干扰机与无意干扰定位系统设计 及初始 测试结果 （ ，，厂７ 摘要 常规干扰机定位设备中有一种是安装在飞机 吊舱中的专用电子情报系统（ＥＩ胛）。这种系统 对输 战场环境的适应性并测量其数据是否合适。此 种导航技术（ＡＮＴ）进行评估 有关该项目的 ７ 外，将对在ＧＰＳ不适用的战场环境中所采用的另 情况及最初的测试结果将在以后介绍。 对少数大功率干扰机是有效的，但当威胁是大量 低功率、低成本干扰机时无效 低功率ＧＰＳ卫星 信号使它特别容易受有意或无意干扰的影响。 ＮＡＶＳＹＳ公司利用网络中心方法已经解决了很难 背景 美国的越来越依赖ＧＰＳ，不但将其用于 导航而且用于目标定位和通信同步等。民用用户 也日益依赖ＧＰＳ进行导航【包括飞机着陆） 电 的干扰机检测及定位问题 在这种方法中数据是 通过作为接收干扰机信号的传感器的专用ＧＰＳ接 收机设备和常规ＧＰＳ用户设备收集的。这些传感 器的数据通过数据链或网络转发给ＪＬＯＣ主站， 主站可根据这些数据得出各个干扰机的位置。 为了确定这种方法所能达到的精度，ＮＡＶＳＹＳ 公司将生产三种传感器。第一种传感器利用常规 ＧＰＳ用户设备产生的诊断数据使它作为接收干扰 机信号的传感器。借助来自多传感器的数据，可 以得出干扰机或无意干扰的位置。第二种传感器 力网同步和通信同步（包括蜂窝电话系统）假 设我们的基础设施对ＧＰＳ的依赖不断增加而且如 同“兵力倍增器”，那么研制不易受干扰的接收 机并探求快速识别、定位ＧＰＳ干扰机的方法成为 关键。 目前的商用和军用数字式ＧＰＳ接收机能监视 所接收的信号并且在信号出现不规则时能探测 到。在这些接收机中增加对所观察的异常信号的 记录或报告能力，就可得到用来定位干扰机或其 它无意干扰信号源的网络中心方法 图１给出了各种不同类型的ＧＰＳ干扰机 它 们可能已在ＮＡＶＷＡＲ场景中经历了考验。其种类 从昂贵的大型高功率ＥＣ１Ｍ设备到廉价的小型干扰 威胁设备。常规的ＥＬＩＮＴ方法对付少量的高功率 干扰机（＞１ＯＯＷ）非常有效 指定制导武器或 识别干扰信号在该传感器的达到角（ＡＯＡ）。该传 感器不是基于ＥＬＩ１ＶＩ＂设备设计的，因此它比现有 的干扰机定位硬件便宜。利用移动ＡＯＡ传感器在 段时间内所收集的数据，可以发现干扰机或无 意ｆ扰的位置 第三种传感器快速采集干扰机的 ＲＦ频谱在多个位置上的数据。在主站将这些数据 关联，即可对干扰机或无意干扰源进行定位。以 后将介绍这种系统的设计 为了证明网络中心干扰机定位系统的能力， 空军空间战斗实验室（Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｓｐａｃｅ Ｂａｔｔｌｅｌａｂ） ｔＬＭ￣Ｍ导弹对付这些威胁使对抗变得容易多了 更重要的威胁是可能部署的用于抑制所关注地区 （ＲＯＩ）的大量低功率、低成本ＧＰＳ干扰机。用常 规的ＥＬＩＮＴ方法很难定位这些干扰机，而用一枚 已经提出了ＧＰＳ抗干扰可行性（ＧＡＴＯＲ）动议。 在该项目下，将评估基于干扰机定位系统的网络 电子战技术文选２０００年第４期 ＨＡＲＭ导弹对付一个干扰机成本又太高。 