中国移动GSM900和GSM1800的具体区别是什么？谢谢！ - 问通信专家
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中国移动GSM900和GSM1800的具体区别是什么？谢谢！
中国移动GSM900和GSM1800的具体区别是什么？
提问者: &提问时间: 11:32:25 &
&的答案& ( 采纳时间:
区别只是频段的差别& 采用的频点不一样&&
1800是在900频段频率资源紧张的情况下采用的，900频段只有124个可用频点，个可用频点&&& 同时采用900和1800可以双频覆盖& 缓解紧张的频率资源 也可以说是900的频率补充吧
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专家指数：10565
精炼~~~~~~~~~~~
万分感谢，
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其他答案&(14)
DCS1800的工作频率高于GSM900，其电波传播衰减也大于GSM900，这给双频网的运行和优化带来了困难。数字蜂窝系统在1800MHz频段自由空间的典型路径损耗比900MHz频段大8dB左右；同样50m长的7/8馈线损耗，1800MHz比900MHz大1.5dB左右，因此，在同样的物理条件下，DCS1800的覆盖半径小于GSM900的覆盖半径。
&不同频段的无线电波传播路径是不同的。对于900MHz频段的无线通信系统而言，电波的传播方式主要是空间波，即直射波和反射波的合成波。由于受周围（几米至几十米内）几何形状和大小不同的建筑物、树木及其它障碍物或地形起伏的影响，手机接收场强的变化是相当复杂的。这种由传播路径引起的散射、反射和绕射，或因障碍物形成的直线路径上阴影的多径组合，使得到达手机的信号幅度、相位和入射角等都是随机变化的，因而手机有时仅移动几米，其接收场强就会出现较大的起伏。这种起伏的变化速率与手机移动速度、电波长度等有关。由于1800MHz的电波波长是900MHz的一半，因而DCS1800遭受的多径衰落和阴影效应将更加明显，特别是室内覆盖区域。同时1800MHz频率的深衰落点在空间上的分布要比900MHz密集。900MHz频率的深衰落点间隔为17cm，而1800MHz频率的深衰落点间隔则为8cm左右，因此，基站如果采用单极化天线，1800MHz系统的无线水平空间分集距离约比900MHz系统短50%左右。1800MHz的水平空间分集距离为2m左右。这一特点在工程建设，网络维护及优化中可以注意利用。 在双频网建设中，如何合理利用无线资源做好室内覆盖系统的规划设计，亦是在工程建设中需要考虑的实际问题。对建筑物的穿透损耗，1800MHz系统要比900MHz系统小。以混凝土建筑为例，实测穿透损耗结果对应于900MHz，1800MHz，2300MHz分别为14.2dB，13.4dB，12.8dB。室内的电波分量是穿透分量和绕射分量的叠加，而绕射分量占绝大部分，因此，结合前面提到的关于绕射方面的特性考虑，1800MHz系统的室内外电平差比900MHz系统的要大一些。由于传播环境的复杂性及入射波方向等问题，使得量化室内外电平差不太可能，最好的办法是具体问题具体分析，进行特定环境下的室内外电平差测试，以指导室内分布系统建设工作的开展。我们在话务分布密集的临河市区，对于话务分布较为集中的商业楼宇，尽量采用GSM900M微蜂窝来提高覆盖强度，以保证室内深度覆盖的信号质量；对无线话务分布相对较少的大型商场，适当采用GSM900/DCS1800选频直放站来完成室内覆盖，尽量减少使用通频直放站，把直放站对系统的干扰降到最小。另外，在室内分布系统的建设中，还应充分考虑高层的信号泄露与孤岛效应
&&&&专家指数：66&&&&
GSM全名为：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统，俗称"全球通"，由欧洲开发的数字移动电话网络标准，它的开发目的是让全球各地共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。GSM系统包括 GSM 900：900MHz、GSMMHz 及 GSM-MHz等几个频段。
　　GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清
晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。目前世界上主要的两大GSM系统为GSM 900及GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。前者发展的时间较早，使用的国家较多，后者发展的时间较晚，使用的国家也较少。物理特性方面，前者频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，而手机发射功率较强，耗电量较大，因此待机时间较短；而后者的频谱较高，波长较短，穿透力佳，但传送的距离短，其手机的发射功率较小，待机时间则相应地较长。
　　GSM900与GSM1800特性比较表
　　频段：GSM900／GSM1800
　　电波穿透力：较弱／较强
　　适合使用地区：郊区／市区
　　同一面积所需基地站数：少／多
　　保密性：佳／佳
&&&&专家指数：24943&&&&
&话务量1800的多
学习中……不错，…顶下……
&&&&专家指数：265&&&&
其实也就是频段不同罢了，1800M是对900M的补充吧，900M频点资源较少，加上1800M频点资源利用，丰富了现有GSM频点资源...
&&&&专家指数：36&&&&
很详细啊。
&&&&专家指数：325&&&&
楼上都回答的很详细啊 支持
&&&&专家指数：268&&&&
综合一二三楼就全面了
&&&&专家指数：492&&&&
就是采用的频段不一样，双层网
&&&&专家指数：143&&&&
前面的回答很详细啊
&&&&专家指数：99&&&&
随着900M网络的建设，基站密度不断增加，由于频率资源有限900M在频点规划方面的压力也越来越大，网络的负荷也比较中，通过建设1800M基站可以有效缓解900M基站的负荷压力，将900M基站的利用率降至合理的水平，提高网络质量，降低900M基站网络优化的压力。另外1800M基站频率资源相对900来说也较为充足。1800M基站信号穿透力较强，但是信号衰落较快，因此传输距离相对900来说稍弱一点
&&&&专家指数：10&&&&
& 目前世界上主要的两大GSM系统为GSM
900及GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。& 前者发展的时间较早，使用的国家较多，后者发展的时间较晚，使用的国家也较少。
物理特性方面，前者频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，而手机发射功率较强，耗电量较大，因此待机时间较短；而后者的频谱较高，波长较
短，穿透力佳，但传送的距离短，其手机的发射功率较小，待机时间则相应地较长。
　　GSM900与GSM1800特性比较表
　　频段：GSM900／GSM1800
　　电波穿透力：较弱／较强
　　适合使用地区：郊区／市区
　　同一面积所需基地站数：少／多
　　保密性：佳／佳
&&&&专家指数：432&&&&
为适应各国无线电频率分配的不同情况，GSM系统可以在多个不同的频段工作。
最初的GSM标准定义了900MHz，1800MHz，和1900MHz频段。此后又补充了850MHz和450MHz，以适合部分地区的需求。世界大部
分地区采用900M和1800M频段。美洲的一些运营商使用850M和1900M频段。
400－450M频段则仅局限于北欧国家的运营商。此外，欧盟为铁路调度通信需要以GSM为基础制定的GSM-R系统，
它的工作频率也在900M频段。GSM上下行信号为频分双工，上下行信号采用不同的频率，
但对于不同的频点，上下行频率之间保持固定的间隔。各频段的具体频率范围和信道号如下：
824,0 - 849,0
869,0 - 894,0
, 国家 和 部分国家。
890,0 - 915,0
935,0 - 960,0
GSM最先实现的频段，也是使用最广的频段。
975 - 1023
880,0 - 890,0
925,0 - 935,0
900M扩展频段
876,0 - 880,0
921,0 - 925,0
铁路GSM（GSM-R），为铁路调度通信系统开发的特殊版本。
1710,0 - 1785,0
1805,0 - 1880,0
适用于对信道容量需求大的市场，应用范围仅次于900M。
1850,0 - 1910,0
1930,0 - 1990,0
主要用于美洲国家，由于有频率重叠，与1800M系统不兼容。
频段范围，一般来说900M指的是频率中心在900MHz附近的频率
&&&&专家指数：296&&&&
楼上很详细，学习了
&&&&专家指数：120&&&&
具体的说就困难了 简单理解900M就是频率在900M范围左右的频段，1800M就是频率在1800M频率范围左右的信号
&&&&专家指数：126&&&&
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浅议如何预防与解决高频电磁干扰问题
Brief Discussion on How to Prevent and Settl.
