复杂环境下卫星导航接收机信号抗干扰技术研究

袁宏成430526198211100034

摘要：复杂电磁环境会对卫星导航接收机接收链路形成多重干扰，造成导航信号捕获跟踪性能下降，直接影响定位解算结果的可靠性。各类压制式与欺骗式干扰会从信号功率、相位等维度破坏接收机正常工作状态。本文从接收机面临的干扰作用机理，抗干扰关键技术路径，系统层面优化举措开展研究，梳理不同技术的适用场景，提升接收机在复杂条件下信号处理能力，为导航设备工程化应用提供理论支撑。

关键词：卫星导航接收机；复杂环境；信号处理；抗干扰技术；定位性能

引言：卫星导航接收机依靠接收空间导航卫星发射的微弱信号完成位置解算，现实工作场景当中电磁辐射信号密集，各类有意或者无意干扰会恶化接收机接收环境。研究接收机端信号抗干扰技术，强化对干扰信号的抑制与识别能力，能够提升导航设备环境适应能力，对保障导航业务稳定运行具备重要工程研究价值。

1复杂环境接收机面临的干扰机理与影响

1.1压制式干扰对接收链路的作用机理

压制式干扰以大功率电磁信号覆盖导航信号频段，抬升接收机接收通道内部的噪声基底，淹没功率本就微弱的卫星导航信号。干扰信号进入射频前端之后，会造成接收机低噪声放大器出现饱和效应，器件工作状态偏离线性区间，有用导航信号产生幅度相位畸变。随着干扰功率持续提升，接收机内部相关输出峰值逐步被噪声抹平，信号捕获模块无法识别卫星伪码相位，跟踪环路难以维持载波同步与伪码同步，直接引发卫星信号丢失。

1.2欺骗式干扰破坏信号解算的内在机制

欺骗式干扰生成模拟导航信号，从信号格式伪码结构等层面模仿真实卫星导航信号，对接收机形成诱导误导。欺骗干扰信号具备与真实导航信号相近的信号体制，接收机射频前端难以依靠滤波直接将其滤除，欺骗信号会参与接收机伪码捕获跟踪全过程。当欺骗信号功率达到一定水平，跟踪环路会逐步偏移至欺骗信号对应的相位，接收机错误锁定伪造信号，后续解算输出虚假的位置速度信息。

1.3多路径干扰恶化信号跟踪测量精度

复杂环境当中周边建筑山体等物体会造成导航信号反射衍射，反射之后的多路径信号与直达卫星信号共同进入接收机天线。多路径信号存在时间延迟与相位偏移，会叠加到直达导航信号之上，改变接收信号相关函数曲线形态。接收机伪码跟踪环路会受到叠加信号的扰动，伪码相位测量引入固有偏差，直接拉低伪距测量精度。多路径干扰不属于人为电磁干扰，属于环境衍生干扰，干扰强度会随着接收机周边空间环境发生变化，不会直接造成信号失锁，但是会持续带来测量误差，降低定位输出结果的准确度。

2接收机端主流信号抗干扰关键技术路径

2.1射频域滤波与天线空域抗干扰技术

射频域抗干扰在接收机射频前端开展处理，依靠滤波与空域处理抑制外部干扰信号。频域滤波技术针对干扰所处频段设置滤波窗口，滤除带外大功率干扰信号，降低干扰信号进入后级电路的能量。空域抗干扰依托阵列天线形成自适应波束，波束零点自动对准干扰信号来波方向，削弱干扰信号进入接收通道的功率。天线空域处理能够同时应对多个方向的压制干扰，降低强干扰对低噪放器件的饱和冲击，保护接收机射频链路处于线性工作区间。

2.2数字域时域频域联合干扰抑制技术

数字域抗干扰将射频信号完成模数转换之后，在数字信号处理单元内部完成干扰识别与滤除。频域处理通过变换将信号转换至频域空间，识别干扰对应的频谱分量，对干扰频谱进行抑制处理之后再变换回时域。时域处理针对脉冲类干扰开展信号检测，识别脉冲干扰出现的时间区间，对受干扰污染的信号片段做处理，降低脉冲干扰带来的影响。时域频域联合处理可以兼顾连续干扰与脉冲干扰的抑制需求，保留真实导航信号的有效分量。