Ｉ２一 ＥＷ技术 ＧＰＳ干扰机（４瓦）已作为商用产品上市。 ＮＡＶＳＹＳ的“ＧＰＳ捕获引擎（ＧＰＳ—ＡＣＥ）”所采用 及高技术破坏分子甚至可能在和平时期 用ＧＰＳ干扰机破坏空中导航，这是联邦航空管理 的处理技术，可在Ｊ／Ｓ值高达４４ｄＢ时实现捕获： 然而，如图２所示，即使极低功率的干扰机也可 能在相当有效的干扰源距离内对ＧＰＳ接收机产ｌ牛 巨大的影响。 部门（ＦＡＡ）最关注的威胁。还可能出现来自其 它电台发射机的微弱谐波的无意干扰信号。ＦＡＡ 在机场安装依靠ＧＰＳ的着陆系统的部分标准工作 步骤是试图识别和定位可能影响ＧＰＳ工作的任何 无意干扰源。迄今为止， Ａ还没有定位ＧＰＳ干 扰源的有效方法。 干扰机能发射不同类型的波形。先进的ＧＰＳ 接收机最难处理的波形是宽带噪声干扰机的信 号 窄带干扰信号可用自适应滤波器剔除。（因 髫 ＼１ 图２干扰机效果与距离的关系 为ＧＰＳ信号是一个扩谱信号，滤除干扰信号的窄 带滤波器将只滤除一小部分ＧＰＳ信号而对ＧＰＳ接 收没有明显影响）。因此，必须对付的干扰波形 是宽带信号而不是窄带信号 由于很难在接收机 中对抗干扰波形但却容易建立干扰波形，所以它 们是最可能部署的威胁类型 图３说明了一个４瓦的干扰机在战场上的效 果。接近干扰机时，ＧＰＳ接收机不能跟踪卫星信 号。 随着距干扰机的距离的增加，接收机可 跟 踪，但不能截获ＧＰＳ信号。ＧＰＳ机载用户比地面 用户更易于受地面干扰机的干扰，因为它们可以 在很远的距离上直视干扰机。如图３所示，机载 ＾’．， ［ 图１干扰机威胁 ＧＰＳ接收机从１４５公里以外就开始受到干扰机影 响而降低效能。 现有的ＧＰＳ干扰机探测技术 对干扰机识别与定位的常规方法是采用一套 专门的信号识别与谀ｊ向设备 这类设备通常安装 于专门的飞机上，如Ｆ．ＭｓＯＮ为美国海军研制的１。 扰机定位吊舱。由于这种技术可以有效地对付少 因为ＧＰＳ信号非常弱，所以用极低功率的低 成本干扰机就可在有效距离内干扰它们。图２示 出了干扰／信号（Ｊ／Ｓ）比的功率电平，它是距离 与干扰机发射功率的函数（假设一视线路径和所 接收的Ｐ（Ｙ）码功率为一１６３ ｄＢｗ）。第一阶段工 作的分析已表明用２２ｄＢ的Ｊ／ｓ值就可抑制Ｃ／Ａ码 的捕获。如果已知精确的时间，那么Ｐ（Ｙ）码的 数高价值干扰机，所以它并不适合在未来战场上 可能大量部署的低价值ＧＰＳ干扰机（如图１所示 的”曲棍球”）。 信号捕获可继续进行直到Ｊ／Ｓ值超过３４ｄＢ为止。 利用先进的信号处理技术，如４．３节所叙述的 由于专门的电磁情报（ＥＬＩＮＴ）平台的价格 高昂，通常在一个地区只出现一个平台。对于尢 电子战技术文选２０００年第４期 ｌ ３· 干扰机与无意干扰定位系统设计及初始测试结果 统结构，采用多个ＧＰＳ接收机作为“传感器”接 收干扰机数据，提供大量的观察，从而计算出十 扰机的位置。存在大量的干扰机就必须要大量的 测量。用数学的语言来讲，要解出Ｎ个未知数就 需要Ｎ个等式。要快速和精确地定位大量干扰机 和欺骗机，最基本的就是需要许多同时的测量 因为成本原因，采用多个专用ＥＬＩＮＴ平台并非是 好的选择。