，并在帶通濾波器后面加裝低噪放大器。</p><p><b>

59、;　　(3)動(dòng)態(tài)時(shí)延控制</b></p><p>　　先通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后采用多抽頭可控?cái)?shù)字延遲線來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的動(dòng)態(tài)時(shí)延，最后再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換還原為模擬信號(hào)。</p><p>　　1994年，Sally L[7]等認(rèn)為，對(duì)于GPS衛(wèi)星信號(hào)的捕獲是一個(gè)二維捕獲過(guò)程。捕獲結(jié)果是使本地參考碼和接收碼相位差值小于一個(gè)碼元寬度，且收發(fā)碼時(shí)鐘頻率基本一致，同時(shí)使

60、載波相互對(duì)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與本地信號(hào)的粗同步。</p><p>　　1999年，Braasch M[8]在論文中認(rèn)為，作為GPS接收機(jī)的處理核心，由捕獲和跟蹤組成的同步過(guò)程是尤為關(guān)鍵的。GPS衛(wèi)星信號(hào)在到達(dá)接收機(jī)后，經(jīng)天線前端處理(低噪放、下變頻、采樣等)后，隨即進(jìn)入信號(hào)的同步階段。第二年，Brown A．等[9]認(rèn)為，為捕獲到GPS衛(wèi)星信號(hào)，需要同時(shí)復(fù)現(xiàn)衛(wèi)星的碼相位和載波頻率，對(duì)GPS信號(hào)的搜索和捕獲，并給

61、出了四種方法。</p><p>　　①偽碼串行、載波串行</p><p>　?、趥未a串行、載波并行</p><p>　　③偽碼并行、載波串行</p><p>　　④偽碼并行、載波并行</p><p>　　2010年，劉慧越[10]利用多徑估計(jì)理論，提出了一種新的基于最大似然估計(jì)的GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號(hào)估計(jì)技術(shù)。闡述了轉(zhuǎn)發(fā)

62、式干擾的原理，建立了GPS接收機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號(hào)相干積分累加的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了轉(zhuǎn)發(fā)式干擾最大似然估計(jì)的計(jì)算公式。仿真實(shí)驗(yàn)表明：該技術(shù)可以在有色噪聲條件下，對(duì)多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)式信號(hào)進(jìn)行較精確的估計(jì)。</p><p>　　在眾多國(guó)家中，俄羅斯對(duì)GPS干擾技術(shù)的研究是最為深入的，成果也最為顯著，先后提出了五代GPS干擾機(jī)理論。目前比較流行的主動(dòng)干擾機(jī)是在復(fù)制導(dǎo)航信號(hào)的基礎(chǔ)上形成干擾信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)是既可實(shí)現(xiàn)“硬”抑制，也可實(shí)現(xiàn)“軟&

63、quot;抑制，</p><p>　　坐標(biāo)的測(cè)量過(guò)程中，在導(dǎo)航接收器中可以引用可控誤差，干擾效率高，可形成任何前面探討的干擾信號(hào)，暴露性非常??；而缺點(diǎn)是復(fù)雜性增大，功耗大。</p><p>　　目前，除俄羅斯和美國(guó)外，能制造GPS干擾機(jī)的國(guó)家還有法國(guó)、德國(guó)、意大利、朝鮮等。</p><p>　　就國(guó)內(nèi)而言，GPS干擾技術(shù)的理論研究及干擾裝置的研制起步較早，取得了一定

64、的進(jìn)展。但隨著技術(shù)的發(fā)展，迫切需要在現(xiàn)有干擾體制的基礎(chǔ)上提出更合理，更有效的干擾方法。</p><p>　　3.6 轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)發(fā)展方向</p><p>　　結(jié)合上述認(rèn)知轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)的現(xiàn)狀，預(yù)計(jì)認(rèn)知轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)會(huì)沿著以下幾個(gè)方面發(fā)展：</p><p>　　1，基礎(chǔ)理論和相關(guān)應(yīng)用的研究。包括：GPS基本運(yùn)行機(jī)制，常見(jiàn)干擾計(jì)算與抗干擾方法，

