韓 奇，朱克家，付 鈺，周 田

美國打擊敘利亞期間GPS信號(hào)監(jiān)測評(píng)估

韓 奇，朱克家，付 鈺，周 田

（北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094）

為了分析2018年4月美國打擊敘利亞期間出現(xiàn)的P(Y)碼功率增強(qiáng)現(xiàn)象及敘利亞地區(qū)的信號(hào)干擾現(xiàn)象的原因及作用，提出利用RTKLIB軟件分析IGS監(jiān)測數(shù)據(jù)的方法：從IGS網(wǎng)站下載不同監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，分析打擊前后的干擾及功率增強(qiáng)現(xiàn)象；然后仿真分析接收信號(hào)載噪比對(duì)P(Y)碼、C/A碼捕獲概率的影響，比較敘利亞地區(qū)增強(qiáng)前后GPS信號(hào)良好情況下的使用時(shí)長。分析結(jié)果顯示，美國對(duì)19顆衛(wèi)星進(jìn)行了全球范圍的功率增強(qiáng)；仿真結(jié)果表明，功率增強(qiáng)后軍用用戶可有效提高其定位導(dǎo)航能力。

全球定位系統(tǒng)；敘利亞；功率增強(qiáng)；信號(hào)干擾

0 引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[1]（global navigation satellite system, GNSS）在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中有著極其重要的地位，為軍事裝備提供定位、授時(shí)、導(dǎo)航服務(wù)，對(duì)戰(zhàn)爭勝負(fù)有重要影響力。2018年4月，美國軍事打擊敘利亞期間對(duì)全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）衛(wèi)星進(jìn)行了功率增強(qiáng)。

4月14日，協(xié)調(diào)世界時(shí)（coordinated universal time, UTC）時(shí)凌晨1點(diǎn)左右（以下時(shí)間均為UTC時(shí)間），美國對(duì)敘利亞開展精確打擊。整個(gè)事件簡述如下：4月7日，敘利亞首都大馬士革東郊東古塔地區(qū)據(jù)稱發(fā)生化學(xué)武器襲擊事件；4月9日，特朗普表示，美國將在未來24~48 h內(nèi)就此事做出決定，不排除使用軍事手段；4月14日1點(diǎn)，特朗普宣布對(duì)敘利亞涉化武地點(diǎn)實(shí)施精確打擊。

下面對(duì)打擊期間敘利亞地區(qū)干擾情況及功率增強(qiáng)進(jìn)行分析。

1 干擾情況分析

得益于國際GNSS服務(wù)（International GNSS Service, IGS）網(wǎng)站提供免費(fèi)公開的數(shù)據(jù)，能夠用來分析干擾及功率增強(qiáng)現(xiàn)象，因此本文選擇從IGS網(wǎng)站下載相關(guān)監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，利用RTKLIB軟件進(jìn)行分析。選取敘利亞周邊的BSHM站數(shù)據(jù)，BSHM站4月8至20日衛(wèi)星可見數(shù)及位置精度衰減因子(position dilution of precision, PDOP)值如圖1所示。根據(jù)BSHM站衛(wèi)星可見數(shù)及PDOP變化情況可知：打擊前，4月12及13日均出現(xiàn)了PDOP值升高、可見衛(wèi)星數(shù)降低的現(xiàn)象；打擊后，4月15及16日出現(xiàn)了類似的干擾現(xiàn)象；在打擊時(shí)間附近（4月14日1點(diǎn)左右），并未出現(xiàn)明顯干擾現(xiàn)象。

BSHM站4月8至20日定位誤差如圖2所示。從圖中可以看到，4月10至16日存在密集的干擾現(xiàn)象，而在打擊時(shí)刻則干擾較小。

圖2 BSHM站4月8至20日定位誤差

DRAG站距大馬士革約220 km，DRAG站4月8至20日定位誤差如圖3所示。從圖3中可以觀察與圖2類似的現(xiàn)象，4月10至16日定位誤差大。

圖3 DRAG站4月8至20日定位誤差

2 功率增強(qiáng)情況分析

此前已有不少學(xué)者對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)功率增強(qiáng)[2-3]現(xiàn)象進(jìn)行研究，但大多是基于仿真分析[5]。GPS軍碼包括P(Y)碼和M碼[4]，本次功率增強(qiáng)是對(duì)P(Y)碼進(jìn)行增強(qiáng)。根據(jù)各監(jiān)測站數(shù)據(jù)，本次進(jìn)行功率增強(qiáng)的衛(wèi)星共有19顆，功率增強(qiáng)開始時(shí)刻及結(jié)束時(shí)刻如表1所示。由表1可知，GPS在6 h 39 min時(shí)間內(nèi)，完成了19顆星的功率增強(qiáng)；在7 h 27 min時(shí)間內(nèi)，關(guān)閉了19顆星功率增強(qiáng)。