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Brief Discussion on How to Prevent and Settle High Frequency Interference
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Brief Discussi
官方公共微信燕山大学本科生毕业设计（论文）摘要GPS（Global Positioning system）是全球定位系统的缩写，该导航系统 在精确打击武器上的应用十分广泛， 已经使它成为军事基础设施的一个基本 组成部分。GPS在现代战争中扮演着越来越重要的角色，以至于能够影响到 战争的进程和结果，GPS信号的干扰与抗干扰方法对GPS信号的应用十分重 要，
将成为未来战争重要的组成部分， 因此已经引起了许多国家的高度重视。 本文在综合GPS系统的发展以及GPS系统自身特点的基础上，从干扰源 和GPS信号接收角度对GPS信号的干扰与抗干扰方法进行了较为深入系统 地研究。从GPS信号的干扰与抗干扰的仿真设计方案出发，本文首先讨论了 GPS信号产生的原理和方法，其次，详细研究了GPS信号和几种常见干扰信 号的仿真方法和步骤，最后，在分析GPS信号特征和结合具体实际情况的基 础上，对每种干扰提出了抗干扰的方法。 关键词GPS信号；干扰；抗干扰；自适应算法I燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractBeing widely used in American Military，especialy in accurate striking weapon， GPS has already become a basic component of military infrastructure in USA．GPS is becoming more and more important in modem war and it Can influence the process and reset of the war．the interference and anti-interference to GPS will become important parts in future War， they are getting more and and more attentions to many nations. Based on the development and the characteristics itself of the GPS，the interference and anti-interference technique of GPS are analyzed deeply and systematically. Accroding to the Design of the GPS signal and interference simulation system of Matlab， thesis discusses the generation of GPS receiver this signal in principle，include the characteristics of the GPS signal，the generation of CA code and navigation message and the modulating of the signal. Secondly， this thesis studies on the Matlab simulation method and step of the GPS. signal and interference， realizes the Matlab simulation of GPS single satelite signal，realizes the Matlab simulation of gaussian white noise and several popular types of interference，Finally，based on the characteristics of the signal and specific circumstantces，it proposed anti-jamming interference method for each interference. For the broadband noise，it propose to use the pace-time adaptive processing method to process； for the narrow-band interference，it propose to use linear prediction processing method to process，for the single frequency interference，it propose to use adaptive processing method of deal with. Keywords GPS signal； interference； anti-jamming interference； adaptive procession.II燕山大学本科生毕业设计（论文）目录摘要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 第 1 章 绪论 ....................................................................................................... 1 1.1 课题背景 ................................................................................................ 1 1.2 发展及现状 ............................................................................................ 2 1.3 研究意义 ................................................................................................ 3 1.4 本文内容及章节安排 ............................................................................ 4 第 2 章 GPS 信号和干扰产生的原理 ............................................................. 6 2.1 GPS 信号产生原理 ............................................................................... 6 2.1.1 2.1.3 GPS 信号的频率特性及其调制方式 ......................................... 6 导航电文的生成原理 .................................................................. 9 2.1.2 C/A 码的生成原理 ...................................................................... 8 2.1.4 GPS 信号的产生 ....................................................................... 10 2.2 GPS 干扰信号的生成原理 ..................................................................11 2.2.1 GPS 干扰信号特性 .......................................................................11 2.2.2 GPS 干扰信号的对象 .................................................................. 12 2.2.3 2.2.4 干扰信号的不同类型 ................................................................ 13 三种常见类型干扰的生成方法 ................................................ 132.3 本章小结 ............................................................................................... 15 第 3 章 GPS 信号抗干扰原理 ....................................................................... 16 3.1 GPS 接收机抗干扰方法 ..................................................................... 16 3.2 常见抗干扰方法原理 .......................................................................... 