GPS干擾

GPS的干擾和普通的電子干擾一樣，也分為壓制式和欺騙式兩大類。壓制式干擾有窄帶干擾（瞄準式）、寬頻干擾（阻塞式），在干擾作用時間上有連續干擾和脈衝干擾。壓制式干擾的優點是技術難度較小，但所需干擾功率較大。欺騙式干擾是發射與GPS信號相類似的干擾信號，誤導GPS接收機偏離準確的導航和定位。這種干擾的優點是顯而易見的，所需干擾功率小，干擾效果大大好於壓制式干擾。當然欺騙式干擾的技術難度要遠遠大於壓制式干擾。因為要實現欺騙就必須了解GPS衛星的碼型及當時發出的電文數據等信息，而了解和掌握這些又是相當困難的。

基本介紹

• 中文名：GPS干擾
• 外文名：GPS interference
• 價格：5萬美元
• 干擾機：3-10公斤
• 半徑：16公里範圍內

介紹

在美國發動的第二次海灣戰爭中,大量使用了精確制導武器,而這些武器中的80%都採用了GPS精確制導系統.由於伊拉克使用了據說是從俄羅斯購進的GPS干擾系統,使多枚美國飛彈偏離了軌道,從而引起了世人廣泛的注意.

GPS受到的潛在威脅

美國政府、工業部門和學術界對GPS受干擾的問題進行了大量研究和模擬，提出即使沒有掌握先進技術的敵方也能容易、快速、廉價地製造和使用許多GPS干擾機，以摧毀依靠GPS制導的美國武器和其它平台。如1994年9月，在約翰·霍普金斯大學套用物理實驗室舉行的一次航空航天工程師和其它專業人員的研討會上，首次公開展示了一種得煙盒大小的自製干擾機，它採用12伏電池作動力，產生100毫瓦的輸出功率，通過一根細小的全向天線發射信號。據設計者稱，該裝置足以干擾半徑16公里範圍內的任何採用CA編碼的GPS接收機。俄羅斯設計的廉價GPS干擾機到處可以買到，甚至可通過網際網路採購到這種裝置。這種干擾機重3-10公斤(不含電池)。價格低於5萬美元，能對美國現有GPS系統的四個頻段實施有兒干擾。

美國武器庫中現有的大部分飛彈都易受GPS干擾的影響，這些飛彈包括:增強型“傑索”、增強型高速反輻射飛彈、AGM-130、“斯拉姆”-ER、裝有GPS的“魚叉”、陸軍戰術飛彈系統、“傑達姆”以及增強型GBU-15。

奇怪的是，美國對現有的飛彈沒有作高抗干擾技術的改進。其主要原因有三點，首先是經費，儘管改進現存飛彈的費用僅占飛彈製造成本的很少一部分，但研究高抗干擾防護技術的總經費卻高的驚人;其次，儘管干擾裝置實際上可以買到或易於製造，但對今還沒有出現干擾飛彈GPS制導信號的潛在對手;第三，美國軍事官員中仍保留這樣一種自信的觀念:現存飛彈有效對付所有潛在的敵人。

2007年11月23日：中國已經發展出強大的全球定位（GPS）干擾系統，在卡車上攜帶。“GPS干擾車”原理是在汽車上方中央區產生一個保護性的“氣泡”覆蓋在某個特定區域上。

美軍使用的GPS接收機分為三類：一類是採用了選擇可用性反欺騙模組（SAASM）的新型接收機，這類接收機由於採用先進技術可直接捕獲P碼而不需要C/A碼輔助；第二類接收機雖然沒有採用SAASM模組，但採用了抗乾成技術，這類接收機在干擾環境中也能繼續工作；第三類是普通的軍用Y碼接收機。

由於部隊中大部分軍用GPS接收機是第三類是普通Y碼接收機，它需要先捕獲C/A碼以進一步捕獲P碼，所以如果對C/A碼進行干擾，這類接收機將很難工作，如果在進行干擾區域前先對接收機進行初始化，這樣進入干擾區域後就已工作在Y碼了，但如果工作中暫時對衛星信號失鎖，系統將無法再啟動。

