多模GNSS伪码相关干扰机设计

0 引言

在信息化战争中，卫星导航系统贯穿战场上的每一个环节，无论是单兵作战，还是集团的综合推进，都需要卫星导航系统来进行指导规划，所以遏制敌方卫星导航系统的正常工作，对战争的胜利起着很重要的作用[1]。目前，四大全球卫星导航系统(GNSS)有美国的GPS系统[2]、俄罗斯的GLONASS系统[3]、欧盟的GALILEO系统[4]和中国的北斗卫星导航系统(BDS)[5]，他们形成了并存与发展的局面，并且多模融合成为未来的重要发展方向。GNSS系统主要依靠卫星发送的射频信号，当射频信号发送到地面时，信号功率极小，非常容易受到其他信号的干扰，使卫星导航接收机的导航定位精度下降，甚至不能正常工作。所以研究多模卫星导航干扰机对现在战争具有非常重要的意义。

目前，世界上很多国家都进行GNSS卫星导航系统的干扰研究。英国使用干扰功率为1W的干扰机可以使GPS接收机在3km范围内不能工作。俄罗斯2000年成功研制了一种压制式干扰机，干扰功率8W，能对GPS的两个频段(1227MHz和1575MHz)实施干扰，干扰距离可达数百公里。美国正在开发一个名为“狼群”的项目，这是一种智能型干扰机，输出功率只有几瓦，可以使3英里范围内的接收机无法正常工作[6]。伊拉克战争中，伊拉克至少使用了6台大功率的干扰机，大大降低了联军GPS制导武器的命中率。由此可见，掌握GNSS干扰技术对战争起着关键的作用，但是目前的干扰技术都集中在单模的研究中，多模GNSS卫星导航干扰机的研究是亟待解决的重要课题。

本文设计了一种多模GNSS伪码相关干扰机(以下简称M-GNSS干扰机)，其利用与多模GNSS卫星导航信号中C/A码相似的伪码作为干扰信号，使GNSS接收机不能正确解调卫星信号，以使其失效。文中通过分析多模GNSS卫星导航系统的信号特点，设计伪码相关干扰信号，理论分析表明其所需功率较小。本文利用DDS芯片和单片机实现了M-GNSS干扰机，性能稳定，实现简单，成本低廉。通过试验验证，该M-GNSS干扰机操作简单、人机界面友好、干扰频率准确稳定、所需功率较小，干扰效果良好。

1 M-GNSS信号干扰分析

1.1 压制式干扰原理

卫星导航系统的干扰方式有两种，分别是欺骗式干扰和压制式干扰。

欺骗式干扰分为产生式和转发式欺骗干扰，产生式干扰需要了解多模GNSS信号的详细信息，如卫星信号码型和卫星电文数据，由于GNSS军码信息处于保密状态，所以针对GNSS军用接收机实现产生式干扰比较困难；转发式干扰需要先使接收机处于失锁状态，然后在GNSS卫星信号中增加延迟信息转发给接收机，以使GNSS接收机失效，转发式干扰操作复杂，且不易实现。

压制式干扰是通过干扰机发射同频率大功率的噪声信号以阻塞卫星导航信号频带，使GNSS接收机降低或完全失去正常工作能力。压制式干扰从干扰信号带宽可分为宽带干扰和窄带干扰；从干扰信号样式又可分为瞄准式干扰(连续波干扰)、噪声带限干扰、相关干扰等多种方式，在干扰作用时间上有连续干扰和脉冲干扰，干扰方式不同干扰效果也不尽相同。压制式干扰的优点是技术难度较小，操作简单，干扰效果良好[7]。因此，本文设计的M-GNSS干扰机采用压制式干扰方式来对GNSS卫星信号进行干扰。

采用SPSS 16.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，采用两组独立样本的t检验比较A组B组小鼠耐受时间，C组、D组、E组与F组。G组。H组进行单因素方差分析，分析比较各组小鼠耐受时间之间的差异。以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

1.2 多模GNSS卫星导航系统原理

如图2所示，干扰信号可以表示为：

 

(1)

  

图1 GNSS信号原理图

从图1中可以看出，多模GNSS卫星导航接收机接收到的信号y(t)可用下式表达：

⑦Mazzone Jason，“Facebook’s Afterlife”，North Carolina Law Review，90(5)，2012，pp．1643 ～1686．

y(t)=s(t)h(t)+n(t)

(2)

式中，n(t)为空间噪声，h(t)=kδ(t-t0)为理想恒参信道，k为恒参信道的衰减，t0为恒参信道的时延。接收机接收到的信号与扩频码相匹配，进行解调后可以得出：

 

(3)

式中：PR为接收机灵敏度，约为-160dBW；N0=10lgkT，k=1.38×10-23J/K，T一般取290K；Lf一般取为6dB。

(3)Mg2+和矿化度变异系数均呈现出：哈拉湖南部高山区﹤北侧区域﹤四周河谷平原﹤周围湖泊融区，反应了Mg2+和矿化度在地下水中的含量逐步变大；

 

(4)