2.3导航信号层面欺骗干扰识别检测技术

针对隐蔽性较强的欺骗干扰，依托导航信号本身特征开展检测识别，实现对伪造信号的甄别。利用多颗卫星信号之间的位置约束关系，校验解算结果的一致性，识别伪造信号带来的异常解算输出。比对导航电文的编码特征，校验电文参数的合理性，判断接收信号是否符合真实卫星播发的电文规范。观测信号载波相位与伪码相位的耦合关系，欺骗生成的模拟信号容易出现相位参数不匹配的特征，以此作为识别判据。欺骗检测技术不直接消除干扰信号，主要完成异常信号的判别告警，提醒上层应用摒弃不可靠的定位结果，弥补滤波类技术无法应对同源欺骗干扰的短板。

3复杂环境接收机抗干扰系统优化保障举措

3.1多技术融合的接收机抗干扰架构设计

单一抗干扰技术只对特定类型干扰具备抑制效果，复杂电磁环境需要搭建多技术融合的接收机抗干扰整体架构。将天线空域抗干扰射频滤波数字域干扰抑制欺骗信号检测按照信号流转顺序串联，形成分层处理的完整体系。射频前端负责抑制带外强干扰，数字模块完成剩余干扰分量滤除，信号检测模块完成欺骗信号判别。架构设计过程兼顾硬件算力资源消耗，平衡抗干扰处理增益与接收机自身噪声水平，防止多层信号处理引入额外噪声劣化有用信号质量。多技术融合架构可以同时应对压制欺骗多路径等多种干扰，提升接收机综合环境适应能力。

3.2接收机环路参数自适应优化配置

接收机捕获跟踪环路是导航信号处理的核心单元，针对复杂干扰环境开展环路参数自适应优化，提升环路鲁棒性能。根据接收信号的载噪比实时调整环路带宽，信号质量良好时采用窄带宽保障测量精度，干扰抬升噪声基底时切换至宽带模式，维持环路稳定锁定状态。优化信号捕获搜索策略，提升弱信号状态下的捕获灵敏度，避免干扰造成的信号漏捕。合理设置环路失锁重入判定逻辑，在短暂干扰冲击下尽量维持信号跟踪状态，干扰消失之后可以快速重新完成信号锁定。环路参数的动态调整能够充分发挥硬件抗干扰模块输出信号的价值，减少干扰引发的信号频繁失锁现象。

3.3抗干扰性能仿真与整机验证评估

开展抗干扰性能仿真与整机验证评估，保障接收机抗干扰技术可以在真实复杂环境发挥预期作用。搭建电磁仿真场景，分别模拟压制欺骗多路径不同干扰类型，逐步调整干扰强度，观测接收机捕获跟踪定位各项指标变化，检验算法与架构的处理能力。完成仿真之后开展整机实物测试，在半实物仿真平台注入各类干扰信号，检验整机实际工作表现。通过多组测试明确接收机抗干扰能力边界，识别技术方案当中存在的性能短板，反向迭代优化算法参数与硬件架构。完整的验证评估流程可以避免理论算法与工程实际脱节，保障抗干扰接收机具备稳定可用的工程性能。

结束语：复杂环境下卫星导航接收机会遭受压制欺骗多路径多重干扰影响，不同干扰从射频链路信号体制测量层面影响接收机工作状态。射频域数字域信号识别三类技术分别对应不同干扰处理场景，多技术融合架构环路自适应调整性能验证可以进一步强化整机抗干扰能力。在工程应用当中不能依靠单一技术实现全部干扰抑制，需要构建分层协同的信号处理体系，持续提升接收机在复杂电磁条件下导航信号处理与定位解算可靠性。

参考文献：

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