飛彈發射後，GPS系統會立刻對其飛行方向進行導引，使其向首目標飛去。在飛彈飛行期間的某一特定時間裡，彈載GPS接收機接收來自GPS衛星群即時傳來的位置修正信息，並把它們傳遞給彈載的INS系統，以調整飛彈的飛行路線。因此精確制導武器能夠在防區外以較高的精度攻擊預定目標。此外，這類飛彈還具有全天候作戰能力。從1991年的海灣戰爭到1999年的科索活戰爭，這種要用GPS/INS制導的“靈巧”飛彈無不顯示出其在現代戰爭中的重要地位，故已經成為同代戰爭的首選武器，是一類克敵制勝的殺手鐧武器，也是政治家們達到其政治目的的重要工具。

干擾的影響

對於裝有GPS/INS複合制導系統的飛彈，當GPS接收機在飛彈飛行的任意點上受到干擾時，那么該飛彈在整個干擾階段只能保持“慣性滑移”，其飛行彈道由不太精確的INS系統導引。產生干擾的時間越早，飛彈距目標的距離越遠，其偏離預定攻擊目標的誤差就越大，將嚴重影響其攻擊精度。如果飛彈在處於接收GPS信號的初期就被干擾，那么即使干擾發射機的功率較低，它也能在960公里範圍內影響飛彈的制導系統工作;如果飛彈在其GPS跟蹤階段受到同樣功率干擾信號的干擾，那么干擾發射機的有效干擾距離則約45公里。目標美國大多數飛彈都裝有可承受54分貝干擾/信號比的軍用制式GPS接收機，這些飛彈非常容易受很低功率干擾機的干擾。

但是，不是所有的防區外飛彈都會受到同等程度干擾的影響，根據它們攻擊的軌跡，某些較近程武器，如空軍/海軍“傑達姆”聯合直接攻擊彈藥，受電子干擾的影響較小，但是，遠程飛彈系統(“斯拉姆”-ER、“傑索”以及“戰斧”BLOCKIII)的GPS系統如果遭受敵方的干擾，將可能最終偏離其所攻擊的目標。

GPS/INS複合制導存在的問題

當GPS/INS複合制導裝置中的GPS接收機受干擾時，飛彈只能由不太精確的INS系統進行飛行導引，除非GPS系統還能間斷地獲得位置更新數據外，否則飛彈的制導系統不能補償INS系統的固有“偏移”誤差。INS的精度一般以每小時偏移的角度來表示，在完全依靠INS系統導引的情況下，其偏移率越上，導引的精度就越高。當INS的偏移率為每小時1度時，對近程短時間飛行的武器(如“傑達姆”)來說，其影響可忽略不計;但對行飛805公里，時間超過1小時的遠程飛彈來說，在整個飛行階段得不到GPS系統的更新的情況下，INS系統這樣的偏移率將有可能使飛彈產生14.5公里的脫靶距離。

數據鏈路也會受干擾

為了克服GPS接收機受干擾的影響，有些飛彈在其飛行末段由載機上的武器系統官員來控制。這種控制是藉助載機和飛彈之間的雙向數據鏈來實現的。這種方法在飛彈距其攻擊目標2775-1665米時經常採用，這段時間大約有10-6秒。但數據鏈路也容易受到干擾。美國空國飛彈武器中僅有AGM- 130和GBU-15這兩種武器在末段是依靠數據鏈路來制導的，由於美空軍今後不再計畫採購這兩種武器，所以其對數據鏈易損性的研究已沒有進一步的計畫。同樣，儘管海軍的“斯拉姆”-ER飛彈也採用了數據鏈路，對此也不再作研究。

提高飛彈抗干擾能力的途徑

雖然美國不打算改進現有的飛彈，但將採用高達90分貝的超高抗干擾GPS接收機、地形輔助導航技術、高抗干擾數據鏈路、路段彈道制導修正系統以及射頻數據鏈路/光電感測器導的相結合的末制導等技術來提高未來精確制導武器的抗干擾能力。

開發干擾/信號比為90分貝的接收機

對於功率為100瓦的干擾機來說，具有90分貝抗干擾性能的GPS接收機，在飛彈捕獲GPS信號的初期階段，干擾機的干擾距離減小到約4800 米，在GPS跟蹤階段，干擾機的干擾距離減小到480米。但在美國現存的飛彈中，大多數制導系統的干擾信號比僅在50-60分貝以上，還沒有任何一種飛彈的抗干擾性能達到90分貝。

