从美伊之战看GPS的干扰和反干扰

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 02:34:24
在这次伊拉克战争中精确制导武器使用的比例已占到整个武器使用量的95%以上,其中相当一部分是采用GPS末端制导的武器,对GPS的依赖性非常之大。因此,美国在这次伊拉克战争导航战中十分注重摧毁GPS干扰源和提高抗干扰能力导航战是美国信息战的
   一部分,更是其现代战争的重要组成部分。目前,美军关于导航战的具体原则是:在作战区域内,保护美军及其盟军GPS系统的正常工作能力;防止敌人使用卫星导航系统以及最大限度地降低对民用用户的影响。在这次对伊拉克战争中,美伊之间也在导航战中进行了激烈较量。
  伊拉克对美国GPS的干扰
  由于GPS卫星发射的导航信号比较微弱,而且以固定的频率发射,如果不采用反干扰措施被干扰不可避免。例如,一个发射功率为1瓦的GPS干扰机可使100千米范围内C/A码(民用)的GPS接收机失灵,而10瓦的干扰机就可使10千米的P码(军用)接收机失灵。
   在1997年莫斯科航展上曾展出过一种功率为4瓦的干扰器,据称能使用半径185千米范围内的GPS信号失效。俄罗斯的Aviaconversiya 公司自1999年以来常在各种展会上展出其GPS干扰机,声称既能干扰美国的GPS又能干扰俄罗斯的GLONASS,被戏称为"谍中谍产品"。
   据美国称,伊拉克正是从Aviaconversiya以每部价值4万美元购买了GPS干扰设备, 并把这种由电池驱动的时钟般大小的GPS干扰器布署在伊拉克边境,其目的是干扰美英联军的GPS制导武器,使其偏离目标。开战后,伊军也曾多次启动干扰装置。尽管美方称这些干扰没有产生干扰效果,但是美国总统布什还是为此向俄总统普京表达了严重关切。
   美国对GPS的安全性一直十分重视。其导航战的主要策略包含两方面内容,一是摧毁GPS干扰源;二是提高抗干扰能力,包括抗干扰GPS接收机和抗干扰GPS卫星系统两部分。这样,即使不能完全摧毁所有干扰源,剩余的GPS干扰源也不会对其精确制导武器产生任何影响。
  对干扰源进行打击
  美国军方称,在美英联军开始对伊打击后,美军发现伊军采用GPS干扰设备对联军进行干扰后,美军以空袭手段摧毁了总共6个干扰器,其中一个干扰装置是由B-1B 轰炸机投放的一枚GPS制导炸弹摧毁的。美军同时希望以此证明GPS干扰器对其GPS制导弹药并无影响。
   2002年美国军方也曾从一家俄罗斯公司购买过19.2万美元的GPS干扰机。GPS专家认为,美军正是通过购买这些设备,测试这种干扰设备的性能,从而帮助美军避免干扰或对干扰器进行打击。
   美伊之战表明,伊军对GPS的干扰没能奏效,即使美军不摧毁伊军的GPS干扰装置,这种干扰对美军也不会产生太大影响。
   美军目前使用的GPS接收机分为三类:一类是采用了选择可用性反欺骗模块(SAASM)的新型接收机,这类接收机由于采用先进技术可直接捕获P码而不需要C/A码辅助;第二类接收机虽然没有采用SAASM模块,但采用了抗干成技术,这类接收机在干扰环境中也能继续工作;第三类是普通的军用Y码接收机。
   由于现在部队中大部分军用GPS接收机是第三类是普通Y码接收机,它需要先捕获C/A码以进一步捕获P码,所以如果对C/A码进行干扰,这类接收机将很难工作,如果在进行干扰区域前先对接收机进行初始化,这样进入干扰区域后就已工作在Y码了,但如果工作中暂时对卫星信号失锁,系统将无法再启动。
   这也启示我们对抗这种关键技术掌握在别人手中的GPS系统,必须从整个卫星系统的角度出发,实施全面的电子对抗措施。
  提高GPS接收机的抗干扰能力