65、以及GPS信息傳輸基礎(chǔ)理論等。</p><p>　　2，解決轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾的關(guān)鍵問(wèn)題，例如收發(fā)隔離機(jī)制的簡(jiǎn)化。</p><p>　　3，民用GPS信息編碼加密防熱為惡意干擾，以及軍用GPS加密編碼的研發(fā)，并不斷改進(jìn)GPS的測(cè)算精度。</p><p>　　4，干擾機(jī)智能化，能準(zhǔn)確估算目標(biāo)所接收到的衛(wèi)星測(cè)量值大小, 并隨機(jī)給這些測(cè)量信號(hào)加上適當(dāng)?shù)牟豢蓹z測(cè)的偏差值,

66、 以較小的偏差值進(jìn)行有效干擾。</p><p>　　3.7 建立轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)動(dòng)態(tài)模型</p><p>　　在GPS系統(tǒng)被干擾的過(guò)程中，干擾機(jī)將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾處理后，在將虛假信號(hào)與真實(shí)信號(hào)相結(jié)合，由GPS接收天線進(jìn)行接收，從而達(dá)到干擾的目的，整個(gè)系統(tǒng)基本模型如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 GPS干擾系統(tǒng)基本模型</p>

67、<p>　　“轉(zhuǎn)發(fā)式"干擾利用信號(hào)的自然延時(shí)，因此干擾信號(hào)與導(dǎo)航信號(hào)完全相同，只是延時(shí)不同，另外轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)放大信號(hào)的幅度大于導(dǎo)航信號(hào)的幅度GPS接收機(jī)完全有可能將轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)捕獲到從而獲得錯(cuò)誤的偽距使GPS接收機(jī)達(dá)不到精確的定位。而且“轉(zhuǎn)發(fā)式’’干擾利用信號(hào)的自然延時(shí)，不需要產(chǎn)生高逼真信號(hào)，技術(shù)上相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　系統(tǒng)將原理樣機(jī)各部分功能細(xì)化，進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，各模

68、塊既具有相對(duì)獨(dú)</p><p>　　立的功能，相互之間又有信息和數(shù)據(jù)的傳遞與交換，工作時(shí)相互制約，相互協(xié)調(diào)?；贔PGA控制的模擬信號(hào)可控延遲技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在一定存貯約束條件下的</p><p><b>　　可控信號(hào)延遲轉(zhuǎn)發(fā)。</b></p><p>　　我們將對(duì)干擾機(jī)模塊進(jìn)行重點(diǎn)模擬，轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)框圖如圖3.5：</p>

69、<p>　　圖3.5轉(zhuǎn)發(fā)式GPS欺騙干擾機(jī)流程圖</p><p>　　典型的轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.5所示，其中信號(hào)接收單元接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻數(shù)字信號(hào)；干擾生成信號(hào)單元產(chǎn)生延遲干擾信號(hào)，根據(jù)控制單元輸出的控制指令，由FPGA控制的FIFO進(jìn)行延時(shí)控制，將經(jīng)過(guò)延時(shí)的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換后，生成干擾信號(hào)；干擾信號(hào)發(fā)送單元發(fā)送干擾信號(hào)，由微處理控制單元輸入控制指令，進(jìn)行相

70、應(yīng)處理后發(fā)送出去。從圖3中可以看出，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)的主要器件包括：低噪聲放大器、濾波器、混頻器、晶體振蕩器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘控制和FIFO等。需要分別對(duì)這些主要器件對(duì)干擾信號(hào)產(chǎn)生的細(xì)微影響進(jìn)行分析并建模。</p><p>　　其中涉及到的部分重要元件主要有以下幾種：</p><p>　　低噪聲放大器用來(lái)增加接收機(jī)輸入端的微弱信號(hào)的幅度，使之能夠達(dá)到接收機(jī)的檢波器的可用范圍。<

71、;/p><p>　　濾波器用來(lái)選擇性地通過(guò)或抑制某頻段信號(hào)。理想特性為：允許某一頻率段通過(guò)，而抑制其余頻率段；濾波器對(duì)通帶內(nèi)頻率信號(hào)呈現(xiàn)匹配傳輸，對(duì)阻帶頻率信號(hào)失配而進(jìn)行反射衰減，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜過(guò)濾功能。</p><p>　　混頻器是三端口的有源或無(wú)源器件。如果在兩個(gè)輸入端口分別輸入不同頻率的兩個(gè)信號(hào)，在唯一的輸出端口將產(chǎn)生一個(gè)和頻和一個(gè)差頻信號(hào)，這個(gè)過(guò)程叫做頻率變換。信號(hào)接收單元中必須使用

