L1载频的GPS信号干扰机设计方法及干扰机

摘要

本发明涉及无线通信领域，揭示了一种L1载频的GPS信号干扰机设计方法及干扰机，步骤包括：在基带产生C/A易捕获码，并使用具有伪随机噪声码特性的C/A易捕获码调制数据码形成扩频调制后的信号。同时使用10.23MHz码元速率的随机序列来模拟精测码P码，并对数据码进行扩频调制。两路扩频调制后的信号分别用两个相位上正交的载波调制到GPS的L1载频上。这样形成的已调波发射出去就能够有效地干扰GPS接收机，使得接收机无法接收到有用信号，从而达到干扰的目的。本发明能够将能量完全覆盖在L1载频的GPS信号频谱上，进行阻塞式干扰，达到非常好的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及军事电子对抗技术中的GPS导航对 抗技术。

背景技术

在现代战争中，全球定位系统GPS将成为敌国及其盟国精确指挥控制、 精确打击和精确兵力投送的关键。长期以来他们一直采取遏制与削弱我国的 政策，因此，最大限度地提高自己军队的导航能力，最大限度地遏制敌方的 导航能力，对战争的进程是至关重要的。对GPS系统的干扰可以分为对地面 测控站的干扰，对GPS地面站的上行通道进行干扰，对GPS接收机的下行 信道进行干扰。而最有可能实现的就是对GPS接收机的下行信道进行干扰。

对GPS接收机的下行信道进行干扰可以分为压制式干扰和欺骗式干扰 两大类。压制式干扰是指通过发射干扰信号压制在GPS接收机端的GPS卫 星信号，使其接收不到GPS卫星信号而无法定位，从而达到干扰的目的。本 发明所涉及的干扰就属于压制式干扰。压制式干扰又可分为3种：瞄准式干 扰、阻塞式干扰和相关干扰。阻塞式干扰又称同频带宽带干扰，它是一种与 GPS信号的扩频频谱有相同带宽的伪噪声调制信号。阻塞式干扰是干扰GPS 接收机最有效的方式，迄今为止还没有技术能够有效地抑制与扩频信号等带 宽的干扰信号。针对以上特点，本发明所使用的干扰就是阻塞式干扰。

对没有进行抗干扰处理的C/A码GPS接收机进行干扰是非常容易的。 根据试验，1W功率的调频噪声GPS干扰机可使22公里内的民用接收机失 效。这完全可以使用理论分析得出结论。

GPS干扰机应该具有以下一些特性：

1.GPS干扰机的发射功率下限应该为使得接收机无法接收到正常的 GPS信号。但是发射功率又不能太大，否则干扰机很容易被敌方的探测器探 测到并被摧毁，从而失去干扰作用。

2.由于GPS具有公开的工作频率，所以最直接有效的方法就是使得干 扰机的能量完全覆盖在GPS信号的频谱上.进行阻塞式的干扰。为了达到上 述目的，本发明将采用生成L1信号的调制方式BPSK来进行调制，基带信 号源则使用C/A码发生器和模拟P码发生器对数据码进行调制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术方案提出一种L1载频的 GPS信号干扰机设计方法及干扰机，具体如下：

一种L1载频的GPS信号干扰机的设计方法，步骤包括：

步骤1)先在基带设计C/A码微波电路，用来生成C/A码；然后用C/A码 调制数据码，得到扩频调制后的第一路信号；所述C/A码为易捕获码；

步骤2)同时设计P码微波电路，用来生成P码，然后用P码对数据码进行 扩频调制，得到扩频调制后的第二路信号；所述P码为精测码；

最后设计微波电路，把上述步骤得到的两路信号分别用两个相位上正交的载 波调制到GPS的L1载频上，再通过天线发射出去。

所述步骤1)的C/A码微波电路产生37种C/A码，分别对应每一颗卫星真 实的C/A码；所述37种C/A码设计为可手动调整。

所述步骤2)的P码微波电路是用10.23MHz码元速率的随机序列来模拟P 码。

所述C/A码微波电路设计成两个移位寄存器，这两个移位寄存器分别产生 码长为N＝2¹⁰-1＝1023、周期为1毫秒的两个m序列；

其中，第二个移位寄存器的输出选择是在非最后一个存储单元的两个存储单 元进行异或后输出；再将其与第一个移位寄存器的输出的m序列进行异或，即 可得到1023种不同结构的C/A码；