19 3.2.1 空时自适应处理 .......................................................................... 19 3.2.2 线性预测滤波 .............................................................................. 21 3.2.3 单频干扰对消 .............................................................................. 22III燕山大学本科生毕业设计（论文）3.3 本章小结 ............................................................................................... 23 第 4 章 仿真结果与分析 ................................................................................ 24 4.1 GPS 信号的仿真实现 ......................................................................... 24 4.1.1 C/A 码的仿真实现 .................................................................... 24 4.1.2 导航电文的仿真实现 .................................................................. 25 4.1.3 GPS 信号的仿真实现 .................................................................. 26 4.2 干扰信号的仿真生成 ........................................................................... 26 4.2.1 宽带噪声干扰的仿真实现 .......................................................... 26 4.2.2 窄带干扰的仿真实现 ................................................................... 27 4.2.3 单频干扰的仿真实现 ................................................................... 28 4.3 抗干扰的仿真实现 ............................................................................... 29 4.3.1 空时自适应滤波的仿真实现 ...................................................... 29 4.3.2 线性预测滤波的仿真实现 .......................................................... 31 4.3.3 单频干扰对消的仿真实现 .......................................................... 32 4.4 总结与展望 .......................................................................................... 33 4.5 本章小结 .............................................................................................. 33 结论 .................................................................................................................... 34 参考文献 ............................................................................... 错误!未定义书签。 致谢 ....................................................................................... 错误!未定义书签。 附录 1 .................................................................................... 错误!未定义书签。 附录 2 .................................................................................... 错误!未定义书签。 附录 3 .................................................................................... 错误!未定义书签。 附录 4 .................................................................................... 错误!未定义书签。IV燕山大学本科生毕业设计（论文）第1章1.1 课题背景绪论GPS 是英文 Global Positioning System（全球定位系统）的简称，它是 20 世纪 70 年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系 统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导 航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独 霸全球战略的重要组成。 经过 20 余年的研究实验， 耗资 300 亿美元， 1994 到 年 3 月，全球覆盖率高达 98%的 24 颗 GPS 卫星星座己布设完成[1]。 GPS 系统包括三大部分：空间部分、地面控制部分和用户设备部分。 GPS 的空间部分是由 24 颗工作卫星组成，它位于距地表 20200km 的上空， 均匀分布在 6 个轨道面上(每个轨道面 4 颗) ，轨道倾角为 55° 。此外，还有 3 颗有源备份卫星在轨运行。 卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都 可观测到 4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存的导航信息。地面控制系统 由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线 (Ground Antenna)所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距 离，大气校正等数据。用户设备部分即 GPS 信号接收机。其主要功能是能 够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行[2]。 当接收机捕获到跟踪的卫星信号后， 就可测量出接收天线至卫星的伪距离和 距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微 处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算， 计算出用户所在地理位置的 经纬度、高度、速度、时间等信息。 美国最初开发 GPS 系统的目的是希望获得一个能用于军事和科研的导 航辅助工具， 以满足其军事部门对海上、陆地和空中载体平台进行高精度的 定位要求。 近十余年来， GPS 精密定位技术已经广泛地渗透到经济建设和科 学实验的各个领域。1燕山大学本科生毕业设计（论文）1.2 发展及现状20世纪70年代，美苏开始研制开发全球定位系统。80年代，卫星定位技 术获得突飞猛进的发展。美国的全球定位系统GPS和苏联的全球定位系统 GLONASS的多数卫星都是在这个阶段发射的，地面控制站同时得以完善，军 用、民用卫星定位产品全面开发。1993年，美军全部完成了GPS 24 颗卫星 的发射计划，标志着这项耗资100多亿美元的全球卫星定位系统正式建成并 投入使用。它成为当今世界最有影响、应用最广泛的定位系统。它的模拟系 统――俄GLONASS也于1995年完成。GPS是一种全天候、实时性的导航定 位系统。 它不需要用户机申请定位服务， 只要按几下电钮， 用户就能得到GPS 的导航信息， 然后用户终端设备将自动对卫星的信息进行捕获，最后计算出 用户的位置、速率和时间。GPS卫星星座向地面发射两种扩频码: C /A码和P 码，C /A码是民用码，定位精度低，在100m左右，采用差分技术后精度可 提高到10m； P码是军用码，其精度小于10m。相应地，GPS提供两种定位 业务，即民用的标准定位和军用的精确定位业务。GPS是利用人造卫星作为 参考点来确定一个物体的位置，若在军事上使用最先进的GPS，做出的测量 精度误差范围甚至不超过0.1m。例如，在海湾战争中，美国战斧巡航导弹像 长了眼睛似地直飞目标； B252轰炸机将两枚激光炸弹准确地投到了伊拉克 总统府的顶上，更是引起了全世界的轰动[3]。 