表1 GPS功率增強(qiáng)衛(wèi)星及時(shí)刻

DRAG站4月8至20日P(Y)碼載噪比如圖4所示。BJFS站位于北京，BJFS站4月8至20日P(Y)碼載噪比如圖5所示。從圖中可見：BSHM觀測到載噪比增加了約5 dB，BJFS站觀測到載噪比增加了約7 dB；位于全球不同位置的跟蹤站，均能觀測到GPS功率增強(qiáng)現(xiàn)象，說明本次功率增強(qiáng)是全球增強(qiáng)。

圖4 DRAG站4月8至20日P(Y)碼載噪比

圖5 BJFS站4月8至20日P(Y)碼載噪比

以5號(hào)星為例，如圖6所示：4月13日14:04 P(Y)碼載噪比瞬時(shí)增高約8dB（圖中左側(cè)黑色圓圈處），增強(qiáng)后第一弧段相比于增強(qiáng)前載噪比增加了8 dB左右，第二弧段增加了5dB左右；4月17日16:07P(Y)碼載噪比瞬時(shí)減小約8 dB（圖中右側(cè)黑色圓圈處），關(guān)閉增強(qiáng)后載噪比恢復(fù)到4月12日水平。

圖6 DRAG站5號(hào)星4月12至18日P(Y)碼載噪比

以5號(hào)星為例，如圖7所示：4月13日P(Y)碼載噪比增加，同時(shí)可以觀察到4月13日第二弧段載噪比相比于4月12日第二弧段減小了約2 dB；4月14至17日第一弧段載噪比相比于4月12日減小了2~3 dB，第二弧段載噪比減小1 dB左右。C/A碼載噪比沒有出現(xiàn)瞬時(shí)減小的情況，說明在增強(qiáng)P(Y)碼功率的同時(shí)并沒有減小C/A碼功率，C/A碼接收載噪比減小可能是由于P(Y)碼功率增強(qiáng)對(duì)C/A碼形成干擾導(dǎo)致的[6]。

圖7 DRAG站5號(hào)星4月12至18日C/A碼載噪比

3 捕獲概率分析

GPS C/A碼是民用信號(hào)，碼速率為1.023 MHz[7]。GPS Y碼實(shí)際上是由P碼與W碼組合而成，其中P碼是公開的，碼速率為10.23 MHz，W碼是保密的，因此由P碼和W碼得到的Y碼是保密的。下面以P碼代替Y碼進(jìn)行仿真分析。

以DRAG站觀測到的C/A碼、P碼載噪比為例，由圖6、圖7可知，增強(qiáng)前后5號(hào)星C/A碼及P(Y)碼載噪比范圍如表2所示。

表2 增強(qiáng)前后5號(hào)星C/A碼及P(Y)碼載噪比范圍　　dB·Hz

下面通過仿真分析載噪比變化時(shí)GPS P碼及C/A碼的捕獲[8-9]概率，仿真時(shí)各參數(shù)設(shè)為：P碼碼速率10.23、C/A碼碼速率1.023 MHz，采樣率為81.84 MHz，中頻為30.69 MHz，多普勒偏移為1 800 Hz，多普勒變化范圍為-3~3 kHz，步進(jìn)量為300 Hz，捕獲時(shí)對(duì)P碼、C/A碼分別進(jìn)行5次非相干累加。載噪比范圍為21~50 dB·Hz，Monte Carlo仿真次數(shù)=500次。如果捕獲到的碼相位與真實(shí)碼相位相差3個(gè)碼片以內(nèi)、多普勒頻移均與真實(shí)多普勒相等，則認(rèn)為檢測到信號(hào)。仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 P碼、C/A碼捕獲概率隨載噪比變化曲線

檢測概率Pd達(dá)到90%，則認(rèn)為當(dāng)前GPS信號(hào)可良好使用。從圖8可知，為保證90 %檢測概率，C/A碼載噪比應(yīng)大于28，P碼載噪比應(yīng)大于37.9dB·Hz。DRAG站觀測到的5號(hào)星增強(qiáng)前后C/A碼及P(Y)碼檢測概率Pd大于90%的累計(jì)時(shí)間如表3所示，其中，增強(qiáng)前以4月11日為例，增強(qiáng)后以4月15日為例。