更为经济的选择是在一个网络系统结 构中采用常规的军用ＧＰＳ用户设备作为干扰机 “传感器”， 探测多个干扰机 图３所接收的Ｊ／Ｓ是干扰机距离的函数 这种以网络为中心的方法使各种不同类型的 ＪＬＯＣ传感器和不规则的报告在一个集成的解决方 量布置的所谓”雷区”场景，单个平台对多个干 扰机定位会遇到若干问题。第一是单个平台只能 进行到达角（ＡＯＡ）和多普勒测量。到达时间差 （ＴＤＯＡ）测量不能由单个平台来完成。当需要发 现大量干扰机的时候，ＴＤＯＡ技术具有许多优点 第二个问题是完成一次精确定位所需要的时间 单个ＥＬＩＮＴ平台必须移动到一个新的地点去进行 三角定位。如果干扰机距离很远，则平台就需要 很长时间移动到足够远的距离来完成一次完好的 三角测量。如果存在大量干扰机 就需要从许多 不同的位置测量，才能完成对所有干扰机的完好 测量 另一个问题在于假如干扰机是移动的，单 个专门平台就无法对它进行目标跟踪，因为在任 意两次测量之间，两个平台都在移动。可以采用 案下结合起来。我们的计划是处理ＧＰＳ用户设备 的已有数据，而不是要求研制特殊目的的干扰探 测设备。Ⅱｏｃ传感器可选用其他采用民用或军用 用户设备信息的型号，如下所示。 Ｃ／Ｎ０干扰机定位传感器 这是最简单的传感器类型，通过记录来自于 普通ＧＰＳ接收机的ＧＰＳ Ｃ／Ｎ０数据来计算出干扰 机的位置。所需要的就是记录输出的卫星信号强 度数据、时间和接收机位置。不需要任何特殊的 ＧＰＳ用户设备，因为这些信息可 从大多数ＧＰＳ 接收机的标准输出中得到。 Ｃ／Ｎ０干扰机定位技术依靠观察Ｃ／Ｎ０大的变 化，它是干扰机距离的函数：当观察到Ｃ／Ｎ０大 的变化时，这种方法较有效。然而，在估计低功 率干扰信号的位置时，它不太有效。 多普勒测量来获得关于运行方向的信息，但是假 如载波发生漂移或人为地颤动，多普勒测量会受 到欺骗。更进一步的问题是可以通过测向技术进 行定位的干扰机的数量。采用天线阵的测向技术 对定位分离开的干扰机数量有。天线阵元越 多，可以定位越多的干扰机，但对大多数平台而 言 天线阵的物理尺寸是有限的，所以实际只能 有少数阵元。ＧＰＳ干扰机的数量通常会超出一个 天线阵所能够分离的干扰机数目。最后，测量精 度受到阵元指向分辨率和阵元数量的。 经过努力，提出了一种协作的干扰机定位系 电子战技术文选２０００年第４期 图４ Ｃ／Ｎ０传感器结构 ＡＯＡ干扰机定位传感器 通过与方向图可控天线（ＣＲＰＡ 相集成的军 １４· ＥＷ技术 用ＧＰＳ用户设备（ＵＥ）来观察干扰机信号到达 角，如图５所示。ＣＲＰＡ设计用于探测干扰机信 号，在天线方向图对准干扰机位置的方向上设置 位置．并且还可以分离出来自不同干扰源的信 号。当同一区域内存在多个干扰机时，这一技术 非常有效。 个零点 当飞机的姿态（俯仰、横滚和偏航） 也预知的前提下，这些到达角（ＡＯＡ）信息可以 用于估计干扰机位置 这种定位方法依靠如图６ 所示的三角定位原理．采用一架运动中的飞机或 多个观察平台的多个ＡＯＡ数据。这种方法的优点 在于干扰机定位可以通过一架飞机来完成。定位 精度主要取决于零点指向的精度和航向。 