不採用GPS制導系統總的來講，歐洲人以往設計的飛彈不會因GSP遭干擾而受到影響。因為大多數歐洲國家的飛彈在很長的一段時間裡一直避免使用GPS制導系統，目的是避免依賴美國控制的GPS衛星系統。

採用抗干擾性強的末段控制數據鏈路

值得注意的是，歐洲各國也開始研製GPS制導的精確制導武。英國的“風暴幽靈”在初始設計時並沒有採用GSP制導，但生產的飛彈將裝有PS 制導系統。為了避免干擾，法國的塞克斯坦特公司正在為飛彈研製GPSP(Y)編碼接收機，英國的“風暴幽靈”則採用地形參照導航系統。其它幾種配備GPS 的飛彈有“黑薩赫恩”、“阿帕奇”和“阿拉米斯”飛彈。

戰術“戰斧”飛彈可能是美國庫存飛彈中抗GPS干擾最強的武器，因為它要用了一種稱作精確地形輔助導航技術，當飛彈朝目標飛去時，這種導航技術可使飛彈嚴格按照地形輪廓飛行，使飛彈在GPS受干擾時中仍具有捕獲目標的能力，從而不需要對已有的GPS制導裝置作任何改進，其精度與如今正在研製的 “戰斧”Block III飛彈所獲得的精度相當。它計畫於2003年投入戰場使用。美國“賈斯姆”聯合空對地防區上飛彈將於2005年進入服役，它是美國第二代精確攻擊飛彈，能夠耐受100瓦干擾機的干擾信號。

在美國庫存或計畫的下一個十年中服役的13種精確攻擊武器中，AGM-130、“賈斯姆”以及戰術“戰斧”飛彈採用了高技術干擾數據鏈路。空軍庫存中總計約300枚AGM-130將攜帶雷西昂公司的AXQ-14高抗干擾數拓鏈中延緩外，根據科索沃作戰獲得的經驗，約1300枚裝有雙向數據鏈的 GBU-15將採用中段彈道制導修正系統，改進後的飛彈型號為EGBU-15。

採用射頻數據鏈/光電感測器導的相結合的方案使飛彈具有末制導能力，它們將具有高抗干擾能力。在高抗干擾改進計畫中，採用該技術方案的飛彈系統，如“斯拉姆”一ER、庫存1900枚GBU-15中的大部分、以及AGM-154C聯合防區外發射武器等將作為主要的候選武器。

以色列設計的某些遠程飛彈採用了GPS制導方式，但它們具有高抗干擾性，特別是末段採用了控制飛彈飛行的數據鏈路。目前正在進入以色列武庫的精確打擊飛彈採用了數字跳頻數據鏈路，抗干擾性能高達90-100分貝，足以對付潛在威脅。以色列設計的其它飛彈包括“瞪眼”和新型“瞪眼石”飛彈，如果客戶需要特別保護的話，也能夠安裝GPS裝置和高抗干擾數據鏈。在那些飛彈中主要使用光電感測器制導，GPS制導是作為一種備用制導系統。

一些“靈巧”飛彈的學者認為，GPS制導武器受干擾的問題已經顯明，必須給予高度重視。所以，對GPS制導武器的干擾與抗干擾問題的研究將是一項持久性工作。

“鏡像 ”GPS干擾的運用

眾所周知，自伊戰以來，隨著GPS技術在戰場上的廣泛套用，GPS干擾戰術也開始活耀在戰爭舞台上。據報導，伊軍方在戰爭初期至少使用了6台大功率GPS干擾機，有效地干擾了聯軍100多枚GPS制導武器的命中率，這一戰果已贏得了世界各國軍事專家的高度重視。中國是GPS套用技術的受益國，同時也是這個套用技術的受威脅國，如何把握這個現代科技，為未來戰爭儲備多種干擾手段，並在戰爭中打出特色，使我們的軍隊永遠立於不敗之地，這是一個擺在我們面前的重要課題。本文中提及“鏡像”干擾，正是我們小組研究的課題。

