張?jiān)戴? 魏云鵬 朱罡

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有效的推動了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，并且其所處的工作環(huán)境越來越復(fù)雜，極易受到外來信號的干擾，進(jìn)而對衛(wèi)星導(dǎo)航接收器的工作性能產(chǎn)生不利影響。本文將會對衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源特征進(jìn)行分析，并重點(diǎn)探究干擾識別技術(shù)，這樣不僅可以對衛(wèi)星導(dǎo)航階段所遇到的干擾源信號進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的識別，而且還可以使衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾性能得到有效提升。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星導(dǎo)航;干擾源特征;識別技術(shù)

在進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，其主要目的是為全球使用者提供可靠、安全、準(zhǔn)確的定位服務(wù)信息，此時(shí)就對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確度提出了較高的要求，然而由于外界地面干擾、地外干擾、人為干擾、自然干擾等各種干擾源的影響，從而降低了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性。為了上述問題得到有效解決，就需要對衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源特征進(jìn)行研究，并提出針對性的識別技術(shù)，以期來突破衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源準(zhǔn)確、高效、快速檢測、識別等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而有效推動衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展。

1.衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源類型及特征

1.1地面干擾

（1）電磁干擾。其一般是指對信號完好性產(chǎn)生影響的電子噪音，如社會工業(yè)化的工業(yè)噪聲、大氣層的電磁噪聲、通信傳輸階段的通訊噪音以及球外層空間的宇宙噪聲等，這些電磁干擾都會對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾。一旦電磁干擾進(jìn)入設(shè)備用戶站，將會誘發(fā)上行或下行干擾，進(jìn)而影響衛(wèi)星導(dǎo)航的精準(zhǔn)傳輸;（2）地面站設(shè)備雜波干擾。通常情況下，衛(wèi)星導(dǎo)航地面站主要是由自動功率控制器、模擬/數(shù)字信道終端、天線、電源、上/下變頻放大器、功率放大器等部分組成，但是可能由于這些裝置設(shè)備性能降低、老化年久失修，從而在實(shí)際運(yùn)行階段可能產(chǎn)生誤差，進(jìn)而在信號載波傳輸存在功率不足、夾雜諧波、頻譜擴(kuò)散等問題，對衛(wèi)星導(dǎo)航性能產(chǎn)生不利影響;（3）互調(diào)干擾。如果超過兩個(gè)干擾源信號進(jìn)入接收機(jī)，且傳輸信道中有非線性電路時(shí)，將會導(dǎo)致多個(gè)干擾的組合頻率與有用信號頻率比較接近，使其能夠順利通過接收機(jī)，進(jìn)而誘發(fā)接收機(jī)接收錯(cuò)誤信號，即所謂的互調(diào)干擾。

1.2地外干擾

（1）相鄰信道干擾。通常情況下，衛(wèi)星導(dǎo)航過程中，發(fā)射載波不合格或相鄰信號頻帶保護(hù)帶寬不足等都會誘發(fā)載波頻率偏低或偏高，或由于發(fā)射問題而導(dǎo)致相鄰頻段信號進(jìn)入衛(wèi)星通信頻段，這些都會產(chǎn)生相鄰信道干擾;（2）相鄰衛(wèi)星間干擾。目前，世界各國都加大對太空空間資源的競爭，在一定程度上推動了衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，這樣一來就使得在軌衛(wèi)星間的間隔越來越小，進(jìn)而產(chǎn)生相鄰衛(wèi)星間的干擾;（3）太空雜音干擾。目前，太空中噪聲種類比較多，甚至可能混入衛(wèi)星頻段，進(jìn)而對衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)生一定的干擾

1.3人為干擾

人為干擾主要是因?yàn)橐恍┤嗽煸O(shè)備在轉(zhuǎn)發(fā)、發(fā)射或吸收信號等過程中對衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)生的一系列干擾，其包括無意干擾和有意干擾，而有意人為干擾的目的是破壞敵方衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備，其常見的有欺騙式干擾和壓制式干擾，其干擾分類及相關(guān)性如圖1所示：