20世纪末至21世纪初， 导航技术发生了革命性的变化，从原来的陆基无 线电导航逐步向卫星导航转变。 同时导航的应用范围也在不断扩展， 从航空、 航海的航行导引发展成为军事和国民经济的重要保障， 使作战方式发生重大 变化，促进了国民经济的发展。卫星导航以其覆盖区广、全天候、实时性等 优点成为导航领域发展趋势， 世界各国也正在开展和建立卫星导航系统，美 国建立了GPS，俄罗斯建立了GLONASS，我国也于2000年建立了“北斗一 号”卫星导航定位系统。 卫星导航系统为军事作战提供保障，已经成为战争取胜的决定性因素， 随着卫星导航在战场上的逐步深入应用，其军事作用也大大增强。为争取卫 星导航处于领先地位， 各国广泛开展卫星导航干扰和抗干扰技术研究来争夺2燕山大学本科生毕业设计（论文）导航资源的控制权，这种争夺导航资源控制权的导航对抗就是“导航战”。 GPS已经成为美国军事基础设施的一个基本组成部分， 在海湾、 科索沃、 阿富汗、伊拉克等战争中发挥着重要作用。美军参联会主席说过:“如果没有 了GPS的支持， 美国甚至连一场战斗都无法取胜， 更谈不上打赢一场战了。 ” 在伊拉克战争中，美军使用的精确打击武器大多使用GPS来制导，大大提高 了打击精度，摧毁大多数伊军战略要点，为战争的进行创造条件。但是在此 次战争中GPS也受到了来自伊军的干扰，导致部分导弹偏离目标，这充分暴 露出了GPS易受干扰的弱点， 针对伊军的干扰美国采取干扰源定位措施找到 并摧毁了干扰设备。 在伊军进行干扰时， 美军的联合直接攻击炸弹和战斧巡 航导弹并没有受到影响，其原因是这些武器安装了备份的惯性导航系统， GPS信号受到干扰时利用惯性导航系统导引炸弹和导弹飞向目标，避免GPS 受到武器干扰不能工作，这种GPS辅助惯性导航系统进行导航是GPS抗干扰 技术的一项有效措施。1.3 研究意义GPS技术在导航、定位及精确打击等方面产生了重要影响，已经广泛地 应用在美军的各种武器平台上， 扩展为精确制导武器中复合制导的一种极其 重要的制导手段，GPS已成为美军实施远程精确打击的制胜“法宝”。但是， GPS在复杂的干扰环境下也显现出许多问题，GPS到达地球表面的信号极其 微弱( - 160dBW) ，在现在复杂的电磁环境中容易受到干扰，尤其是C/A码 信号更易受到干扰， 并且随着导航战的发展对GPS的干扰已成为争取导航资 源的有效措施，从伊拉克的战争已经看到实施干扰能够达到破坏美军对GPS 的应用，再次暴露出GPS的弱点[4]。 目前先进的电子干扰技术已经对GPS脆弱的抗干扰技术构成了直接威胁: 首先，GPS的研制目的是为给高动态用户提供全天候、连续、高精度的信息 数据， 在研制初期并没有考虑到该系统将在复杂的电子干扰环境中工作的问 题，致使GPS在抗电子干扰方面异常脆弱； GPS系统功率较低，其信号强度 只有电视接收机天线接收到的信号的1/10亿，仅相当于人的肉眼在能见度较 好的条件下观看1万千米以外一只25W普通灯泡的亮光；只要事先知道GPS3燕山大学本科生毕业设计（论文）的信号特征，就可用功率较小的干扰机对其实施有效的干扰。其次，目前电 子干扰技术已经能够对GPS实施干扰； 例如俄罗斯推出的一种新型便携式全 球定位系统干扰机，干扰功率8W， 能对美国现有全球导航卫星系统的两个频 段 (1227MHz 和 1575MHz) 及 俄 罗 斯 同 类 全 球 导 航 卫 星 系 统 的 两 个 频 段 ( 1250MHz和1607MHz)实施有效干扰，其干扰距离可达数百千米，而且体 积小，重量轻，价格相当，便于大量装备使用；这种GPS干扰机的问世，必 将对美军各种武器平台和精确制导武器的GPS系统产生巨大冲击[5]。 另外， 美 空军也曾进行过寻找卫星通信和导航系统弱点的测试， 结果发现将自制的简 易干扰装置装上车，就可成为一台干扰卫星天线或军方超高频接收器的“有 效流动干扰装置”，对GPS系统有较强的干扰作用。 可见，GPS信号很容易受到干扰，因此对其抗干扰的研究十分重要。本 课题将对几种常见的GPS干扰信号进行仿真研究， 并用抗干扰方法进行干扰 的去除，因此本课题的研究有很重要的现实意义。1.4 本文内容及章节安排鉴于GPS技术如此广泛的应用和明媚的前景， 有必要对其实现进行深入 研究。本课题就是通过对GPS信号的干扰与抗干扰的探讨，对GPS技术做了 深入的研究，并用MATLAB软件进行了仿真。对目前干扰技术和抗干扰的 发展和较为常见的算法有所了解和掌握后，将一些成熟的算法应用其中，通 过仿真，对信号的进行处理，达到干扰和抗干扰的目的。 本课题的主要工作就是研究GPS干扰信号和抗干扰的核心算法， 各章内 容安排如下： 第一章为绪论，明确了本课题的背景和研究意义。 第二章研究了GPS信号和干扰的生成原理。学习了GPS信号的生成原 理， 包括用于测距的C/A码的生成， 包含定位信息和星历的导航电文的生成。 通过对GPS干扰信号的研究，确定了三种最常见的干扰。 第三章主要介绍了GPS信号抗干扰方法的原理。 对三种干扰采用自适应 算法进行处理。 第四章为算法试验结果与分析， 展示了试验结果，并对结果进行了分析4燕山大学本科生毕业设计（论文）与讨论。 最后一部分为结论。 完成GPS信号干扰与抗干扰过程和各部分程序的编 写工作，通过多次调试和对实验结果的比较，获得较好的仿真结果。最后作 了工作总结与展望。5燕山大学本科生毕业设计（论文）第2章GPS 信号和干扰产生的原理本章从GPS信号和干扰仿真系统的设计原理出发，讨论了GPS信号和干 扰产生的原理和方法，为后面的第三章和第四章的设计实现提供理论依据， 具有重要的理论和现实意义。 本章的第一节首先介绍了GPS信号产生的原理。 在第二节中，我们讨论了几种常见干扰信号的特征和产生的原理。2.1GPS 信号产生原理要仿真产生GPS信号， 就要了解GPS信号的频率特性、 调制方式以及C/A码产生的原理和导航电文的产生原理方面的知识。2.1.1 GPS 信号的频率特性及其调制方式因民用只能得到C/A码的导航电文，下文只重点讨论C/A码，对GPS的P 不进行讨论。GPS卫星向用户发送的信号包含3种信号分量：载波、扩频码 和数据码。GPS卫星频率源产生的基准信号频率为f0=l0.23MHz，利用频率 综合器产生所需要的其他信号频率，频率特性如下图2-1所示：基准频率 F0=10.23M HZL1=1575.42MH ZC/A码 1.023MHZP码10.23MHZL2=1227.6MHZP码10.23MHZ50b/s导航电文图2-1 GPS信号的频率特性图GPS卫星的扩频码和数据码都属于低频信号， 其中C/A码和P码的码率分6燕山大学本科生毕业设计（论文）别为1.023Mbps和10.23Mbps， 而D码(数据码)的数据率仅为50bps， 因此欲将 导电航文传到地面， 需要将低频的测距码和导电航文调制到高频率的载频上 方能实现。GPS系统采用两个载频： Ll：1575.42MHz(154×10.23MHz) L2：1227.60MHz(120X lO.23MHz) 由于在这里我们只考虑C/A码，所以用到的载频只用L1。信号调制采用 移相键控调制方式，L1载波采用四相移相键控调制(QPSK)，L2载波采用二 相移相键控调制(BPSK)。 首先将P码与数据D码模2相加构成复合码P ? D， C/A 码与D码模2和构成复合码C/A ? D。用P ? D复合码调制L1载波的同相分量， 用C/A o D复合码调制L1载波的正交分量。由于QPSK相当于两个正交的 BPSK的合成，因此，在L1载波的同相支路和正交支路上，分别是以BPSK方 式调制复合码。 GPS信号的几个显著特点在于： (1)载波频率选用L频段的两个频率 这两个频率不是随便选取的。两个 频率之间的间隔为347.82MHz，等于L2频率的28.3％，足以利用双频精确的 估计电离层延迟(L1频率与L2频率之比为77/60=1．2833)。电离层延迟大致 与频率的平方成反比， 因此， 通过在两个频率上的测量便可计算出电离层延 迟，从而消除电离层延迟的影响。但普通用户无法捕获到P码，不能测量出 电离层延迟，而必须将电离层延迟做成模型，这自然没有那么精确。 (2)采用伪码测距技术 GPS采用的伪码测距技术具有良好的抗干扰性。C/A码的码长为1023个码元，周期lms，很容易捕获，但用于测距时，精度 较低， 故称为粗测距码。 P码的码长为235 469 码元， 周期约为266 天9小时，难于捕获，测距精度高，且无模糊度，故称为精测距码。 (3)采用扩频技术发送导航电文 GPS卫星向用户发送导航电文时采用 直接序列扩频技术，即将发送低码率的信号转变为发送复合码，扩展了信号 的频谱范围，降低了信号功率密度，增强了数据传输的抗干扰性和保密性。 从信号传输的角度来看，GPS的测距码采用的C/A码和P码又可称为扩频码。 C/A码周期为lms，易于捕获，测距分辨率约为0.978ns，测距误差可29.3～7燕山大学本科生毕业设计（论文）2.9m，故称为粗捕获码。P码周期约为226天9小时，不易捕获，测距精度约 为2.93m～0.29m，仅为C/A码的1/10，故称为精跟踪码[6]。2.1.2 C/A 码的生成原理C/A 码 和 P 码 均 是 伪 随 机 码 。 伪 随 机 码 全 称 伪 随 机 噪 声 码 (Pseudo Random Noise Code)， 简称伪码， 是一种可以预先确定又可重复产生和复制， 具有类似于白噪声随机统计特性的二进制码序列。 PRN码是一个具有一定周 期的取值O和l的离散符号串。 它不仅具有高斯噪声所具有的良好的自相关特 征，而且具有某种确定的编码规则。GPS信号中使用了伪随机码编码技术， 识别和分离各颗卫星信号， 并提供无模糊度的测距数据。伪随机码的产生方 式很多， GPS技术采用的m序列即产生于最长线性反馈移位寄存器。C/A码是 用m序列优选对组合形成的Gold码。Gold码是由两个长度相同而互相关极大 值为最小的m序列逐位模2相加所得到的码序列。