GPS干扰系统仿真及仿真结果研究

引言

MATLAB软件的编程语言称为MATLAB语言，是一种高效率的、用于科学工程计算的高级语言，它的语法规则简单，贴近人的思维方式。同时，MATLAB语言调试方便，调试过程中可设置中断点，存储多个中间结果，可把编辑、编译、连接和执行融为一体，并能快速排除程序中的错误。MATLAB在矩阵运算方面特别简捷、高效和方便。

MATLAB在数值计算、动态系统仿真、特殊函数和图形等领域表现出一般高级语言难以比拟的优势，本文正是利用这一优势来进行GPS通信系统的仿真、数值计算、干扰效果图形的绘制。

1仿真系统模型

1.1发射子系统

GPS使用直接序列扩展频谱技术，导航电文数据码与扩频C/A码相乘或模2加运算后，可对载波进行差分BPSK调制，以形成射频扩频信号，其系统模型如图1所示。数据信息与扩频码(此处为C/A码)进行模2加后，即可完成扩频调制，然后用扩频信号调制载波，以形成发射信号，再经放大后发射出去。

1.2 接收子系统

接收子系统的模型如图 2 所示。

图中，接收的信号经射频滤波放大后，先与本地扩频码进行相关解扩处理，再与本地同步载波进行DBPSK解调，最后经过积分及门限判决，恢复出数据信息d(t)在这里，积分器和门限判决的功能是基带滤波器功能的实现。A.D.Wllalen已经证明，0-T积分器在T时刻判决，其结果与基带匹配滤波器在T时刻的输出完全一致。其接收信号可表示为：

u(t)=s(t)+J(t)+n(t)(1)

1.3信道子系统

设信号为s(t),高斯白噪声为n(t),干扰为J(t),那么，其信道子系统模型如图3所示。

图3信道子系统模型

这样，经信道到达接收机输入端的复合信号表示为:

r(t)=s(t)+n(t)+J(t)(2)

1.4干扰机子系统模型

在对干扰机子系统进行建模时，需要综合考虑多个因素,如干扰机的功率P」、干扰机与GPS接收机之间的距离%、干扰机的升空高度h、干扰信号到接收机的入射角a等。建立干扰机子系统模型，研究干扰机的干扰效果，可通过对干扰机子系统模型的分析来进行。在干扰机子系统模型中，到达GPS接收机的干扰信号能量(或干扰信号功率)是评测干扰效果的重要表征，也是干扰机子系统仿真分析的主要参数，此能量式中综合了诸多因素，如干扰机在发射时的能量(或功率)、干扰机的升空高度、干扰机距接收机的距离、接收机天线的类型、干扰信号的频率等。

2仿真结果及分析

2.1仿真干扰环境的设计

对GPS接收机进行干扰的最重要因素就是进入接收机的干扰信号功率的大小。GPS接收机接收到的干扰信号功率与干扰机升空高度、干扰机与接收机距离以及接收机天线增益有关。而天线的接收增益与干扰信号的入射角有关。接收增益具有方向性，当入射角a=0°时(即垂直方向)，具有最大增益;当a>48°时，其增益明显降低。干扰信号的功率改变会产生不同的干扰效果，在干扰功率相同时，不同类型的干扰信号也会产生不同的干扰效果。

通过以上分析，现将干扰机升空高度、干扰机与接收机距离、干扰信号的入射角以及干扰信号类型作为干扰环境参数。

2.2仿真结果分析

一般情况下，宽带Gold码干扰效果要比窄带CW干扰效果好。在相同条件下，达到同样的误码率时，Gold码的干扰功率要比CW的干扰功率小3W左右。

若以误码率在0.3以上为有效干扰，采用CW为干扰信号，干扰机功率为5W，升空高度为10.0km时的有效干扰距离至少为10.6km，升空高度为8.0km时的有效干扰距离至少为8.5km，升空高度为7.0km时的有效干扰距离至少为7.4km。其CW干扰效果如表1所列。

表1CW码干扰效果

若以误码率在0.3以上为有效干扰，采用Gold码为干扰信号，干扰机功率为1W，升空高度为10.0km时的有效干扰距离至少为14.8km，升空高度为8.0km时的有效干扰距离至少为8.5km；干扰机功率为2W，升空高度为9.0km时的有效干扰距离至少为13.0km；升空高度为7.0km时的有效干扰距离至少为10.2km。其干扰效果如表2所列。

表2Gold码干扰效果

从对仿真结果的分析可以看出，要得到好的干扰效果，干扰机的升空高度非常重要，因此，在GPS干扰模式中，干扰机平台应为空基式，搭载GPS干扰机的具体方式可采取气球搭载、飞行器搭载、山顶布放等。在干扰信号类型选取上，宽带Gold码扩频干扰要比窄带CW信号干扰效果好。

前面的所有分析都是针对具体的干扰方法，GPS是一个导航系统，要对一个系统进行有效的干扰，就必然需要一个干扰体系，特别是当GPS接收机采用多种抗干扰措施后，使用少量干扰机进行干扰的效果将会被大幅度削减。因此，更合理可行的干扰平台应采用分布式干扰方式，必将有更好的干扰效果。目前，GPS抗干扰的措施主要有被动和主动两种。前者虽然能够有效地抑制干扰信号，但是很有限，所以，采用分布式干扰应采用6个以上的干扰源，而做到这一点并不是很困难。当采用分布式干扰时，如个别干扰源被破坏，对整个干扰系统效能的影响是很小的。由此可见，采用分布式GPS干扰系统来对抗GPS接收机的抗干扰能力是一种很好的方法。

3结语

运用MATLAB建立仿真系统模型与子系统模型，然后对GPS的干扰系统进行仿真结果分析，然后通过对比，即可得到最有效的干扰手段及抗干扰方法。通过分析发现，GPS干扰模式釆用空基多平台分布式干扰系统具有很好的干扰效果。在这个干扰系统中，可以根据实际地形、空间情况，釆用多种干扰机平台。

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