表3 增強(qiáng)前后5號(hào)星C/A碼及P(Y)碼可良好使用時(shí)間

從表3可知，在功率增強(qiáng)后，P碼可良好使用時(shí)間明顯增加，C/A碼可良好使用時(shí)間基本沒有變化。通過功率增強(qiáng)，GPS能更好地為軍用用戶提供定位導(dǎo)航服務(wù)[10]。

4 結(jié)束語

本文利用從IGS網(wǎng)站下載的數(shù)據(jù)，分析了美國空襲敘利亞期間的干擾情況及功率增強(qiáng)現(xiàn)象。通過分析發(fā)現(xiàn)，在打擊日期附近幾天，敘利亞周邊地區(qū)出現(xiàn)了密集的干擾現(xiàn)象，在打擊時(shí)刻干擾較?。?月13至17日，GPS對(duì)19顆衛(wèi)星進(jìn)行了功率增強(qiáng)，全球區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測站均能觀測到功率增強(qiáng)現(xiàn)象，BSHM觀測到載噪比增加了約5 dB，BJFS站觀測到載噪比增加了約7 dB；仿真分析了GPS功率增強(qiáng)前后衛(wèi)星可良好使用時(shí)長，功率增強(qiáng)后P碼可良好使用時(shí)長有明顯增加，有效提高了軍用用戶的定位導(dǎo)航能力。

[1] 謝鋼. GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009.

[2] 孫進(jìn), 初海彬, 董海青, 等. 導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)功率增強(qiáng)技術(shù)與覆蓋范圍研究[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2011, 40（增刊1）: 80-84.

[3] 呂志成, 劉增軍, 王飛雪. 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功率增強(qiáng)對(duì)區(qū)域定位服務(wù)性能的影響分析[J]. 宇航學(xué)報(bào), 2012, 33 (1):55-61.

[4] 杜黎明, 袁亞平, 甄衛(wèi)民. M碼接收處理技術(shù)的分析與仿真[J]. 全球定位系統(tǒng), 2008，33(4): 15-21, 30.

[5] 肖志斌, 張鑫, 唐小妹, 等. 功率增強(qiáng)下的衛(wèi)星導(dǎo)航星間信號(hào)輔助能力分析[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2014, 45(2):468-473.

[6] 呂志成, 聶俊偉, 劉增軍, 等. 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功率增強(qiáng)對(duì)接收信號(hào)質(zhì)量的影響分析[J]. 空間科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(1):101-107.

[7] 李剛. GPS軟件接收機(jī)中信號(hào)捕獲、跟蹤算法的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京:北京郵電大學(xué), 2013.

[8] PANG Jing. Direct global positioning system P-code acquisition field programmable gate array prototyping[D]. Ohio:Ohio University, 2003.

[9] 田明浩, 馮永新, 潘成勝. 一種基于P碼的頻域直接捕獲算法的研究[J]. 電子學(xué)報(bào), 2007, 35(3):549-552.

[10] 楊寧虎, 劉春保, 楊哲. 美國GPS系統(tǒng)導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展分析[J]. 國際太空, 2017（12）: 4-7.

Monitoring and assessment of GPS signals during US attacking on Syria

HAN Qi, ZHU Kejia, FU Yu, ZHOU Tian

（Beijing Satellite Navigation Center, Beijing 100094, China）

In order to analyze the causes and effects about the power enhancement of P(Y) code and signal interference occurred in Syria in April 2018 when the United States attacked Syria, the paper proposed a method of analyzing IGS monitoring data by RTKLIB software: data of different monitoring stations were downloaded from IGS website, and the signal interference and power enhancement before and after the attack were analyzed; the effect of carrier-to-noise ratio of received signals on the acquisition probability of P(Y) code and C/A code was simulated then, and the good service time of GPS signals before and after the enhancement in Syria was compared finally. Result showed that the power of 19 satellites had been enhanced globally by the United States, and military users could effectively improve their positioning and navigation capabilities after the power enhancement.

global positioning system; Syria; power enhancement; signal interference

P228

A

2095-4999(2019)03-0007-04

2018-12-06

韓奇（1993—），男，湖北荊門人，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)閷?dǎo)航信號(hào)處理技術(shù)。

韓奇，朱克家，付鈺，等. 美國打擊敘利亞期間GPS信號(hào)監(jiān)測評(píng)估[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報(bào),2019,7(3): 7-10.（HAN Qi, ZHU Kejia, FU Yu, et al.Monitoring and assessment of GPS signals during US attacking on Syria[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2019, 7(3): 7-10.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20190302.