圈６ ＡＯＡ干扰机定位传感器所需要的三角法 技术评估 圈５采用ＣＲＰＡ天线的军用用户设备 为了评价上述各种技术，位于莱特·帕特森 空军基地的空军研究实验室（ＡＦＲＬ）已经指示 ＴＩ）ＯＡ干扰机定位传感器 ＴＩ）ＯＡ干扰机定位传感器需要两架或更多飞 机在干扰机附近行动才能完成。这种方法提供高 ＮＡＶＳＹＳ组装一套评价设备．可以用于评价这三 种技术。再加上空军空间战场实验室的努力．以 精度干扰机定位数据，但当干扰机信号出现时， 它需要一部能够记录ＧＰＳ快存数据的ＧＰＳ传感 器。下一代的军用用户设备必须包括这种能力以 满足频域处理技术和数字滤波方法的应用，以辅 助在干扰机信号出现时实施截获。在同步的ＧＰＳ 时间间隙内，多架飞机都收集ＧＰＳ快存数据。将 快存的数据交叉相关以计算一个时间偏移或称为 可观察的ＴＤＯＡ（到达时间差），和一个相对的多 普勒偏移，或称为可观察的ＦＤＯＡ（到达频率 差）。综合上述可观察值就可以计算出干扰机的 ＧＡＴＯＲ动议的名义．已经安排了这些技术的现场 干扰试验。 评估设备 为了降低成本，在成本有效的地方选择了 ＣＯＴＳ／ＧＯＴＳ。如图８所示．选择Ｃ／Ｎ０传感器，使 用一个ＰＬＧＲ（精密轻型ＧＰＳ接收机）以及一个 掌上或膝上型电脑作为数据记录器。 １５· 电子战技术文选２０００年第４期 干扰机与无意干扰定位系统设计及初始测试结果 图７ ＴＤＯＡ干扰机定位传感器所需要的三角法 图１Ｏ无意干扰测向器的照片 ＼ ／’ 国８ Ｃ／Ｎ０干扰机定位传感器演示图 对于ＡＯＡ传感器，同ＧＰＳ用户设备一起使用 现成的ＣＲＰＡ将使分析非常难以进行。因此就选 用了一个改进型的ＮＡＶＳＹＳ高增益的先进ＧＰＳ （ＨＡＧＲ）接收机。这种无意干扰测向器的结构如 图９和图ｌ０所示。 图Ｉ１ ＴＤＯＡ干扰机定位传感器的框图 时间地得到ＧＰＳ频谱的精确记录。 ＼ｌ＜＜＼－ ／ ……一 ， ／ＧＡＴｏＲ的目的 美国肯尼作战实验室ＧＰＳ抗干扰可行性 （ＧＡ３ＤＲ）其目的是确定使用现行ＧＰｂ ＣＯＴＳ／Ｃ，￣Ｓ 设备（安装在地面和机载装备上）的作战能力 以 Ｌ—Ｌ 。 厂一 Ｌ鳘一 咽～ 囊耋 确保在电子战环境中能进行精确的定位。 为了达到上述目的，这项动议将展示完成下 列战术的能力：１）通过干扰机定位（ＪＬＯＣ）方 法，同时在电子战环境中使ＧＰＳ接收机连续地工 作，对ＧＰＳ无意干扰／有意干扰进行定位 ２）如 果电子战环境恶劣，选择其它的导航技术作为备 ；～ ］一ｌ… 国—： 一 图９无意干扰测向器的框图 对于到达时差（ＴＤＯＡ）传感器，需要能够评 估接收机时间精度对传感器位置精度的影响 为 了达到这个目的，对每个到达时差干扰机定位传 感器都需要进行精确的连续ＧＰＳ频谱记录。这样 就选择了图１１中所示的ＮＡＶＳＹＳ ＧＰＳ数据记录器 份（比如：ＴＡＣ４Ｎ，ＩＸ）ＲＡＮ和其它卫星等） 这个动议还将派生一个经过验证的作战 ＧＡＴＯＲ概念（ＣＯＮＯＰＳ），用于将该能力用于实战 （比如：ＡＥＦ，ＪＦＣ，ＪＦＡＣＣ或ＣＬＮＣ） 作为到达时差传感器。