在卫星导航信号发送过程中对多模GNSS接收机施加伪码相关干扰信号，如图 2所示。

 

(5)

当GNSS接收机接收到的信号功率小于接收机灵敏度时，不能正确识别卫星导航信号。GNSS接收机灵敏度是由热噪声电平、接收系统噪声损耗和获取有效信息所需的载噪比组成[9]，如下式：

PR=N0+Lf+CS/ N0

(6)

其中，扩频码自相关函数为：

以GPS系统为例，通过式(6)可以得出，在GPS接收机不受干扰的情况下，获取有效信息所需的载噪比约为37.9dB。因此，当压制式噪声干扰信号使载噪比小于此值则会使GPS接收机失锁而不能正常工作。

1.3 M-GNSS伪码相关干扰机原理

通过解调、低通滤波器后为：

  

图2 伪码相关干扰信号

M-GNSS干扰机硬件电路图如图 4所示：

主控芯片控制信号产生电路产生基带信号，经过载波调制后传输至上变频器，上变频器将信号上变频为指定频点的射频信号，并经过可变增益放大器对射频信号功率进行调节，最后输出至发射天线[11]。

G(t)=J1(t)J2[t+K(10q)]

(7)

式中：J1与J2是线性反馈移位寄存器产生的m序列；K是两个m序列之间的相位偏差系数，q是码元宽度。

（2）执行。检验人员严格遵守免疫检验质量管控流程规定，确保工作目标与制定结果一致，依据实际要求更新医院临床免疫室的老旧设备，增添特种蛋白分析仪、倒置显微镜等新型设备，且进一步完善免疫室的功能区域划分等[2] 。

多模GNSS卫星导航系统的信号原理如图1所示。四大卫星导航系统分别具有多个频点，每一个频点表示一种模式，用i来表示多模GNSS卫星导航系统中的不同模式，最多有N种模式。在图1中，ai(t)(i=1…N)表示不同模式的卫星导航系统的电文数据码，pi(t)(i=1…N)表示其对应的扩频码；cos(wcit+φi)(i=1…N)表示其对应的载波信号，si(t)(i=1…N)表示每种模式的发送信号，s(t)表示多模GNSS卫星导航系统总的发送信号，其可以表示为[8]：

 

(8)

式中，gi(t)表示干扰第i种模式的干扰数据，Gi(t)表示干扰第i种模式的伪码信号，sgi(t)是干扰第i种模式的干扰信号。

为了获得软阴影的效果，假设以一个面光源来照射物体，通过分析在面光源的照射下，遮挡物的大小以及遮挡物和被照射物体之间的距离与遮挡系数的关系，来粗略地表示出遮挡系数v。

多模GNSS接收机接收到的信号yg(t)可用下式表示：

yg(t)=s(t)h(t)+sg(t)h(t)+n(t)

(9)

然后进行扩频码解调、载波解调后可得为：

 

(10)

由此可见，施加伪码相关干扰信号后，产生的伪码相关干扰噪声为：

RGp(τ)=G(t)p(t-τ)dt

(11)

由于G(t)与p(t)不同步，所以τ≠0，RGp(τ)≠0，对某些τ值RGp(τ)很大已经接近卫星信号的扩频码的自相关函数值[10]。由于压制式噪声与GPS扩频码互相关函数值很小，只能通过增加信号功率来对GPS接收机施加干扰，所以伪码相关干扰对比压制式噪声干扰，所需功率更小，干扰效果更加良好。

2 设计与实现

M-GNSS干扰机硬件主要由主控芯片、信号产生电路、载波调制、上变频电路、可变增益放大器、发射天线等组成。系统组成如图3所示。

  

图3 系统组成框图

彬州梨主要分布在彬州泾河川道及各支流水系沿岸海拔1 000 m以下的滩地及坡台地上。建国后，经过几十年发展，彬州梨的面积、产量形成规模。1998年，全市梨园面积10.3万亩，达到鼎盛时期。2000年以来，由于春行冬令，梨花难保，比较效益下降，彬州梨面积逐年锐减，清代谭嗣同描写的“棠梨树下鸟呼风，桃李溪边白复红。一百里间春似海，孤城掩映万花中”的美丽景象几近不存，彬州梨逐渐走向没落。2017年底，全市梨园仅存2.5万亩，地方品种老遗生、水遗生也所剩无几。集中栽培区域有义门镇中罗堡村、太峪镇四兴村和姚联村、泾河西区虎神沟村、永乐镇红岩河村等，主栽品种为砀山酥梨、早酥梨。

伪码相关干扰信号是一种与GNSS卫星信号相似的信号，伪码相关干扰信号可以通过两个10级数的线性反馈移位寄存器所产生的m序列经过异或相加得到。伪码干扰信号可表达为：

  