72、這種頻率較低的信號(hào)，因?yàn)樗苋菀子弥蓄l級(jí)進(jìn)行有效放大和濾波，并且很容易使頻段得到優(yōu)化，從而使信號(hào)接收單元的增益和選擇性得到提高。</p><p>　　晶體振蕩器是性能最好的振蕩器，如果在晶體兩端加上同頻交變信號(hào)，那么它就在自己的固有諧振頻率上振蕩，其功能基本上和超高Q值的串聯(lián)諧振電路一樣。對(duì)所有的振蕩電路來(lái)說(shuō)，最重要的一個(gè)參數(shù)是Q。高Q反饋振蕩器的輸出頻率比LC振蕩器的輸出頻率要穩(wěn)定得多。</p>

73、<p>　　3.7.1 干擾信號(hào)接收單元的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　信號(hào)接收單元原理圖如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6信號(hào)接收單元原理框圖</p><p>　　信號(hào)接收單元運(yùn)行特點(diǎn)是：接收單元接收信號(hào)遠(yuǎn)大于單元工作時(shí)的內(nèi)部噪聲，由于輸出為數(shù)字信號(hào)，接收單元應(yīng)具有較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換速率。</p><p>　　圖中帶通濾波器l

74、可以選出GPS信號(hào)頻帶，排除信號(hào)頻帶外信號(hào)。接收單元中，大部分噪聲系數(shù)是在低噪放大器產(chǎn)生的。低噪放大器提供15dB的前端增益，同時(shí)也產(chǎn)生了小于15dB的噪聲。而帶通濾波器2不僅可以衰減所有諧波分量，而且還可以消減由LNA自身引起的鏡像噪聲。</p><p>　　在帶有單一濾波器的接收機(jī)中，帶通濾波器1使天線與LNA的輸入端相匹配，減少信號(hào)頻帶外信號(hào)的幅度，以防止LNA過(guò)載，并提供一定的鏡像濾波。為減少帶通濾波器l

75、預(yù)選器的插入損耗（LNA前面的濾波器插入損耗可直接影響噪聲系數(shù)），通常在LNA與第一混頻器之間接入帶通濾波器2。</p><p>　　二次濾波可以減少噪聲系數(shù)，有助于預(yù)選器排除鏡像信號(hào)以及其他干擾信號(hào)?；祛l器1的輸入信號(hào)幅度一般較大，為減少混頻產(chǎn)生的互調(diào)失真，需要一個(gè)高壓縮點(diǎn)。為了減少互調(diào)失真的產(chǎn)生，輸入混頻器的射頻信號(hào)應(yīng)至少比輸入到混頻器本振端口的信號(hào)低10dB。為了濾除所需要的信號(hào)之外的其他信號(hào)，混頻器1的輸

76、出端鏈接天線分離濾波器。</p><p>　　采用設(shè)計(jì)完善、品質(zhì)因數(shù)較高的晶體振蕩器可以減小誤比特率，并使緩沖相鄰信道靈敏度降低。接收機(jī)的增益特性包括：由放大器提供的增益、由濾波器造成的損耗、衰減和混頻。對(duì)整個(gè)接收機(jī)而言，從接收機(jī)的前端對(duì)天線的輸入到最后一級(jí)中頻輸出，整個(gè)射頻和中頻增益通常在125dB左右。</p><p><b>　　具體參數(shù)設(shè)計(jì)如下</b><

77、/p><p>　　信號(hào)接收單元包括帶通濾波器、混頻器、本振器等器件，當(dāng)中頻輸出30．69MHz時(shí)，參數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)如下所示：</p><p><b>　　帶通濾波器1，2：</b></p><p>　　1．濾波器中心頻率為1575.42MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p&

78、gt;　　3．中心插入損耗小于1.2dB；</p><p>　　4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5:1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><p><b>　　低噪聲放大器：</b></p><p><b>　　1．

79、輸入阻抗50；</b></p><p>　　2．工作頻段為1400--1600MHz；</p><p>　　3．噪聲系數(shù)不大于0.65dB；</p><p>　　4．增益大于25dB，當(dāng)輸入功率電平大于0．001W時(shí)應(yīng)進(jìn)入過(guò)載；</p><p>　　5．增益平坦度為0.2 dB；</p><p><b