这些C/A码具有相同的码元宽度0.98微妙和相同的周期1毫秒；从这些码 中选择一部分码给导航卫星使用。

一种上述方法设计得到的L1载频的GPS信号干扰机包括：L1载频的GPS 信号干扰机包括基带扩频调制模块、BPSK调制器模块和加法器；所述基带扩频 调制模块包括C/A码产生器、P码产生器和数据产生器；

所述C/A码产生器生成某一颗卫星所使用的C/A码；所述P码产生器生成 P码；

来自外部的数据产生器产生的导航电文数据，由C/A码进行扩频调制，得 到第一路信号；所述导航电文数据由P码进行扩频调制，得到宽带信号，该宽 带信号作为第二路信号；

第一路信号和第二路信号分别通过BPS K调制器模块调制到L1载波上；在 L1载波上，第一路信号和第二路信号载波之间有90度的相移；第一、二路载波 调制后的信号通过加法器相加后，通过天线发射出去。

C/A码产生器通过两个10级反馈移位寄存器组合产生某一颗卫星所使用的 C/A码。

所述的C/A码产生器产生37种C/A码，分别对应每一颗卫星真实的C/A 码；所述37种C/A码可以手动调整；所述的P码产生器是使用10.23MHz码元 速率的随机序列来模拟P码。

C/A码可以手动调整的方法是，只需在C/A码产生器的S函数模块参数中 设置所需卫星C/A码的编号，就可以产生对应编号卫星的C/A码。

一种改进是(参考图1)，所述BPSK调制器模块后连接有射频调制模块和 加法器；利用具有90度相移的两个载波分别将C/A码基带调制后的信号和P 码基带调制后的信号调制到L1载频上，然后两路信号通过加法器相加，最终通 过天线发射出去。

另一种改进是(参考图2)，所述BPSK调制器模块后连接有复射频调 制模块和实部提取模块，其工作过程是复基带信号通过复射频调制模块进行 调制然后取实部，这样就通过等效基带模式实现了带通信号。

本发明各实施方式要解决的主要技术问题是设计一种针对L1载频的 GPS信号干扰机，使得所设计出来的干扰机能够成功干扰工作在L1载频的 GPS信号，从而让工作于该频点的GPS接收机无法正常工作。

本设计方法原理是，在基带产生C/A易捕获码，并使用具有伪随机噪声码 特性的C/A易捕获码调制数据码形成扩频调制后的信号；同时使用10.23MHz 码元速率的随机序列来模拟精测码P码，并对数据码进行扩频调制；两路扩频调 制后的信号分别用两个相位上正交的载波调制到GPS的L1载频上；