这种码除保持了m序列的良 好自相关特性之外，还具有良好的互相关特性，另外还有一个优点，就是它 具有比m序列多得多的独立码组， 因此， Gold码被广泛的应用于多址通信中。 C／A码发生器由两个10位的移位寄存器G1和G2，经模2加后产生，其表达 式为：Ci (t ) ? G1 (t ) ? G2 (t ? N iTe )式中：(2-1) (2-2) (2-3)G1 (t ) ? 1 ? t 3 ? t 10G2 (t ) ? 1 ? t 2 ? t 3 ? t 6 ? t 8 ? t 9 ? t 10Te 是码元对应的时间， N i 是 G1 (t ) ，G2 (t ) 之间的相位偏移位数，G1 (t ) ，G2 (t ) 中的1指将加法器的输出反馈到第一级， t i 是指移位寄存器的第i级的输出用作模2加法的输入。 N i 可以有1023个不同的偏置量，可以产生1023个 不同的Gold码序列。而实际应用中并不需要这么多，因此在实际生成C/A码 时， G2 (t ) 的输出不是直接从移位寄存器的末级输出，而是选择其中两级做 模2和后的输出。这样做的效果是产生一个与原G1序列平移等价的序列，其 平移量取决于选哪两级做模2和运算。每颗卫星选用不同的两级抽头做模2 和运算，产生不同G，码，经过时延的G2输出序列和G1直接输出序列异或 的结果就是不同卫星的C/A码。这是因为伪码序列具有这样的性质：与其自8燕山大学本科生毕业设计（论文）身的相移序列相加，结果仍是伪码序列，只是相位变了。2.1.3 导航电文的生成原理导航电文的基本单位是一个主帧，每个主帧长度为1500bit，由5个子帧 组成，每个子帧分别含10个字，每个字含30bit电文，故每一帧共含300bit电 文。电文的传输速率是50b/s，所以播发一帧电文需要30秒，而一子帧电文 的持续时间为6秒。 为了记载多达25颗GPS卫星的星历，规定4、5子帧各有25个页面。子帧 1、2、3与子帧4、5的每一页均构成一帧电文。每25帧导航电文组成一个主 帧。在每一帧电文中，1、2、3子帧的内容每30秒重复一次，每小时更新一 次，而子帧4、5的内容仅在给卫星注入新的导航数据后才得以更新。 导航电文的内容主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工 作状态信息及C/A码转换到捕获P码的信息、全部卫星的概略星历，各帧内 容如下图2-2所示：子帧号 1 2 HOW 数据块1――时钟修正参数3TLWHOW数据块2――星历表4TLWHOW数据块2――星历表继续5TLWHOW数据块3――卫星历书等TLWHOW数据块3――卫星历书等图2-2 各帧导航电文的内容图中TLW为遥测码，位于各子帧的开头它用来表明卫星注入数据的状9燕山大学本科生毕业设计（论文）态，其30比特中，第1-8比特是同步码，为各子帧编码脉冲提供一个同步起 点，使用户便于解释导航电文；第9-22比特为遥测电文，包括地面监控系统 注入数据时的状态信息、帧断信息和其他信息；第23和24比特是连接码；第 25-30比特为奇偶校验码，用于发现和纠正错误。 HOW为转换码， 位于每个子帧的第2个字码，其作用是提供帮助用户从所 捕获的C/A码转换到捕获P码的Z记数。Z记数实际上是一个时间记数，它以 从每星期起始时刻开始播放的D码子帧数为单位，给出了一个子帧开始瞬间 的GPS时间。由于每一个子帧持续时间为6秒，所以下一子帧开始的时间为 6Z秒。用户可以据此将接收机时钟精确对准GPS时钟，并快速捕获P码。转 换码的第18比特表明卫星注入电文后是否发生滚动动量矩阵缺载现象； 第19 比特指示数据帧的时间是否同步；第20-22比特为子帧识别标志；第23-24比 特为连接码；第25-30比特为奇偶校验码。2.1.4 GPS 信号的产生GPS卫星向用户发送的信号包含3种信号分量：载波、扩频码和数据码。 由于数据码的码率为50Hz，20ms长，而C/A码的码率为1.023MHz，lms长， 这就相当于一个D码码片中包含20个完整的C/A码。 由于C/A码周期每lms更新 一次，故对于一般的捕获系统，仅记录lms接收数据进行处理即可。在这lms 数据中，包含D码引起的C/A码相位跳变的概率非常小。如果有由D码引起的 相位变化，那么邻近的两个C/A码码片相位就有+zr的差别，FFT后的相关峰 将减半，这是能检测出来的。这时捕获系统对紧接着的下lms数据进行处理 即可，因为下lms数据中不可能再包含由D码引起的C/A码相位跳变。因此， 我们在模拟GPS卫星信号用于检测接收端捕获性能的时候，就可以暂不考虑 D码的影响，而直接将C/A码和导航电文调制到载波上，由此产生GPS信号， 原理图如下图2-3所示：C/A码和导航电 文调制到载波GPS信号生成图2-3 GPS信号生成10燕山大学本科生毕业设计（论文）2.2 GPS 干扰信号的生成原理GPS干扰信号有很多种类型， 不同的干扰类型有其各自的特征和生成原 理，对GPS有用信号的影响也各不相同，本节将对这些问题进行探讨。2.2.1 GPS 干扰信号特性GPS干扰信号有如下特性 (1)频率特性 GPS无线电导航频率是透明、公开的，这决定了对GPS信 号的干扰方式为对准性频率干扰，使其能量集中在GPS导航信号的中心频率 上，解扩后输出于扰的能量最大，使GPS接收机输出信噪比降低，误码率增 加。 (2)能量特性 导航星在离地20200km的轨道上运行，由于距地遥远且 卫星发射机功率不可能很大，信号到达地面时已相当微弱。根据 IDC.GPS.200的规定，L1信号其发射功率只保证在地球表面的最小信号功 率 电 平 为 ． 160dBW ， L2 信 号 强 度 到 达 地 球 表 面 时 最 小 的 信 号 电 平 为 166dBW，相当于16000km外一个25瓦灯泡发出的光，比电视机天线所接收 的信号功率低10亿倍，可见GPS信号是相当弱的。这是由于GPS星载导航信 号发射机受太阳能电池板输出能量等因素限制， 星载发射机功率有限；卫星 处于准同步轨道，离地面距离遥远，导致地面或近地面GPS接收点信号能量 很弱；10-7-10-16形量级。GPS的这种能量特性，决定了对GPS信号的干扰 方式必然以能量为主。 (3)时域特性 由于GPS卫星需连续24小时发送导航信号，供GPS接收 系统连续接收，使GPS接收系统不能在时域采取抗干扰措施。许多GPS接收 系统是作为武器或运载工具的制导系统，需安置在一种高速运动的载体上， 因此，在某一特定区域的时间域是狭窄的和随机的。另外，GPS接收系统干 扰时域的确定，不是通过侦察GPS信号来获得，而是测定来袭武器的侵入时 问来决定的，使干扰时域特性和GPS接收机出现时间相吻合。 (4)波形特性 扩频技术的应用，频域、时域和能量域特性已不能描述 信号的全部特性， 因为信号波形特性的不同使得上述三种特性相同的信号互 相之间不受干扰。因此可利用波形特性干扰GPS，使其丧失精密制导和定位11燕山大学本科生毕业设计（论文）功能，一般采用相关波形干扰技术。2.2.2 GPS 干扰信号的对象GPS是由空间星座、 地面监控站、 用户接收机三部分组成， 因此针对GPS 干扰大体可分为对这三个部分的干扰。 GPS系统以及卫星之所以能够正常工 作， 是靠地球上的测控系统发送出各种遥测指令给卫星，卫星接收并执行指 令来完成的。 对军用卫星遥控遥测系统的干扰，其目的是夺取对卫星的控制 权使其系统瘫痪。 对GPS空间星座的干扰，其目的是通过对GPS卫星无源侦察与有源侦察 载荷的干扰， 达到破坏卫星电子侦察的目的， 对星座的干扰有以下几种途径: (1)发射专用卫星对地面注入站发送的上行信号进行截获分析，寻求对 导航星的有效干扰。 (2)扰乱导航星上的对日定向系统，使其不能让太阳能电池帆板始终对 准太阳，致使整个卫星电子设备因缺乏能源而不能正常工作。 (3)扰乱卫星姿态三轴稳定系统或推进系统，使卫星天线的辐射不能对 准地面。 (4)通过干扰使卫星上的微处理器无法处理和存储数据，或使存储器产 生溢出。 对中继的干扰是通过对GPS地面监控系统的通信数据的截获和分析研 究， 寻求对其卫星中继的有效干扰， 可以使其地面站之间无法传递信息和数 据，导致地面监控系统不能正常工作从而达到干扰的目的。 由于卫星信号到达接收机时信号强度小， 对接收机的干扰成为干扰GPS 的一种主要手段。为获得较好的干扰效果，GPS干扰方式可以采用直升机、 专用电子对抗飞机、无人驾驶飞机、热气球等实旌升空干扰，升空高度应不 低于一定值，以保证干扰信号能够进入GPS接收机的天线。如果要求干扰远 距离空中目标的GPS接收机，普通的机载升空方式干扰己无能为力，这是因 为干扰机的升空高度难以达到有效干扰所需的理想高度，此时可采用星载 GPS干扰机进行有效干扰。如果使用陆基或者舰载GPS干扰机与升空干扰相 结合，在局部组成立体干扰组合网，干扰的效果会更好。由于对卫星星座进12燕山大学本科生毕业设计（论文）行干扰设备复杂，实现起来难度较大．卫星地面监控系统被严密保护，传递 信息和数据使用专用波段，对其干扰也难于实现，目前对GPS干扰的研究主 要是对接收机的干扰上。2.2.3 干扰信号的不同类型GPS接收机所受干扰分为无意干扰和人为干扰两种，GPS接收机受到的 无意干扰包括带内射频干扰、 带外射频干扰和环境干扰。带内射频干扰包括 谐波、寄生振荡和交叉调制分量等；带外射频干扰是靠近GPS额定频段的强 信号干扰， 它可以通过接收机的射频滤波器对接收机造成影响；环境干扰包 括多径、遮蔽、地形遮拦和其它由自然环境造成的干扰。GPS人为干扰的目 的是使对方无法或错误地使用GPS系统提供信息。对GPS用户接收机的干扰 技术体制主要有压制式、 欺骗式和分布立体式三种。压制式干扰是通过发射 干扰信号以压制在GPS接收机前端的GPS卫星信号，使GPS接收机接收不到 GPS卫星信号，从而达到干扰的目的。对GPS接收机的压制干扰可采用窄带 干扰、宽带干扰、调频噪声或锯齿波扫频等。