80、>　　6．輸出阻抗50。</b></p><p><b>　　第一本振：</b></p><p>　　1．產(chǎn)生頻率1205.42MHz；</p><p>　　2．輸出幅度7dBm；</p><p>　　3．雜波抑制小于-70dBc；</p><p>　　4．頻率穩(wěn)定度10^-8p

81、pm：</p><p>　　5．諧波失真-40dBc。</p><p><b>　　帶通濾波器3：</b></p><p>　　1．濾波器中心頻率為1205.42MHz：</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB； ，</p>

82、<p>　　4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><p><b>　　混頻器l：</b></p><p><b>　　1．輸入阻抗50；</b></p><

83、p>　　2．插入損耗小于8dB；</p><p>　　3．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm：</p><p><b>　　4．輸出阻抗50；</b></p><p>　　5．隔離度LO/RF大于40dB；LO/IF大于30dB；LO/IF大于20dB。</p><p>　　第一中頻處理：第一中頻處理包括第一中頻

84、的帶通濾波器，中頻放大器等；</p><p>　　對(duì)應(yīng)第一中頻的帶通濾波器：</p><p>　　1．中心頻率370MHz；</p><p><b>　　2．輸入阻抗50：</b></p><p>　　3．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　4．帶內(nèi)損耗小于-2dB，</p>

85、<p><b>　　5．輸出阻抗50。</b></p><p>　　對(duì)應(yīng)第一中頻的中頻放大器：</p><p><b>　　1．輸入阻抗50；</b></p><p>　　2．噪聲系數(shù)不大于2dB；</p><p>　　3．260MHz處增益大于40dB；</p><

86、;p><b>　　4．輸出阻抗50。</b></p><p><b>　　第二本振：</b></p><p>　　1．產(chǎn)生頻率400.69MHz；</p><p>　　2．輸出幅度7dBm；</p><p>　　3．雜波抑制小于-70dBc：</p><p>　　4．頻

87、率穩(wěn)定度10^-8ppm；</p><p>　　5．諧波失真-40dBc。</p><p><b>　　帶通濾波器4：</b></p><p>　　1．濾波器中心頻率為400.69MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．帶內(nèi)損耗小于l dB；</p

88、><p>　　4．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　5．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><p><b>　　混頻器2：</b></p><p><b>　　1．輸入阻抗50；</b></p><p>　　2．插入損耗小于8dB；</p><p&

89、gt;　　3．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；</p><p><b>　　4．輸出阻抗50；</b></p><p>　　5．隔離度LO/RF大于40dB，LO/IF大于30 dB，LO/IF大于20 dB。</p><p>　　第二中頻處理：第二中頻處理包括第二中頻的帶通濾波器，中頻放大器等。</p><p>

90、　　3.7.2 干擾信號(hào)發(fā)送單元的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　通信的發(fā)射部分主要功能是將中頻的模擬信號(hào)上變頻至GPS L1(1575．42MHz)L2(1227．60 MHz)頻率并放大輸出。原理框圖如3.7所示</p><p>　　圖3.7 干擾信號(hào)發(fā)送單元基本框圖</p><p>　　就信號(hào)發(fā)射單元來(lái)說(shuō)，發(fā)送的RF頻率和較低的輸入頻率決定使用單變頻還是雙變頻。在對(duì)

91、頻率較高的射頻的操作中，為適當(dāng)抑制混頻產(chǎn)生的反饋，同時(shí)也抑制濾波器的帶寬百分比的限制所引起的寄生混頻器響應(yīng)，設(shè)計(jì)采用中頻濾波器。射頻帶通濾波器的作用是，抑制部分發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的諧波、帶寬噪聲、互調(diào)失真及帶外變換頻率。發(fā)射帶通濾波器可以用來(lái)衰減LO饋通、不需要的和頻以及差頻、以及其他混頻分量，但是不能產(chǎn)生大的群延遲變化和幅度波動(dòng)。寬帶中頻放大器不僅有放大功能，還有高反相隔離作用，阻止第一混頻器產(chǎn)生的混頻分量再次進(jìn)入輸出端口。第一混頻器將輸入信