这样形成的已调波发射出去就能够有效地干扰GPS接收机，使得接收机无 法接收到有用信号，从而达到干扰的目的。

有益效果：本发明所设计的干扰机产生的干扰信号带宽完全覆盖L1频点 GPS信号带宽，实现了对GPS的L1频点非常强的阻塞式干扰。

附图说明

图1是一种具体实施方式的模型，

图2是另一种具体实施方式的模型，

图3是数据码被C/A码调制后的基带频谱图，

图4是数据码被模拟P码调制后的基带频谱图，

图5两路信号相加后的基带频谱图，

图6干扰信号的带通频谱图。

具体实施方式

本发明的实施方式公开了针对L1载频的GPS信号干扰机设计方法的例 子，包括以下步骤：

a.L1载频的GPS信号干扰机由基带扩频调制模块、BPSK调制器模块、加 法器组成，

b.基带扩频调制模块包含C/A码产生器、P码产生器和数据产生器三个子 模块组成，

c.C/A码产生器通过两个10级反馈移位寄存器组合产生某一颗卫星所使 用的C/A码，

d.将数据产生器产生的导航电文数据使用C/A码进行扩频调制，调制后形 成第一路信号，

e.将数据产生器产生的导航电文数据使用码速率更高的模拟P码进行扩频 调制，调制后形成频带更宽的宽带信号作为第二路信号，

f.将第一路信号和第二路信号通过相移键控BPSK调制到L1载波上，在 L1载波上，第一路信号和第二路信号载波之间有90度的相移，

g.将两路载波调制后的信号通过加法器相加，最终通过天线发射出去。

所述的C/A码产生器能够产生37种C/A码，分别对应着每一颗卫星真实 的C/A码，而且在干扰机中可以手动调整；

所述的P码产生器使用模拟的方法产生与P码的码速率相等的随机序列， 这是因为P码的信息严格保密，无法获取。

参考图1，利用两个10级反馈移位寄存器组合产生易捕获C/A码。两个移 位寄存器分别产生码长为N＝2¹⁰-1＝1023、周期为1毫秒的两个m序列。其中 第二个移位寄存器的输出不是在最后一个存储单元，而是选择其中两个存储单元 进行异或后输出，再将其与第一个m序列进行异或，即可得到1023种不同结构 的C/A码。这些C/A码具有相同的码元宽度0.98微妙和相同的周期1毫秒。从 这些码中选择一部分码给导航卫星使用。导航电文的传输速率是50b/s，接着使 用C/A码对导航电文进行调制，调制后产生第一路扩频信号。

P码是卫星的精测码，码速率为10.23MHz，它是由两组各有两个12级反馈 移位寄存器结合产生的，其基本原理与C/A码相似，但其线路设计细节远比C/A 码复杂，而且美国政府对P码严格保密，所以本发明使用码速率为10.23MHz的 随机二进制序列来代替P码的产生，接着使用模拟P码对导航电文进行调制， 调制后产生第二路扩频信号。

将第一路信号和第二路信号通过相移键控BP SK调制到L1载波上，在L1 载波上，第一路信号和第二路信号载波之间有90度的相移，将两路载波调制后 的信号通过加法器相加，最终通过天线发射出去。

参考图2，本发明使用了带通信号的等效低通模型进行了另一种仿真方案的 设计：假设一个实值信号的频率成分集中在频率f_c附近的窄带频率范围内，其解 析信号频域表达式为：S₊(f)＝2u(f)S(f)；时域表达式为： s₊(t)＝F^-1[2u(f)]*F^-1[S(f)]；解析信号是带通信号，其等效低通的频域表达式 为：S_l(f)＝S₊(f+f_c)；等效低通的时域表达式为：综上所 述，带通信号与等效低通信号的关系可以表述为：

发射信号能够将能量完全覆盖在L1载频的GPS信号频谱上，进行阻塞式干 扰，分别由±A表示0和1序列组成的随机二进制信号，这一随机过程的自相关 函数具有三角形的波形，可用下式表示：

$R_X\left(\tau \right)=\left(\begin{array}{cc}{A}^2(1-\frac{\left|\tau \right|}{T}),& \left|\tau \right|<T\\ 0,& \left|\tau \right|\ge T\end{array}\right)$

因此该随机过程的功率谱密度为：

$S_x\left(f\right)={\int }_{-T}^T{A}^2(1-\frac{\left|\tau \right|}{T})\exp (-j2\mathrm{\pi f\tau })\mathrm{d\tau }$

$=A^{2}T\sin c^2\left(\mathrm{fT}\right)$

从表达式上可以看出，S_x(f)的第一个零点为±1/T，由于C/A码是一种伪 随机噪声码，且码率为1.023Mb/s，而导航电文的数据率为50b/s，所以通过 C/A码调制后的导航电文具有随机二进制信号的特点，其基带能量主要集中在 -1.023MHz到1.023MHz范围内(使用矩形窗进行成形滤波)；同理可得经过P 码调制后的导航电文其基带能量主要集中在-10.23MHz到10.23MHz范围内， 两路信号相加后通过载波调制，可形成L1频点上带宽为20.46MHz的宽带干扰 信号，其主要能量完全覆盖GPS的L1频点工作范围，从而形成非常强的阻塞式 干扰。