  在干扰环境中,民用GPS接收机是不能正常工作的,尽管干扰对军用P码影响很小,但由于P码接收需要C/A码的辅助。因此常规的军用型P码接收机在干扰中也不能正常工作。只有抗干扰型P码接收机和最新型的带有SAASM模块的军用接收机才能正常工作。
   美国一直在研究各种抗干扰技术和抗干扰GPS接收机,但直到开战时只有部分部队装备的是最新型的抗干扰GPS接收机。这也许是美国对俄罗斯向伊出售GPS干扰机感到恼怒的原因。个别美军部队还有可能购买了民用GPS接收机,美国军方在今年1月就试图解决这一问题。年初,美军方曾警告各部队在战场上使用民用GPS接收机将面临"严重危险",要求美军"千万不用要这类设备获取关键的位置信息",并敦促部队采用由罗克韦尔柯林斯公司生产的防欺骗的GPS接收机(PLGR),称PLGR是对抗欺骗和干扰的最佳设备,避免由于使用民用GPS接收机造成的任务失败或人员伤亡。
   可以肯定的是,美军高价值的精确攻击弹药肯定采用的是抗干扰型GPS装置。
  提高卫星系统的抗干扰能力
  提高GPS卫星系统抗干扰能力的重要措施之一是增强GPS信号功率、采用加密的军用码、以及点波束等手段。
   目前在轨的卫星还都是常规卫星,对干扰十分敏感。美国正在对波音公司的GPS IIF卫星和洛克希德·马丁公司的IIR卫星进行抗干扰改进,提高卫星的信号功率,同时着手进行具有更强抗干扰能力的GPS III系统的开发,GPS III卫星的抗干扰能力是目前卫星的100到500倍。
  几种GPS反干扰方法
  在伊拉克战争之前,美国就已经开始了多种GPS反干扰方法的研究。
   伪卫星法
   美国国防预研计划局(DARPA)正在发展采用战场上空用无人机来创造伪GPS星座,使其信号功率超过敌方干扰信号。
   DARPA用无人机做伪卫星的研究,称为GPX伪卫星概念,旨在使己方的部队在受干扰的战场环境中具有精确的导航能力。
   具体做法是由飞行中无人机上的4颗伪卫星广播大功率信号,在战场区域上空产生一个人工GPS星座。4架"猎人"无人机就可覆盖300千米见方的战区。
   伪卫星也可采用地面和机载发射机混合的方案。将某些伪卫星设在地面上的缺点是减少了覆盖范围,但提高了导航精度。为了克服干扰,伪卫星可发射100瓦信号,使地面接收机处的信号强度比来自卫星的信号强度增加45分贝。
   反干扰GPS接收机
   诺斯罗普·格鲁门公司研制了一种可提供30~40分贝抗干扰改进的GPS接收机。这种称为"反干扰自主完整性监控外推"的抗干扰方法将由惯性导航和GPS接收机在载波相位级进行全耦合来实现。全耦合滤波器将减小GPS跟踪回路的带宽,从而使较少的干扰信号进入GPS接收机。
   柯林斯公司和洛克希德·马丁公司联合为JASSM空面导弹研制的G-STAR高反干扰GPS接收机采用了调零和波束操纵的方法。该接收机重11.3千克,采用了一个空间时间适配器,如果适配器探测出一个威胁,便将其信号调到零,并在发射导航信号的卫星方向增加增益。
   自适应天线
   美国一直在积极开发使抗干扰能力提高两个量级的自适应天线,如已开始使用7单元天线,它能屏蔽某一空域,并正在开发的16单元天线,采用加权法,能在更大范围提供抗干扰能力。
   美国筹划发展的GPS III计划将提供两个通道点波束M码给军用用户(L1/L2)。
   在3月19日美国国会一次听证会上,美国空军官员称,由于GPS III系统具有增强的抗干扰能力,因此美国空军决定重新考虑原先做出的推迟该计划的决定。
   对伊战争中, GPS精确制导武器的大量成功使用以及伊方对GPS干扰的不奏效,极大地激发了美国军方进一步发展GPS的积极性。洛克希德·马丁和Spectrum Astro公司将联合起来与波音公司竞争GPS III卫星的开发权。
