转发式GPS欺骗干扰机的仿真建模与实现毕业论文 精品.docx

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本科毕业设计

（2013届）

题目

转发式GPS欺骗干扰机的仿真建模与实现

学院

通信工程学院

专业

信息对抗技术

班级

09083511

学号

09083132

学生姓名

张喜合

指导教师

孙闽红

完成日期

2012年12月

摘要

随着科学技术的进步，GPS系统得到了广泛的应用。

有效地利用GPS干扰技术破坏对方的导航系统并实现对己方的有效隐蔽和保护，是GPS技术在军事领域的一个新应用。

在众多干扰技术中，转发式干扰有着发射功率低，不需要了解GPS信号伪码结构，实现简单等优点。

本文主要研究GPS转发式干扰原理。

在分析了GPS定位原理的基础上，对转发式干扰进行了可行性分析，完成了转发式干扰原理样机的设计与实现，并着重对干扰机的射频电路进行了研究。

转发式干扰主要是利用信号的自然延时来实施干扰。

因此，干扰信号与导航信号完全相同，只是延迟时间有所不同。

另外转发式干扰信号经过功率放大，信号的幅度大于导航信号的幅度，GPS接收机完全有可能捕获到转发后的信号。

从而使GPS接收机获得错误的伪距，达不到精确的定位。

本文在第一章和第二章中不仅详细叙述了GPS的发展历程和发展现状，还对它的发展前景做了大致的估计，并简要概括了GPS信号的基本组成。

在第三章，主要对干扰机的各部分功能进行细化和进一步的模块化设计，将总体模型分为三个单元，包括：

信号接收单元、干扰信号生成单元、干扰信号发送单元。

第四章则着重于对仿真的结果进行简要分析和比较，验证理论依据的真实性。

关键字：

全球定位系统；转发式干扰；模块化设计，仿真

Abstract

Withthedevelopmentofthetechnology,TheGlobalPositionSystemhasbeenusedwidely．ThenewapplicationofGPStechnologyinthemilitaryfieldishowtodestroyenemyNavigationsystemandenshroudeffectivelyourselvesutilizingtheGPScountertechnology．IntheGPSinterferencetechnology,theretransmittedjamminghastheadvantagesoflowsendingpower,unawarenessofthePRNcodestructureofGPSsignalandsimpleimplementation．

Theretransmittedjammingprincipleisstudiedinthisdissertation．BasedontheanalysisoftheGPSpositiontheory,theeffectofjammingprototypeisstudiedandeverypartofthejammingprototypeisanalyzed．Thedesignandimplementationofjammingprototypehavebeendonetoo．Theretransmittedjammingmethodmainlymakesuseofsignal’snaturaldelay,sothejammingsignaliscompletelythesameasnavigatingsignal，exceptforthedifferentlydelaytime．Besides，thepowerofretransmittedjammingsignalisgreaterthanthenavigationsignal，SOGPSreceiverwillprobablyreceivethejammingsignal，whichresultsinit’sgettingthefalsepseudorangeandnotbeingpositionprecisely．

Atthefirstandthesecondchapter,InotonlyexplainthedevelopmenthistoryandthedevelopingsituationofGPSindetail,butalsoestimateroughlyitsdevelopmentdirection,inaddition,thebasiccomponentsofGPSissimplysummarized．Atthethirdchapter,themaincontentisthatthefunctionofjammingprototypeisthemodularizationdesigned．Thewholemoduleisdividedintothreepartsincludingsignal-receivingunit，jammingsignalgenerationunitandjammingsignaltransmissionunit,andthefunctionofeachpartisdescribed．Thefourthchapteremphasizesanalyzingandcomparingdifferentsimulationresultinbrief,whichcanbeusedofcheckingtheauthenticityofthetheorybasis．

Keywords：

GPS，RetransmittedJamming，Modularizationdesigned，Simulation

1引言

自1957年前苏联将世界第一颗人造卫星送入环地轨道以来，针对卫星信号的干扰与抗干扰技术的发展日新月异。

GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称。

GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。

20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。

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，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