欺騙式干擾一般是指干擾機(jī)在了解和掌握信號的調(diào)制方式、頻率、載頻等基本特征后，生成與有用信號相對應(yīng)的干擾信號，進(jìn)而導(dǎo)致對方接收干擾信號并進(jìn)行解調(diào)接收錯(cuò)誤的有用信息。壓制式干擾一般是借助發(fā)射功率超過衛(wèi)星信號的大功率干擾信號，來使衛(wèi)星信號被干擾信號淹沒，從而導(dǎo)致用戶接收機(jī)無法獲取有用衛(wèi)星導(dǎo)航信號。

1.4自然干擾

（1）雨衰。如果衛(wèi)星導(dǎo)航信號經(jīng)過降雨層時(shí)，可能會因?yàn)橛曛榈奈蘸蜕⑸?，從而使衛(wèi)星導(dǎo)航信號強(qiáng)度衰減，甚至有可能因?yàn)橛曛榈纳⑸涠剐l(wèi)星導(dǎo)航信號產(chǎn)生二次散射，進(jìn)而使信號造成衰減;（2）日凌。太陽屬于巨大的能量體，其會向周圍發(fā)射強(qiáng)大的電磁輻射，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，使衛(wèi)星導(dǎo)航通訊性能降低。而日凌屬于自然界中常見的不可控因素，但是其可以通過更改通信衛(wèi)星來降低日凌對衛(wèi)星導(dǎo)航信號的影響;（3）電離層閃爍。由于電離層存在不均勻的特性，當(dāng)電磁波經(jīng)過電離層時(shí)，會在短周期內(nèi)使衛(wèi)星導(dǎo)航信號的相位、頻率、振幅等發(fā)生不規(guī)則變化，這樣不僅會降低衛(wèi)星導(dǎo)航通信的信噪比，提高誤碼率，而且還會導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能降低，進(jìn)而產(chǎn)生定位誤差，甚至誘發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航通信中斷

2.衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源識別技術(shù)

實(shí)際上，衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源識別主要涉及到三個(gè)步驟：（1）預(yù)處理輸入數(shù)據(jù)，其一般是指對原始信號數(shù)據(jù)按照要求給予初步處理，從信號空間將信號映射到觀測空間，該過程包括了濾波、正交下變頻、載波估計(jì)、同相正交分解和載波頻率分量的消除，從而為后續(xù)衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源特征提取奠定良好的基礎(chǔ);（2）特征提取。其能夠把高維觀測空間信號數(shù)據(jù)按照一定的格式映射到低維觀測空間，并對衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源信號的頻域特征、時(shí)域特征、變換域特征、時(shí)頻域特征和各種統(tǒng)計(jì)特性特征進(jìn)行提取，從中挖掘有用的特征信號進(jìn)行識別，實(shí)際上，在模式識別、機(jī)器學(xué)習(xí)和圖像處理等方面，特征提取一般是指從一組原始數(shù)據(jù)開始，來對非冗余的派生特征進(jìn)行構(gòu)建，以確保后續(xù)步驟的學(xué)習(xí)和泛化。目前，常用的衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源特征提取方法主要包括時(shí)域信號自相關(guān)法、時(shí)間序列模型法、時(shí)域平均法、時(shí)頻分析法和頻域變換法，其需要結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇，從而有效提高特征提取效果;（3）分類決策。這里所提及到的分類決策一般是指借助特征空間中的模式識別，對衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源進(jìn)行分類。此時(shí)，就需要按照要求在分類器中輸入提取的特征參數(shù)，并對相對應(yīng)的信號類別進(jìn)行有效識別，該過程包括學(xué)習(xí)和識別兩個(gè)步驟，其中學(xué)習(xí)主要是根據(jù)已知樣本來對相匹配的決策規(guī)則進(jìn)行尋找;識別則是借助該規(guī)則設(shè)計(jì)分類器來分類識別未知類型信號。實(shí)際上，干擾識別主要是在特征提取的基礎(chǔ)上，判斷衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源的類別，其常見的分類算法有決策樹、支持向量機(jī)分、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

3.結(jié)束語

綜上所訴，衛(wèi)星導(dǎo)航在給各行各業(yè)帶來便利的同時(shí)，也會遇到一系列的挑戰(zhàn)，因?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航具有信號功率弱、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，極為受到外界因素的干擾，從而對衛(wèi)星導(dǎo)航的定位性能產(chǎn)生不利影響，此時(shí)就需要對衛(wèi)星導(dǎo)航干擾源特征進(jìn)行識別，并采取有效措施的措施給予處理，以確保衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行。

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