图4 M-GNSS干扰机电路图

2.1 主控芯片

主控芯片选用STM32F103RET单片机，该单片机可以通过数模转换器使数字信号转变成模拟信号来控制可变增益放大器产生不同功率的干扰信号。

单片机还集成了串口通信模块，可以通过串口来控制信号产生电路和混频电路。

单片机接收来自上位机的指令信号，解析后发送给信号产生电路和混频电路，控制信号产生电路里的DDS产生不同频率和波形的基带信号；控制混频电路产生所需要的载波信号。

尽管砀山酥梨绿色营销有较大进展，并取得一些成绩，但仍存在不足之处。由于对绿色营销的认知不够深刻，绿色营销体系尚不健全。绿色砀山酥梨的研发、生产、加工、定价、销售等各环节的衔接与绿色标准的制定与落实还存在许多不足。尤其是砀山酥梨的生产、加工中绿色标准执行力度还存在不少问题，监管不能完全到位。

2.2 信号产生电路

信号产生频率可以产生不同频率(即不同模式)和多种调制方式的干扰信号。运用直接数字频率合成技术(DDS)可以更加准确地产生高频率的信号，DDS是由二进制数字来实现频率的合成，产生状态稳定，不会随着时间的变化而变化。本文的DDS芯片选用ADI半导体公司的AD9854[12]，该芯片可以输出高达300MHz的信号，并能够输出BPSK、ASK、FSK等多种调制信号。

如图5所示，上位机将配置参数传递给主控芯片；配置参数包括信号频率、带宽、功率、调制方式等。主控芯片控制基带信号发生器，产生基带干扰信号；干扰信号经过插值滤波器、上变频和功率控制后，变为中频信号进入数模转换器；数模转换器输出的信号进入调制单元，经调制之后，变为微弱的射频信号，供后续模块使用。

  

图5 信号发生电路组成框图

2.3 混频电路

混频电路是将DDS产生的信号调制到本地载波上，使信号的频率上变频至GNSS卫星信号的频率并保持一致。本文中本地载波产生电路选择锁相环电路，GNSS卫星信号的频率在1.5GHz左右，要产生同样的载波信号，需要将晶振的频率放大几百倍，这样很容易产生频率偏移，使用锁相环芯片可以解决这种频率偏移，得到频率稳定的射频信号[13]。

锁相环电路选用SI4133芯片，该芯片具有两路射频输出和一路中频输出。SI4133具有较高的精度。混频芯片选用ADL5375芯片，该芯片可提供较宽带宽的输出信号。

3.会计行为主体方面。企业金融会计风险的产生和企业会计从业人员的整体素质有着紧密的关系，很多时候风险产生的主要原因就是会计从业人员的自身素质不够，专业水平达不到要求，这也就使得金融会计行业整体水平的下滑，所以要从根本出发，从提高金融会计从业人员的自身素质和专业技能抓起，营造出良好的会计工作环境，与此同时，企业对于会计这个岗位要进行一定的考核，不管是自身道德素质还是专业技能上，只有全面的考核才能提高会计从业人员的整体素质。

3 试验结果

该设备主要用于军事用途，在某军事基地进行实地测试时，选取了某种型号的制导武器进行了静态试验。在进行试验时，把M-GNSS干扰机距离被测试物的多模接收机设置为50m，接收机可以通过与监测设备连接实时监测星况信息。试验方案示意图如图6所示。

当这一案件在美国国内法院还处于争议阶段的时候，中国将美国商务部的相关调查与决定起诉到世界贸易组织争端与解决机构(以下简称“争端与解决机构”)。世贸组织专家组收到的诉状与美国国内法院相比有很大不同。在美国法庭，案件主要讨论的是商务部是否有权向非市场经济国家征收反补贴税。而在专家组面前，争论则主要集中在“双反”问题产生的来源以及造成的双重救济伤害。例如，依据《反补贴协议》第1条第1款，中国国有企业是否构成“公共机构”，从而使相关的措施构成政府补贴，而反补贴措施因此合法。

冬季是主要番茄生产季节，施肥期间需要合理控制氮、磷、钾肥料，施肥大概在2月份后。在第1穗果时，对膨大的第2穗果追肥处理，硫酸钾型复合肥追肥量大概在20 kg/亩，或是选择同等肥量的硫酸二胺[3]。

以GPS系统为例，进行测试。正常情况下，GPS接收机上位机软件界面如图7所示，其中圆形点代表GPS卫星，方形点代表BD卫星，三角点代表GLONASS卫星，右下角的柱形图代表接收到GPS卫星信号的信噪比。当施加干扰后，试验结果如图8所示，可以看出所有圆形点消失，且右下角GPS信噪比全部为零，可以说明压制式伪码相关干扰GPS卫星信号，使接收机失效，接收机已无法正常接收GPS信号，干扰效果良好。

  

图6 试验方案示意图

  

图7 正常星况图

  

图8 干扰后星况图

4 结束语

文中设计的M-GNSS干扰机中干扰信号是伪码相关干扰信号，该信号与多模卫星导航信号中的C/A码相似。通过理论分析并结合多模卫星导航信号的特点，得出伪码相关干扰所需功率小。本文利用直接数字频率合成技术和锁相环频率合成技术实现了M-GNSS干扰机，通过实验验证，结果表明伪码相关干扰机操作简单、频率准确稳定，可以对多模卫星接收机实施有效干扰。

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