欺骗式干扰是指发射与GPS信 号具有相同参数(只有信息码不同)的假信号，干扰GPS接收机，使其产生错 误的定位信息。当实施欺骗干扰时，假定GPS接收机与GPS信号已同步，这 时干扰信号与卫星信号同时进入GPS接收机， 当干扰信号功率大于信号功率 时，由“远近&效应可知，本振信号将不断与干扰信号相关，并使本振伪码 序列与干扰信号锁定，从而达到干扰目的。干扰信号产生可以采用生成式， 也可以采用转发式。 分布式立体干扰是指在地面和空中应用多部多种种类干 扰机进行空中、星载和地面全方位立体干扰，具体干扰样式多种多样，以达 到最佳干扰效果。2.2.4 三种常见类型干扰的生成方法GPS干扰信号的类型有很多，但一般常见的类型有：宽带噪声干扰、部 分频带干扰和单频干扰三种类型，因此，在本文的GPS干扰系统仿真中，主 要对上述三种干扰信号进行仿真， 下面我们就三种干扰信号的产生方法进行 讨论。 (1)宽带噪声干扰 宽带噪声干扰又称满带干扰，有时又称全带干扰，13燕山大学本科生毕业设计（论文）是在整个通信频段内释放噪声能量。 宽带干扰产生的方法是产生整个频带上 的高斯白噪声。先产生高斯随机数X(t)，使得：X(t)～N(O，1)，则宽带干 扰为：x(t ? ? x(? ) w(t ? ? )d? )???(2-4)其中 w(t ) 是频域窗函数 w( jw) 的傅里叶变换， w( jw) 由干扰带宽 ?w 决定， 在这 里，其具体的表达式为： ?1, w ? ?w w( jw) ? ? (2-5) ? 0，其他 由于X(t)是一个服从高斯分布的随机过程，所以其功率谱应为一个常 数， 时域上的卷积相当于频域上的相乘， 故宽带噪声干扰的频域表达式与式 (2-5)相同。宽带噪声干扰的生成流程图如图所示，将产生的高斯白噪声序 列经低通滤波器滤波，然后设定干扰的功率，调制到载频上，便可产生宽带 噪声干扰。宽带噪声干扰生成过程如下图2-4所示：白噪声源低通滤波器宽带噪声输出图2-4 宽带噪声干扰生成图(2)部分频带干扰 扰三类。窄带干扰(NBI)指带宽远小于扩频信号带宽的干扰。常见的窄带干扰包括音频干扰、 窄带AR随机过程干扰、窄带ARMA随机过程干 在基于FIR横向滤波器和格型滤波器的时域干扰估计抵消滤波中，将窄 带干扰看成是AR(L)随机过程，而将白噪声和扩频信号看成是对该AR(L)过 程的测量噪声。 音频干扰包括单音干扰和多音干扰， 通常表现为一个或多个正弦信号之 和。一般将单音频干扰看作是AR(2)随机过程，将Q个音频干扰看作近似为 AR(2Q)随机过程干扰。这样，所有的窄带干扰都被看作是AR或ARMA随机 过程。对于AR(L)窄带随机过程干扰序列v(n)，它满足如下差分方程：14燕山大学本科生毕业设计（论文）v(n) ? a1v(n ? 1) ? ? ? a L v(n ? L) ? ? (n)2(2-6)其中常量口 a1 ?a L 为自回归参数。 ? (n) 是均值为0、方差为 ? ? 的高斯 加性白噪声。 因此，v(n) 可以用高斯加性白噪声通过一个数字窄带带通滤波 器得到，窄带干扰生成过程如下图2-5：白噪声源 窄带带通滤波 器 窄带噪声输出图2-5 窄带噪声干扰生成图(3)单频干扰如果设单频干扰连续波的频率相对于发射信号射频载波的频差为 f 1 ，则单频连续波干扰在基带的采样序列为：v(n) ? 2 p1 cos[2?f1t ? ?1 ] t ?n / Fs干扰序列可以表示为：(2-7)其中采样频率 Rs ? L * Rc ， f Iratio ? 2 f1 / Rs 称为频偏因子，且 ? 1 ? f Iratio ? 1 。v(n) ? 2 p1 cos[?f Iration ? ?1 ](2-8)2.3 本章小结本章从GPS信号和干扰的仿真设计方案出发，对GPS信号的基本理论进 行了深入研究，讨论了GPS接收信号产生的原理，其中包括信号的频率分配 方案、扩频调制方式、C/A码的生成原理及其特性、导航电文的原理及特性、 GPS干扰信号的特征及生成方法等，为后续实现GPS信号仿真提供了理论基 础。15燕山大学本科生毕业设计（论文）第3章GPS 信号抗干扰原理3.1 GPS 接收机抗干扰方法由于GPS容易受到干扰，增加抗干扰能力已经成为提高GPS性能的重要 问题。GPS用宽频谱处理增益使接收机具有高水平的抗干扰能力 (30～ 35dB)，一般的干扰信号特性和信号的幅度、频率、时间、空间和极化已经 被利用，在许多情况下，都取得了很好的抗干扰效果。目前GPS抗干扰技术 主要有：频谱滤波、时间滤波、空间调零、空间波束转换、振幅/相位对消、 轴向调零、ISU极化抗干扰和GPS/INS组合等[7]。这些技术对GPS的影响，它 们对于不同干扰类型的抗干扰能力，技术的成本、体积、对于处理和控制的 空间和功率的需要及更新的复杂性都不同， 任一种抗干扰技术都不是极为完 善的，每一项技术都有它的优点和不足。 (1)频谱滤波 频谱滤波包括带通和带阻滤波，此技术可用于有界窄带 和连续波带内干扰源及强带外干扰源。 频谱滤波基本是介于用户GPS接收机 和GPS天线之间的独立技术。窄带天线设计可以略微缓和干扰，但是为达到 目的，在噪声预放大前，天线安装和接收机前端都要利用附加离散滤波器。 调谐滤波和自适应数字信号处理(DSP)滤波技术可用于预处理， 并能嵌入现 代GPS接收机。在对尺寸影响很小的情况下，这种滤波技术通常可以减小超 过35dB的窄带干扰，并且花费很少的费用就能测出复杂的窄带干扰源。该 滤波技术可能减慢GPS数据采集、重采集过程，并可能减弱GPS信号。这种 技术对宽带噪声干扰或复杂的扫频瞄准噪声不起作用。 (2)时间滤波 时间滤波在时间域内对信号特征进行处理，用数字信号 处理(DSP)方法来实现可编程IIR/FIR滤波器和相关器。 这种技术是一种单孔 技术， 可用于复杂的窄带噪声和连续波干扰源， 并对有限阶频率捷变起作用， 这种技术还可解决安装多路径及回波对消干扰问题。 时间滤波在用于有界干 扰源时是十分稳定的， 这是因为它能同时提供复杂带阻滤波器准则，并且它 被看作是GPS接收机前后处理的嵌入部分或是GPS接收机前的独立嵌入部 分。在对尺寸影响很小的情况下，此种技术可减小超过30dB的窄带干扰并 且成本很低。用C/A 码和P(Y)码计算带宽时，需要不同的数字或数值处理16燕山大学本科生毕业设计（论文）技术。在C/A码应用中，时相滤波及与之相关的数值计算可用当前的模拟― 数字转换器（ADC)和DSP设备来进行。在P(Y)码应用中，时相滤波需要最 新技术发展水平的ADC和数值处理技术，这可能会导致高成本且消耗更多 的功率。 (3)空间调零 空间调零技术一般应用一个环形微波传输带阵列来进行 对于有方向性的干扰源的自适应调零。微波传输带与处理器相连，处理器对 从天线经微波带送来的信号进行处理后，反过来调微波传输阵列，使各阵元 的增益和(或)相位发生改变， 从而在天线阵的方向图中产生对着干扰源方向 的零点，以减低干扰源的效能。由于干扰源方向的稳定性，调零技术性能较 好，已被广泛应用于军事方面，如CRPA(控制辐射类型天线)。自适应调零 技术能够有效地处理宽频带的噪声和窄带干扰源， 对每种干扰源的抑制可达 15～35dB。这项技术需要一个庞大的天线阵列和许多成套电子设备，一般 造价很高。这项技术处理复杂的军事环境，主要应用于高价值的航空武器。 (4)空间波束转换 空间波束转换通常用自适应平面天线阵列， 根据GPS 卫星选择性和干扰抑制的不同程度来提供波束控制，主要用旁/后波瓣抑制 电平来提高其抗干扰系数。L波段为了获得窄波束宽，因而平面天线阵往往 较大， 卫星跟踪能力也要求较强。 该技术可在地面的固定位置和大型船只上 使用，由于这种技术需要大型的天线阵列和成套电子设备，因此成本较高。 此外，这种技术必须与GPS接收机卫星处理同步。 (5)振幅/相位对消法 振幅/相位对消法是常用的双孔技术，它利用调 幅信号消除法和QIFM（正交瞬时测频）相关技术。该技术常常受到单干扰 源、水平线周围的多干扰源及按时间分类的脉冲干扰源的影响。振幅/相位 技术使用位于飞机顶部和底部的两种不同的天线方向图来获取干扰信号和 GPS与干扰合成的信号。然后，在GPS干扰路径上用这两种信号的组合信号 消去干扰信号。这种技术可以减小20～30dB 的单和复合宽带与窄带干扰 源。 此种技术若要用于复杂干扰， 两个孔必须位于飞机顶部和底部的垂线上。 这种技术对主姿态很敏感。 (6)轴向调零 用干扰计并借助地面效应对一些小型圆柱形物体(如枪 支)进行轴向调零可在该物体的轴线上形成一个可编程零点。此种技术在轴17燕山大学本科生毕业设计（论文）线上能减小10～15dB的干扰。而该技术对轴线以外的复杂干扰源不起作用。 这种轴线技术是一种双孔技术， 而且在使用了对消电路后，这种技术的成本 很低，且仪器的尺寸也很小。它对主姿态非常敏感。 (7)极化抗干扰法 电子辐射有限公司（ERI）研制的抗干扰装置(ISU) 的抗干扰技术是一种单孔技术，它是新近开发出的非常有效的干涉抑制技 术。 它利用极化调零及电场矢量补偿来消除干扰信号。专门的极化调零装置 使用一个检测和跟踪/控制信道来识别并跟踪相位、振幅都相同的信号，并 将混合中继对消电路用于综合接收信号的零干扰成分。 这种技术会造成极化 失配。基本上，在类似的极化性能环境中，它几乎能抑制所有已知的干扰类 型(连续波、扫频连续波、脉冲连续波、AM、FM 和宽带高斯噪音) ，且无 需天线，经严格试验，ISU 的跟踪与测距准确度可达到无干扰时水平。 (8)GPS/INS组合 GPS与IMU/INS(惯性量测装置/ 惯性导航系统)间的 惯性耦合为高速运动平台(如导弹和飞机) 提供了很好的解决方法。GPS和 IMU/INS可互为补充。可用GPS 定期对IMU/INS 进行更新从而使偏差最小。 IMU/INS可对GPS 位置进行初始化以提高数据采集和跟踪次数，并处理发 射时的多路径状态。GPS 和IMU/INS 系统可以通过卡尔曼（Kalman）技术 进行耦合以便将导航信息综合在一起， 并且可以处理短时间的GPS 故障和干 扰。