提及GPS干擾技術，我們應首先了解GPS信號的特性。GPS發射雙頻導航信號，發射雙頻是為了校正電離層產生的附加延時。其中L1為1575.42兆赫，以正交方式分別調製P(Y)碼和C/A碼，而在L2即1227.60兆赫上，只調製了P(Y)碼；P碼信號定位精度高，保密性好，僅供美軍和特許用戶使用，但編制P碼的方程式已經公開，美國已實施選擇可行性(A-S)政策，將P碼加密編譯成Y碼。GPS衛星發射的信號到達地面時的最小信號功率分別為-160分貝瓦(dBW，以1瓦為零電平分貝)(C/A碼)、-163分貝瓦(L1 P碼)和-166分貝瓦(L2P碼)，由於各種因素的影響，以上信號的最大信號電平分別不超出-153分貝瓦、-155分貝瓦和-158分貝瓦。

由於GPS衛星的信號發射功率不可能很大，衛星距地面又遠(20200公里)，信號到達地面時已經很弱(1575.42兆赫的L1信號到達 地面的最小信號電平為-160分貝毫瓦，1227.6兆赫的L2信號到達地面的最小信號電平為-166分貝毫瓦，這些都是相當低的功率電平；這種信號強度相當於1.6萬公里外一個25瓦的燈泡發出的光，或者說，它比電視機天線所接收到的功率要低10億倍)，因此很容易被干擾。再加上所設計的GPS信號的抗干擾裕度也不大，比如C/A碼的處理增益雖然為43分貝，但C/A碼的碼速率為1.023兆比特/秒bps)，碼最為1023位，周期僅1毫秒，通過解擴只能獲得30分貝的處理增益，另外的13分貝增益是通過20個相關峰的積累形成的，所以整個環路的處理增益不會超過43分貝。一般情況下都會要求接收通道的信噪比大於10分貝才能正常工作，而且接收機的租關損耗通常都大於1分貝。根據設計，C/A碼接收機的抗干擾裕度應在30分貝以下，一般認為是25分貝；P碼的處理增益為53分貝，抗干擾裕度應在43分貝左右。其次，即使是對於軍用P碼GPS信號，其易擾性也不可低估。這主要是因為軍用P碼接收機必須要通過民用C/A碼來實現同步。所以一旦在軍用P碼GPS接收機實現同步之前將民用C/A碼信號干擾掉，則軍用P碼GPS接收機也無法獲得精確的位置數據。

目前比較流行的一種干擾方式是在上述兩個波段的頻率輸出高分貝（>43db）的噪聲，已開發國家正試圖運用解碼技術製造出仿真信號，這些方法的主要在於抑制或欺騙GPS接收機的正常接收，從而達到使GPS制導武器無法命中的目的。英國專家的實驗數據證明，使用干擾功率為1瓦的干擾機，在GPS系統的1.6吉赫頻帶上實施調頻噪聲干擾，就能使22公里範圍內的GPS接收機不能工作，干擾發射機的有效輻射功率每增加6分貝，有效干擾距離就能增加1倍。從這些試驗結果不難看出，GPS信號用戶接收機確實面臨著干擾的嚴重威脅，而GPS系統也面臨著繁重而又緊迫的抗干擾任務，儘管美國國防部正在開發一種新的軍用密碼（M密碼），可改善信號處理技術，增強抗干擾能力，但圍繞著GPS的干擾與反干擾這場沒有硝煙的戰爭已經開始。

“鏡像”干擾技術是有別於上述干擾方式的一個嶄新嘗試，它大膽地運用通信中繼原理，把我們的研究人員從解碼的迷霧中解脫出來，將來無論美軍運用何種方式進行GPS軍碼加密，只要我們掌握其衛星的下行頻率，運用解調方式將有價值目標的位置信息調製成聲信號，再利用各種方式將聲信息中繼到25公里以外（中繼方式可用無線電台、有線網路、民用移動通訊網路等），並運用其衛星相同的下行頻率以大功率放送出去，從而達到干擾、欺騙之目的；我們稱這種干擾方式為：“鏡像”。

圍繞著GPS干擾與反干擾對抗的全面展開，美國正加緊其爭奪“制導航權”的步伐。儘管在伊拉克戰爭中，面對局部干擾，GPS信號保持了完整性，但如果面對能力較強的對手，那么GPS在未來戰爭中很可能被列入“首批陣亡者名單”。記得美軍參謀長聯席會議主席曾說過：“如果沒有了GPS系統的支持，美國甚至連一場戰鬥都無法取勝，更不談打贏一場戰爭了。”如果此話在未來真的被說中的話，美軍還能在戰場上有何作為呢？