   原定在2012财年的第一颗GPS III卫星发射有可能提前到2010财年。在这次伊拉克战争中精确制导武器使用的比例已占到整个武器使用量的95%以上,其中相当一部分是采用GPS末端制导的武器,对GPS的依赖性非常之大。因此,美国在这次伊拉克战争导航战中十分注重摧毁GPS干扰源和提高抗干扰能力导航战是美国信息战的
   一部分,更是其现代战争的重要组成部分。目前,美军关于导航战的具体原则是:在作战区域内,保护美军及其盟军GPS系统的正常工作能力;防止敌人使用卫星导航系统以及最大限度地降低对民用用户的影响。在这次对伊拉克战争中,美伊之间也在导航战中进行了激烈较量。
  伊拉克对美国GPS的干扰
  由于GPS卫星发射的导航信号比较微弱,而且以固定的频率发射,如果不采用反干扰措施被干扰不可避免。例如,一个发射功率为1瓦的GPS干扰机可使100千米范围内C/A码(民用)的GPS接收机失灵,而10瓦的干扰机就可使10千米的P码(军用)接收机失灵。
   在1997年莫斯科航展上曾展出过一种功率为4瓦的干扰器,据称能使用半径185千米范围内的GPS信号失效。俄罗斯的Aviaconversiya 公司自1999年以来常在各种展会上展出其GPS干扰机,声称既能干扰美国的GPS又能干扰俄罗斯的GLONASS,被戏称为"谍中谍产品"。
   据美国称,伊拉克正是从Aviaconversiya以每部价值4万美元购买了GPS干扰设备, 并把这种由电池驱动的时钟般大小的GPS干扰器布署在伊拉克边境,其目的是干扰美英联军的GPS制导武器,使其偏离目标。开战后,伊军也曾多次启动干扰装置。尽管美方称这些干扰没有产生干扰效果,但是美国总统布什还是为此向俄总统普京表达了严重关切。
   美国对GPS的安全性一直十分重视。其导航战的主要策略包含两方面内容,一是摧毁GPS干扰源;二是提高抗干扰能力,包括抗干扰GPS接收机和抗干扰GPS卫星系统两部分。这样,即使不能完全摧毁所有干扰源,剩余的GPS干扰源也不会对其精确制导武器产生任何影响。
  对干扰源进行打击
  美国军方称,在美英联军开始对伊打击后,美军发现伊军采用GPS干扰设备对联军进行干扰后,美军以空袭手段摧毁了总共6个干扰器,其中一个干扰装置是由B-1B 轰炸机投放的一枚GPS制导炸弹摧毁的。美军同时希望以此证明GPS干扰器对其GPS制导弹药并无影响。
   2002年美国军方也曾从一家俄罗斯公司购买过19.2万美元的GPS干扰机。GPS专家认为,美军正是通过购买这些设备,测试这种干扰设备的性能,从而帮助美军避免干扰或对干扰器进行打击。
   美伊之战表明,伊军对GPS的干扰没能奏效,即使美军不摧毁伊军的GPS干扰装置,这种干扰对美军也不会产生太大影响。
   美军目前使用的GPS接收机分为三类:一类是采用了选择可用性反欺骗模块(SAASM)的新型接收机,这类接收机由于采用先进技术可直接捕获P码而不需要C/A码辅助;第二类接收机虽然没有采用SAASM模块,但采用了抗干成技术,这类接收机在干扰环境中也能继续工作;第三类是普通的军用Y码接收机。
   由于现在部队中大部分军用GPS接收机是第三类是普通Y码接收机,它需要先捕获C/A码以进一步捕获P码,所以如果对C/A码进行干扰,这类接收机将很难工作,如果在进行干扰区域前先对接收机进行初始化,这样进入干扰区域后就已工作在Y码了,但如果工作中暂时对卫星信号失锁,系统将无法再启动。
   这也启示我们对抗这种关键技术掌握在别人手中的GPS系统,必须从整个卫星系统的角度出发,实施全面的电子对抗措施。
  提高GPS接收机的抗干扰能力