获取的性能等级与IMU/INS 准确度和GPS卫星可见度有关。使用GPS 与INS组合技术可使系统的抗干扰能力提高10%～15%。目前GPS与INS组合 导航方式已在各类巡航导弹、 精确制导炸弹等精确制导武器方面获得了广泛 的应用[8]。 GPS接收机干扰技术和抗干扰技术是相互对立又相互促进的， 目前研究 应用的GPS 接收机抗干扰技术除了上述的几种外， 还有一些新的发展，比如 空时自适应（STAP）技术，它代表着GPS接收机抗干扰技术的发展趋势，主 要是针对空域滤波技术的不足而提出的，美军认为这是GPS接收机抗干扰技 术上的重大突破。1999年，洛克希德?马丁公司（Lockheed Martin）和罗克 韦尔?柯林斯（Rockwell Collins）公司联合研制出GPS空时抗干扰接收机 （G-STAR）射频前端样机。 基于不同的干扰环境， 每一种抗干扰技术的干扰抑制性能都不同，单一18燕山大学本科生毕业设计（论文）的抗干扰技术不能抑制所有对GPS接收机的干扰，但是，也没有一种对抗不 了的干扰。目前，我们除了对单项的抗干扰措施和技术进行研究外，更要研 究对多项措施和技术的集成， 这也是国内外研究的重点和趋势。只有将多种 GPS接收机抗干扰技术集成在一起，才能同时对抗多种干扰。3.2 常见抗干扰方法原理每一种抗干扰技术的干扰抑制性能都不同， 单一的抗干扰技术不能抑制 所有对 GPS 接收机的干扰。本文针对几种常见的干扰类型，提出了目前代 表抗干扰发展趋势的几种抗干扰措施。3.2.1 空时自适应处理在对 GPS 的各种干扰中，覆盖到接收机整个带宽的宽带干扰最常见， 也最具有威胁性。对这种干扰，由于在频域上不能把它们和 GPS 信号区分 开，因此采用频域滤波并不能抑制宽带干扰。虽然根据干扰和 GPS 信号在 空间的来向不同，可以采用阵列天线进行空域处理，但其可导致下列问题： 对于一个具有 M 个天线的阵列，它能抑制的最大干扰数为 M-1，当干扰数 增加时，天线数就要增加，这就与 GPS 接收机的成本要求相矛盾；如果一 个干扰源离某个 GPS 卫星的角度间隔很近，对这个干扰的空域零陷会减弱 GPS 卫星信号， 使其无法使用。 一种基于空时处理的自适应天线技术被提出。 基于空时处理的 GPS 抗干扰方案如下图 3-1 所示：下变频A/D转换自适应空时 处理D/A转换上变频GPS接收机图 3-1 基于空时处理的 GPS 抗干扰方案图19燕山大学本科生毕业设计（论文）空时自适应处理在不增加天线阵元的情况下， 通过时间抽头来增加自适 应天线阵列的自由度，在二维平面上对每个窄带干扰形成“点状”零点，对 宽带干扰形成 “线状” 零点。 把空时处理算法嵌入到整个GPS接收机系统中， 原始信号通过下变频和模数转换后进行自适应处理， 处理后的信号再进行数 模转换和上变频处理到达GPS接收机。既抑制干扰，同时又不改变传统接收 机的内部结构，具有很好的工程可行性。本文主要研究GPS宽带干扰抑制的 的空时处理算法。 本文采用最小均方误差算法最为核心算法， GPS卫星发射的信号可以表 示为：S gps (t ) ? ( D(t ) ? p(t ))e j 2?f 0t天线上时，第k个天线第q个抽头接收到的GPS信号为：(3-1)D(t)是GPS发射的导航电文数据，p(t)是C/A码，当GPS信号入射到阵列sk (q) ? {D(t ? qT ) ? p(t ? qT )}e j 2?f 0 (t ?qT ) ak (? )(3-2)a k (? ) 为第k个天线接收到的目方向的GPS信号(假定卫星的方向可以从惯性导航系统获得)相对与参考天线的延迟， 由(3.2)式得信号的协方差矩阵 为：Rs _ kl ( p ? q) ? E{[(D(t ? pT ) ? p(t ? pT )][ D(t ? qT ) ? p(t ? qT )]* }ak (? )al (? )e j 2?f0 ( p?q )T (3-3)*由于导航数据被C/A码扩频后的谱对C/A码的谱影响不大，则根据C/A码 的自相关函数，有E{[(D(t ? pT ) ? p(t ? pT )][D(t ? qT ) ? p(t ? qT )]* }= A[1 ? (q ? p)T / Tc ], (q ? p)T ? Tc (3-4) 其中A表示GPS卫星信号功率， Tc 表示C/A码码片宽度。选择加权矢量使 期望信号Sd(这里为GPS卫星发射信号)和阵列输出电压WHZ之间的均方误差最 小y=v+s是接收到的信号加干扰电压。即wopt ? min E{(sd ? wH y)(sd ? wH y) H }根据（3-1）式得(3-5)w opt ? R -1g s(3-6)其中 g s ? E{s H s d } 为信号协方差距阵的第一列。根据式(3-3)和(3-4)得20燕山大学本科生毕业设计（论文）信号的协方差矩阵后，则可求得最优权矢量3.2.2 线性预测滤波现有的较为常用的窄带干扰抑制技术可分为3类：预测技术，变换域技 术和码辅助技术， 其中预测技术又分为线性和非线性预测滤波技术。从技术 实现的可行性考虑，线性预测滤波技术算法简单、实现较容易，并且滤波效 果较好。因此，本文主要研究线性预测滤波技术的窄带干扰抑制能力。 基于预测的窄带干扰抑制技术的基本思想就是利用窄带信号和宽带信 号在可预测性上的差异而达到抑制干扰的目的。 因为窄带干扰样值问有很强 的相关性，可以从过去样值来估计当前值，而扩频信号频谱平坦，其样值之 间几乎不相关。 当接收信号同时包含宽带有用信号和窄带干扰信号时，那么 对接收信号进行预测， 预测值将主要是窄带干扰信号的预测值，所以解扩之 前从当前信号中减去预测值， 将大大减小接收信号中的窄带干扰。线性预测 滤波器结构如下图3-2所示：Xl+m Xl+1 z-1 Xl Xl-1 Xl-mz-1z-1z-1a-ma-1a1am+b∑-yl图3-2 线性自适应横向预测滤波器假定接收信号为：x(t ) ? s(t ) ? j (t ) ? n(t )(3-7)其中 s(t ) ? Ab(t )c(t ) cos(w0 t ) ， j (t ) ? a cos[(w0 ? ?)t ? ? ] 。A和a为幅值，b(t ) 是信息码元，为 Tb 秒期间二进制符号的随机序列， c(t ) 为扩频码序列，持续 Tc 秒，Tc && Tb ， w0 (t ) 为载波频率， ? 为频偏，? 为在[0，2 ? ]上均匀21燕山大学本科生毕业设计（论文）分布的随机相位， n(t ) 为高斯噪声。在 iTc 时刻，滤波器抽头取样值以及滤 波器抽头系数如下：X i ? [ xi ? m , xi ?m?1 ,?, xi ?1 , xi ?1 ,?, xi ?m ]T W ? [a?m , a?m?1 ,?, a?1 , a1 ,?, am ]T(3-8) (3-9) (3-10)滤波器输出yi，表示预测误差，iTc，时刻滤波器输出取样为： y i ? xi ? W T X i调整滤波器系数以最小化均方滤波器输出，此输出等于预测均方误差，记为? ，则：? ? E[ xi 2 ] ? 2P T W ? W T RWP ? E[ xi X i ], R ? E[ X i X i ], k , m ? 1,? MT T T(3-11) (3-12) (3-13) (3-14)通过最小化均方误差得到滤波器抽头系数: W0 ? R ?1 PW0 是最佳抽头系数，滤波器输出最小功率为: 2 E[ yi ]min ? S ? E[e 2 ]min和无线性预测滤波器的信噪比分别表示为： SNR0 ? S / E[e 2 ]minE[e 2 ]min 指热噪声和剩余干扰的最小功率，有线性预测滤波器的信噪比(3-15) (3-16) (3-17)SNRn 0 ? S /( J ? ? n )2则双边横向滤波器的改善因子G表示为： G ? SNR0 / SNRn0 能力增强。显然当抽头数增加或者干信比J/S增加时， 改善因子G增大，系统抗干扰3.2.3 单频干扰对消在常见于扰种类中，有相当一部分干扰信号(拖距、角欺、扫频干扰等) 都具有周期性特点。 文中介绍了运用自适应滤波算法，在没有任何干扰信号 先验知识的情况下，利用干扰信号的周期性对干扰信号进行对消的原理。自 适应单频干扰对消的原理图如图3-3所示：22燕山大学本科生毕业设计（论文） x(n) 延迟△ x(n-△) 预测器 自适应控制算法 e(n) ∑ 主输入 图3-3 单频干扰对消原理图 + 误差 y(n) 输出输入信号 x(n)含宽带信号和周期干扰，经过固定延迟后加到预测器输 入端。要求延时要足够大，以使输入宽带信号与主输入信号不存在相关性， 而周期干扰却有相关自适应。 因而， 自适应系统输出中的周期性干扰被大大 削弱。3.3 本章小结本章针对前一章提出的GPS信号几种最常见的干扰， 结合实际情况和现 在GPS抗干扰技术的发展状况，提出了针对每种干扰的抗干扰方法。基于不 同的干扰环境， 每一种抗干扰技术的干扰抑制性能都不同，单一的抗干扰技 术不能抑制所有对GPS接收机的干扰，但是，也没有一种对抗不了的干扰。 目前， 我们除了对单项的抗干扰措施和技术进行研究外，更要研究对多项措 施和技术的集成，这也是国内外研究的重点和趋势。只有将多种GPS接收机 抗干扰技术集成在一起，才能同时对抗多种干扰。23燕山大学本科生毕业设计（论文）第4章仿真结果与分析本文的仿真流程图如图 4-1 所示：CA和导航电文 码生成调制到载波生 成GPS信号GPS信号加干 扰去干扰图4-1 仿真流程图先将C/A码和导航电文调制到载波上仿真生成GPS信号，再将三种干扰 信号加到GPS信号上，最后再用三种去干扰方法进行去干扰的仿真。4.1GPS 信号的仿真实现GPS卫星向用户发送的信号包含3种信号分量：载波、扩频码和数据码。将C/A码和导航电文调制到载波上即能仿真生成GPS信号。