92、號(hào)轉(zhuǎn)換為IF，而本地帶通濾波器濾除寬帶噪聲、諧波。為了不降低整個(gè)信號(hào)發(fā)射單元的信噪比，數(shù)字發(fā)射機(jī)的功率放大器應(yīng)具有較高的信噪比。對(duì)發(fā)射機(jī)濾波器的要求是：所有信號(hào)都能通過(guò)，但不會(huì)引起通帶切割。 </p><p><b>　　參數(shù)設(shè)計(jì)如下</b></p><p><b>　　帶通濾波器：</b></p><p>　　1．濾波器

93、中心頻率30.69MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB；</p><p>　　4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc：</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><

94、;p><b>　　第一本振：</b></p><p>　　1．產(chǎn)生頻率410.69MHz。</p><p><b>　　第1級(jí)混頻器：</b></p><p><b>　　1．輸入阻抗50：</b></p><p>　　2．插入損耗不大于8 dB：</p>

95、<p>　　3．隔離度：LO/RF不小于40dB，LO/IF不小于30 dB，LO/IF不小于20 dB：</p><p>　　4．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；</p><p><b>　　5．輸出阻抗50。</b></p><p><b>　　本地帶通濾波器：</b></p><p

96、>　　1．濾波器中心頻率380MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB：</p><p>　　4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc：</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p

97、><p><b>　　第二本振：</b></p><p>　　1．產(chǎn)生頻率1955.42MHz。</p><p><b>　　第2級(jí)混頻器：</b></p><p><b>　　1：輸入阻抗50；</b></p><p>　　2．插入損耗不大于8 dB；&l

98、t;/p><p>　　3．隔離度：LO/RF不小于40dB，LO/IF不小于30 dB，LO/IF不小于20 dB。</p><p>　　4．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；</p><p><b>　　5．輸出阻抗50。</b></p><p><b>　　本地帶通濾波器：</b></p&

99、gt;<p>　　1．濾波器中心頻率1955.42MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB：</p><p>　　4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　6．輸入與輸

100、出阻抗皆為50。</p><p><b>　　發(fā)射帶通濾波器</b></p><p>　　1．濾波器中心頻率1575.42MHz；</p><p>　　2：3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB；</p><p>　　4．帶內(nèi)駐波VSWR小于1.5：1；<

101、;/p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><p><b>　　功率放大器：</b></p><p>　　1．輸入輸出阻抗50；</p><p>　　2．噪聲系數(shù)不大于2dB；</p><p>　　3．1575.

102、42MHz處增益大于40dB；</p><p>　　4．工作電壓：12V。</p><p>　　第一中頻處理：第一中頻處理包括第一中頻的帶通濾波器，中頻放大器等</p><p>　　3.7.3 干擾信號(hào)生成單元的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　在轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖中可以看到，干擾生成信號(hào)單元產(chǎn)生延遲干擾信號(hào)，根據(jù)控制單元輸出的控制指令，由FPG

103、A控制的FIFO進(jìn)行延時(shí)控制，將經(jīng)過(guò)延時(shí)的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換后，生成干擾信號(hào)。干擾信號(hào)生成單元包括ADC模塊，鐘控模塊與先入先出隊(duì)列（FIFO）組合而成的時(shí)鐘管理模塊和DAC模塊三大部分組成。</p><p>　　圖3.8 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)基本框圖</p><p>　　如圖3.8所示，產(chǎn)生干擾信號(hào)其總體流程為，接收到的中頻調(diào)制信號(hào)，通過(guò)解調(diào)將信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。這樣的過(guò)程稱為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)

104、過(guò)程</p><p>　　干擾機(jī)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特點(diǎn)是將A/D和D/A盡量靠近射頻前端。為減少模擬環(huán)節(jié)，在較高的中頻，乃至對(duì)射頻信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字化。這就要求A/D器件具有適中的采樣速率和很高的工作帶寬。為適應(yīng)錯(cuò)綜復(fù)雜的電磁環(huán)境。A/D器件除了要有高速度、大帶寬外，同時(shí)還需要大動(dòng)態(tài)范圍。</p><p>　　首先，要選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　理想的

105、采樣就是用周期性的沖激序列和給定的信號(hào)相乘。把時(shí)域上連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域離散的信號(hào)翻。在實(shí)際中，真正的沖激序列是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，通常代之以窄帶脈沖串。這樣，就可以得到頂部隨給定信號(hào)變化的脈沖序列，這種采樣方法，稱為自然采樣。</p><p>　　對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)的時(shí)間和幅度進(jìn)行離散采樣，。首先假定信號(hào)的有用頻率分量從直流至f，對(duì)這樣的信號(hào)進(jìn)行采樣我們稱之為香農(nóng)采樣，或稱為基帶采樣。當(dāng)我們用離散的時(shí)間間隔對(duì)一個(gè)連續(xù)信號(hào)進(jìn)