  在干扰环境中,民用GPS接收机是不能正常工作的,尽管干扰对军用P码影响很小,但由于P码接收需要C/A码的辅助。因此常规的军用型P码接收机在干扰中也不能正常工作。只有抗干扰型P码接收机和最新型的带有SAASM模块的军用接收机才能正常工作。
   美国一直在研究各种抗干扰技术和抗干扰GPS接收机,但直到开战时只有部分部队装备的是最新型的抗干扰GPS接收机。这也许是美国对俄罗斯向伊出售GPS干扰机感到恼怒的原因。个别美军部队还有可能购买了民用GPS接收机,美国军方在今年1月就试图解决这一问题。年初,美军方曾警告各部队在战场上使用民用GPS接收机将面临"严重危险",要求美军"千万不用要这类设备获取关键的位置信息",并敦促部队采用由罗克韦尔柯林斯公司生产的防欺骗的GPS接收机(PLGR),称PLGR是对抗欺骗和干扰的最佳设备,避免由于使用民用GPS接收机造成的任务失败或人员伤亡。
   可以肯定的是,美军高价值的精确攻击弹药肯定采用的是抗干扰型GPS装置。
  提高卫星系统的抗干扰能力
  提高GPS卫星系统抗干扰能力的重要措施之一是增强GPS信号功率、采用加密的军用码、以及点波束等手段。
   目前在轨的卫星还都是常规卫星,对干扰十分敏感。美国正在对波音公司的GPS IIF卫星和洛克希德·马丁公司的IIR卫星进行抗干扰改进,提高卫星的信号功率,同时着手进行具有更强抗干扰能力的GPS III系统的开发,GPS III卫星的抗干扰能力是目前卫星的100到500倍。
  几种GPS反干扰方法
  在伊拉克战争之前,美国就已经开始了多种GPS反干扰方法的研究。
   伪卫星法
   美国国防预研计划局(DARPA)正在发展采用战场上空用无人机来创造伪GPS星座,使其信号功率超过敌方干扰信号。
   DARPA用无人机做伪卫星的研究,称为GPX伪卫星概念,旨在使己方的部队在受干扰的战场环境中具有精确的导航能力。
   具体做法是由飞行中无人机上的4颗伪卫星广播大功率信号,在战场区域上空产生一个人工GPS星座。4架"猎人"无人机就可覆盖300千米见方的战区。
   伪卫星也可采用地面和机载发射机混合的方案。将某些伪卫星设在地面上的缺点是减少了覆盖范围,但提高了导航精度。为了克服干扰,伪卫星可发射100瓦信号,使地面接收机处的信号强度比来自卫星的信号强度增加45分贝。
   反干扰GPS接收机
   诺斯罗普·格鲁门公司研制了一种可提供30~40分贝抗干扰改进的GPS接收机。这种称为"反干扰自主完整性监控外推"的抗干扰方法将由惯性导航和GPS接收机在载波相位级进行全耦合来实现。全耦合滤波器将减小GPS跟踪回路的带宽,从而使较少的干扰信号进入GPS接收机。
   柯林斯公司和洛克希德·马丁公司联合为JASSM空面导弹研制的G-STAR高反干扰GPS接收机采用了调零和波束操纵的方法。该接收机重11.3千克,采用了一个空间时间适配器,如果适配器探测出一个威胁,便将其信号调到零,并在发射导航信号的卫星方向增加增益。
   自适应天线
   美国一直在积极开发使抗干扰能力提高两个量级的自适应天线,如已开始使用7单元天线,它能屏蔽某一空域,并正在开发的16单元天线,采用加权法,能在更大范围提供抗干扰能力。
   美国筹划发展的GPS III计划将提供两个通道点波束M码给军用用户(L1/L2)。
   在3月19日美国国会一次听证会上,美国空军官员称,由于GPS III系统具有增强的抗干扰能力,因此美国空军决定重新考虑原先做出的推迟该计划的决定。
   对伊战争中, GPS精确制导武器的大量成功使用以及伊方对GPS干扰的不奏效,极大地激发了美国军方进一步发展GPS的积极性。洛克希德·马丁和Spectrum Astro公司将联合起来与波音公司竞争GPS III卫星的开发权。
   原定在2012财年的第一颗GPS III卫星发射有可能提前到2010财年。