4.1.1 C/A 码的仿真实现C/A 码是由 m 序列优选对组合形成的 Gold 码，生成方法如下： ①设两个 1023x 1 的向量 Gl，G2，并进行初始化。 ②定义参数 k1、k2 以及延迟 delay。 ③通过循环产生长度为 1024 的 MLS 序列以及 G2 序列。 ④将参数 k1 和 k2 所代表的寄存器模 2 相加后作为 G2 输出。 ⑤将 G2 与 MLS 进行延迟检验。 生成的 C/A 码如图 4-2 所示：24燕山大学本科生毕业设计（论文）C/A码 10.80.60.40.20 0 20 40 60 80 100图4-2 C/A码4.1.2 导航电文的仿真实现导航电文通过函数 fGenerateNavigationData 生成。生成过程为： ①将传递进的参数转换为十六进制数。 ②将十六进制数转换为 ASCⅡ码表中的数值，将转换的数值作为导航电文。 仿真生成的导航电文如图 4-3 所示：导 航 电 文 数 据 （ 0 1） 1.5 1 0.5 0 -0.5020406080100120140160180导 航 电 文 数 据 （ -1 1） 10-1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180图4-3 导航电文25燕山大学本科生毕业设计（论文）4.1.3 GPS 信号的仿真实现GPS信号包含三部分：载波、用于测距的C/A扩频码和含有导航和定位信 息的数据码，生成过程为： ①将C/A码调制到导航电文上 ②将调制后的信号再调制到载波上 ③经过二级调制的信号即为GPS信号 仿真生成的GPS信号如图4-4所示：图4-4 GPS信号4.2 干扰信号的仿真生成4.2.1 宽带噪声干扰的仿真实现宽带干扰产生的方法是产生整个频带上的高斯白噪声， 宽带噪声干扰的 仿真生成过程如下： ①用函数生成高斯白噪声 ②设计低通滤波器 ③设定干扰功率、采样频率和载波频率的值，定义并生成宽带噪声干扰 宽带噪声干扰仿真结果如下图 4-5 所示：26燕山大学本科生毕业设计（论文）白噪声时域波形 3 25 白噪声频谱2201 15幅度0幅度10 5 0 20 时间宽带噪声 2 1.5 1 0.5-1-2-340600 -50 频率5 x 104噪声幅度0 -0.5 -1 -1.5 -2050100150200250300图 4-5 宽带噪声干扰4.2.2 窄带干扰的仿真实现窄带噪声干扰是在有限频谱范围内的干扰， 可以用白噪声经过窄带带通27燕山大学本科生毕业设计（论文）滤波器产生，仿真生成过程如下： ①用函数生成高斯白噪声 ②设计窄带带通滤波器 ③设定干扰的功率、采样频率和载波频率的值。 ④定义并生成窄带噪声干扰 窄带噪声干扰仿真结果如下图 4-6 所示：窄带噪声时域图 1.2 18 16 14 0.8 12 0.6 10 窄带噪声频谱1幅度幅度0.4 0.2 0 -0.2 30 40 时间 50 608 6 4 2 0 -50 频率5 x 104图 4-6 窄带噪声干扰4.2.3 单频干扰的仿真实现单频干扰即单一频率的正弦波干扰，单频干扰具有周期性，仿真实现过 程如下： ①设定单频噪声干扰的中心频率和采样频率 ②设定单频干扰的载波初相和干扰功率 ③定义并生成单频干扰 仿真生成的单频干扰如下图 4-7 所示：28燕山大学本科生毕业设计（论文）单频干扰 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1050100150200250300350400图 4-7 单频干扰干扰信号生成后， 将干扰信号叠加在 GPS 信号上，即能生成含有干扰信 号的 GPS 信号。4.3 抗干扰的仿真实现4.3.1 空时自适应滤波的仿真实现LMS算法的基本思想： 调整滤波器自身的参数， 使滤波器的输出信号与 期望输出信号之间的均方误差最小， 系统输出为有用信号的最佳估计。实质 上LMS可以看成是一种随机梯度或者随机逼近算法。 基本迭代方程如下:y k ? X T WK? k ? d k ? yk WK ?1 ? WK ? 2?? K X K自适应滤波的仿真结果如下图 4-8 所示：29燕山大学本科生毕业设计（论文）LMS原 始 信 号 与 含 噪 信 号 2 0 -2 0 00 00 sequence of time LMS噪 音 信 号 与 滤 波 器 输 出 信 号
d(n) s(n) 90001 0 -1 0 00 00 sequence of time LMS原 始 信 号 与 输 出 信 号 7000 y(n) n0(n) 2 0 -2 0 00 00 sequence of time
s(n) e(n) 9000图 4-8 LMS 自适应算法LMS 误差平方如下图 4-9 所示：LMS误 差 平 方 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 00100020003000400050006000700080009000图 4-9 LMS 误差平方30燕山大学本科生毕业设计（论文）4.3.2 线性预测滤波的仿真实现输入信号和噪声信号的仿真图如下图 4-10 所示：自适应滤波器的理想输入 1 0.5 0 -0.5 -1050100150200250300350400自适应滤波器的噪声输入 4 2 0 -2 -4050100150200250300350400图 4-10 输入信号和噪声信号预测信号与实际信号的比较如下图 4-11 所示：预测信号与实际信号的比较 1.5 预测信号 实际信号 10.50-0.5-1-1.5050100150200250300350400图 4-11 预测信号与实际信号的比较31燕山大学本科生毕业设计（论文）4.3.3 单频干扰对消的仿真实现原始信号幅度谱和干扰对消后输出信号的功率谱仿真图如图 4-12 所示：原始输入信号幅度谱 60040020000 x 1040.10.20.30.5 0.6 0.7 频率 对消器输出信号功率谱0.40.80.916420 00.10.20.30.40.5 频率0.60.70.80.91图 4-12 原始信号与输出信号频谱原始输入信号和对消单频干扰后输出的信号如下图 4-13 所示：原始输入中的信号和对消单频干扰后的输出比较 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 900 910 920 930 940 950 960 970 980 990 1000 原始输入中的信号 输出的误差信号即对消单频干扰后的输出图4-13 输入与输出信号比较32燕山大学本科生毕业设计（论文）由仿真图可见，通过对原始信号预选、自适应相关处理对周期性干扰进 行了有效地抑制。4.4 总结与展望总体来说，本文取得了不错的仿真效果，对干扰信号实现了有效抑制， 但由于时间和经验有限，依然存在很多不足，主要有：固定步长的 LMS 算 法收敛速度慢； 没有与其他算法进行比较等，以后工作中将对这些问题作进 一步的完善。4.5 本章小结本章详细研究了GPS信号的干扰与抗干扰的仿真方法和步骤，运用 Matlab语言初步实现了GPS信号仿真平台的搭建，着重讨论了GPS信号的仿 真生成，干扰信号的仿真生成和抗干扰的仿真效果。试验结果表明，本文采 用的算法简单、可行，并具有较好实用性，取得了令人满意的效果。33燕山大学本科生毕业设计（论文）结论GPS技术是美国开发的一系列技术中最为成功的一项， 它推动了武器系 统向前发展， 使精确制导精度进一步提高，并将成为未来军事革命的重点之 一， 已经成为美国军事基础设施的一个基本组成部分因此。 从某种角度来说， GPS信号功率很弱，极易受到干扰，对GPS信号的干扰是一种进攻性措施， 可以有效降低敌方现代化武器的使用效能，在现代化的信息战中占得先机， 与此同时对抗干扰技术的要求也不断提高。 如何更有效的干扰GPS制导武器 以及如何能降低干扰便成了当前急需解决的重大课题， 同时它也是一项需要 不断改进的长期课题。 本文研究的是GPS信号的干扰与抗干扰仿真，通过对GPS原理的学习研 究，了解了GPS信号的生成原理和特性，针对GPS信号的特点和弱点，研究 了几种常见GPS干扰的生成原理和特性，对于几种类型干扰，分别提出了相 对应的抗干扰方法，并用Matlab软件分别对上述几个步骤进行了仿真分析。 主要完成的研究任务有： (1)对GPS信号的基本理论进行了深入研究。研究的内容包括：GPS接收 信号产生的原理，其中包括信号的频率分配方案、扩频调制方式、C/A码的 生成原理及其特性、导航电文的生成原理及特性等，为仿真生成GPS信号提 供了理论基础。 (2)对GPS信号的干扰类型和干扰方法进行了研究， 着重研究了三种最常 见的干扰信号，即宽带噪声干扰、部分频带干扰和单频干扰。通过研究干扰 的特性和生成方法，为仿真生成干扰信号提供了理论基础。 (3)针对提出的三种干扰，提出三种抗干扰措施，对于宽带噪声干扰， 提出了采用空时自适应处理的方法进行处理， 对于窄带噪声干扰，提出了用 线性预测滤波方法进行处理， 对于单频干扰，用自适应的单频干扰对消方法 进行处理。 通过对抗干扰方法和抗干扰算法的研究，了解了抗干扰的基本原 理，为抗干扰仿真提供了理论基础。 (4)在Matlab平台上对课题的各个步骤进行了仿真分析。34燕山大学本科生毕业设计（论文）尽管本文做了不少工作，但由于条件、时间和水平所限，本文依然存在 很多不足， 还有许多问题需要进一步深入研究。本文的不足之处和需要进一 步研究的问题有： (1)进一步拓展干扰信号样式及相应抗干扰技术的分析和研究。 (2)固定步长的LMS算法在收敛速度、时变系统跟踪速度与稳态失调之 间的要求是相互矛盾的， 算法的收敛速度慢，并且对非稳态系统的跟踪能力 差。 (3)将现有的GPS抗干扰技术实用化，即将它嵌入到实际的GPS接收机 中，为GPS抗干扰性能的提高提供可靠的保证。35
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