卫星导航系统最基本也最重要的功能，是在广达5.1亿平方公里的巨大地球表面，给任意一个物体定位，由此而来，衍生了测速、轨迹描绘、导航、防盗反劫、服务救援、远程监控等等重要的应用。

目前，世界上主要的卫星导航系统包括：

美国的GPS、欧盟的GALILEO、俄罗斯GLONASS和中国的北斗导航系统，其中美国的GPS应用最为广泛。

卫星导航系统不仅在民用领域（如个人位置服务、气象应用、道路交通管理、铁路智能交通、海运和水运、航空运输、应急救援等）得到广泛应用并产生具大社会和经济效益，而且在军事领域更具重要性。

卫星导航系统由于卫星信号功率较低，GPS信号的能量大约相当于在几千公里以外一盏家用电灯的能量，要比广播电视的信号要弱1,000,000,000倍，正是因为它过于微弱，因而极易受到多种形式的有意或无意干扰，导致接收机导航定位性能下降，甚至无法正常工作。

在美国发动的第二次海湾战争中，由于伊拉克使用了据说是从俄罗斯购进的GPS干扰系统，使多枚美国精确制导导弹偏离了轨道，从而使得GPS干扰问题引起了世人广泛的关注。

美国政府、工业部门和学术界对GPS受干扰的问题进行了大量研究和模拟，提出即使没有掌握先进技术的敌方也能容易、快速、廉价地制造和使用许多GPS干扰机，以摧毁依靠GPS制导的美国武器和其它平台。

如1994年9月，在约翰·霍普金斯大学应用物理实验室举行的一次航空航天工程师和其它专业人员的研讨会上，首次公开展示了一种得烟盒大小的自制干扰机，它采用12伏电池作动力，产生100毫瓦的输出功率，通过一根细小的全向天线发射信号。

据设计者称，该装置足以干扰半径16公里范围内的任何采用CA编码的GPS接收机。

俄罗斯设计的廉价GPS干扰机现在到处可以买到，甚至可通过因特网采购到这种装置。

这种干扰机重3—10公斤（不含电池）。

价格低于5万美元，能对美国现有GPS系统的四个频段实施有效干扰。

鉴于空间卫星系统在导航、通信、探测、预警、侦察等领域的广泛军事应用，为在空间信息的通信对抗中获得优势，美军率先提出并建立了“反空间通信系统”，其目的在于利用无线电频率干扰空间链路，阻碍敌方的卫星通信。

该系统已于2004年1月开始装备。

为此，我们也应开展空间通信干扰技术的研究，期望通过先进的技术、方法、手段和策略，实现对信息有效传输保证的卫星通信链路的干扰，进一步获得空间优势。

但是GPS卫星信号抗电子干扰方面异常脆弱,传输功率小，信号频率公开,是GPS易受干扰的重要原因。

通过发射与GPS信号相类似的干扰信号，误导GPS接收机偏离准确的导航和定位，这个过程就是GPS欺骗干扰。

本文主要概括转发式GPS欺骗式干扰的发展与应用。

2GPS简介及发展现状

2.1GPS简介

全球定位系统（GlobalPositioningSystem）是美国第二代卫星导航系统。

是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。

和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。

按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。

24颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。

卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。

这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。

监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。

监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。

主控站设在范登堡空军基地。

它对地面监控部实行全面控制。

主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。

上行注入站也设在范登堡空军基地。

它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。

这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。

全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。

随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

2.2GPS分类及应用特点

GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

GPS的应用都是基于两个基本服务，其一为空间位置服务，分为：

定位：

如汽车防盗、地面车辆跟踪和紧急救生；

导航：

如船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、智能交通、汽车自主导航及导弹制导；

测量：

主要用于测量时间、速度、及大地测绘，如水下地形测量、地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测及浮