通过分析实施干扰之前的 ＧＦ＇Ｓ时间以及使用自动时钟进行取样，就可以长 电子战技术文选２０ＯＯ年第４期 ６ ＥＷ技术 目的及指标的测量 目的和指标的测量是围绕着该动议的两个相 关部分组织的。 结论 将达到下列的技术目的： １）干扰机定位（ＪＬＯＣ） ·研制ＧＰＳ一体化干扰机定位（ＪＬＯＣ）系统 ａ）目的：证明ＣＯＴＳ和ＧＯＴＳＧＰＳ用户设备技 术能够提供精确和有用的干扰机定位传感器数 据．．验证ＧＰＳ干扰定位以及干扰源能够通过 处理来确定。 结构以及传感器。ＪＬＯＣ系统的系统要求和体系结 构在图４中进行了定义，包含以下几个部分： ＪＬＯＣ传感器，这是经过改进以在存在干扰机时提 供异常报告的ＧＰＳ用户设备；ＪＬＯＣ数据链路用于 ｂ）指标的测量 １）确定处理系统通过比较干扰机实际位 置和计算出的位置对ＧＰＳ．干扰源进行隔离和定位 的能力 ２ｊ确定处理ＧＰＳ干扰机定位所需的时间 ａ）处理时间 ｂ）从撵测到识别的时间 提供来自传感器的网络连接； 个ＪＬＯＣ主站， 获得和分析ＪＬＯＣ传感器数据 一 ｒ不同类型的 ＪＬＯＣ传感器为：基于普通ｃＰｓ用户没备Ｃ／Ｎ０ ＪＬＯＣ传感器，它提供关于ＧＩＮ信号强度的报告； 基于与ＣＲＰＡ集成的ＧＰＳ用户设备的到达角ＪＬＯＣ 传感器，它提供干扰机的方位数据．基于下一代 具备自适应Ａ／Ｊ滤波的ＧＰＳ用户设备的到达时差 ２）其它的导航技术 ａ）目的： １）当ＧＰＳ由于干扰、欺骗或地域而不能 使用时，判定用作替代的导航工具。 ２）演示使用替代导航系统的效能。 ｂ）指标的测量 １）判定关键的导航系统特征，诸如精度和覆 盖能力 ２）比较几种系统的特征。根据３）ｂ）１）中 ＪＬＯＣ传感器，它为到达时差／到达颧差分析提供 原始的干扰机频谱数据。 ·研究干扰机定位算法。需要处理Ｃ／Ｎ０， ＡＯＡ和ＴＤＯＡ数据的干扰机定位算法可以通过分 析的方法得出，提供对来自不同ＪＬＯＣ传感器源 的数据进行最佳融合。 ·通过使用现场的干扰信号验证其性能～生 成模拟数据以验证Ｃ／Ｎ０和ＴＤＯＡ干扰机定位算 法的性能。通过使用在战场上搜集到的实际１二扰 提到的特征，确定哪种系统将能作为ＧＰＳ的最佳 替代物。 ３）确定这些系统能否满足目前导航的要求。 环境信号，对各种传感器的性能进行评估并重新 确定定位算法。 （王燕、龚渝、朱松供稿ｊ 和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和 Ｅ ’ 瑞士超级美洲豹飞机选定其电子战设备 瑞．ｘｔ－￣军已经选择了南非的４ｖｉｔｒｏｔｔｌｃｓ Ｐ竹廿司为其ＡＳ一３３２Ｍ一】超级美洲豹直升飞机提供传感器告警系统（ＭＳＷ５） 它组合了雷达、激光 导弹逼近告警功能 要求谊公司提供４个ＮＳＷＳ 而且还可能另外要求再生产４邵或】Ｏ郜系 瑞士空军最终可能套丌购４２个这样的系统用于其各种飞扭上 瑞士国内的配套工作由塞尔西斯技术公司承担统南 ｊ 逗家公司的ＭＳＷＳ系统正在安装王＿Ｊ冀本国空军的Ｏｒｙｘ通用直升机和Ｒｏｏｉｖａｌｋ攻击直升机上 迂可能用于 联酋长国的 观役美洲转作战直升飞孔上 暖设备已羟在电子战环境中进行过评估。｛顾耀平） 电子战技术文选Ａ￣Ｘ）０年第４期