106、行采樣時(shí)，必須仔細(xì)地對(duì)采樣間隔加以選擇，以確保原始模擬信號(hào)的復(fù)現(xiàn)精度。很顯然，采樣速率f正越高，數(shù)據(jù)的復(fù)現(xiàn)精度也就越高。</p><p>　　香農(nóng)采樣定理：為了避免信息損失，帶寬為f的模擬信號(hào)必須用大于2f的采樣速率進(jìn)行采樣。</p><p>　　香農(nóng)采樣準(zhǔn)則：如果采樣速率小于2f，那么將會(huì)發(fā)生混疊現(xiàn)象。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器有以下技術(shù)指標(biāo)：</p

107、><p>　　最低有效位(LSB)：二進(jìn)制數(shù)中權(quán)最小的位。在n位二進(jìn)制數(shù)中，1LSB對(duì)應(yīng)的模擬輸入量是滿度范圍的1/24，也就是量化單位。通常把1LSB對(duì)應(yīng)的模擬輸入量簡(jiǎn)稱1LSB。</p><p>　　最高有效位(MSB)：二進(jìn)制數(shù)中權(quán)數(shù)最大的位。</p><p>　　分辨率：模數(shù)轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換中所能分辨的最小量，習(xí)慣上用轉(zhuǎn)換結(jié)果的位數(shù)表示。如稱14位ADC有14位分辨

108、率。分辨率有時(shí)也用最低有效位LSB的步長(zhǎng)表示，例如把14位ADC的分辨率說(shuō)成1/2^14</p><p>　　單極性方式：當(dāng)ADC的模擬輸入電壓只允許為正電壓或只允許為負(fù)電壓．即為單極性方式，轉(zhuǎn)換結(jié)果用無(wú)符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)表示。</p><p>　　雙極性方式：當(dāng)ADC的模擬輸入電壓既可為正電壓，也可為負(fù)電壓時(shí)，即為雙極性方式，轉(zhuǎn)換結(jié)果常用二進(jìn)制偏移碼表示。</p><p&

109、gt;　　量化誤差：模擬輸入量在量化取整的過(guò)程中所引起的誤差，又稱量化不確定度。量化誤差是模數(shù)轉(zhuǎn)換器固有的，其大小與分辨率直接相關(guān)，通常為±1／2LSB或±1LSB模擬輸入量。</p><p>　　信噪比(SNR)：信號(hào)電平的有效值與各種噪聲(包括量化噪聲、熱噪聲、白噪聲等)有效值之比的分貝數(shù)。理論信噪比(即只考慮量化噪聲的因素)取決于ADC量化過(guò)程所使用的量化數(shù)目，量化數(shù)目(即ADC的位數(shù))

110、越多，量化噪聲就越小、其理論信噪比也就越大。對(duì)于正弦信號(hào)，其理論信噪比可由公式3-1得到：</p><p>　　SNR=6.02N+1.76dB （3-1）</p><p>　　式中N為ADC的位數(shù)。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)指出，上式?jīng)]有考慮采樣速率對(duì)信噪比的影響。事實(shí)上，提高采樣速率可以等效地提高ADC的位數(shù)，因此，提高采樣速率

111、可以提高ADC的信噪比。如公式3-2：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中， 稱為過(guò)采樣倍率，稱為處理增益。</p><p>　　信噪失真比 (SINAD)，又稱之為信納比。記作S/(N+D)，是指輸入信號(hào)有效值與基帶帶寬中全部其他頻率分量(包括噪聲和諧波分量，但不包括直流分量)總有效值之比的分貝數(shù)。S/(

112、N+D)與SNR不同之處在于考慮了諧波分量。由于ADC在實(shí)際應(yīng)用中存在噪聲和失真，從而影響了ADC的實(shí)際分辨率，等效地降低了ADC的位數(shù)。ADC實(shí)際可達(dá)到的位數(shù)稱為有效位數(shù)(ENOB)，如果已知SINAD(通常用實(shí)測(cè)的方法得到)，ENOB可用公式3-3求出：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　顯然，ENOB是一個(gè)綜合性的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。