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引言
無(wú)人機關(guān)鍵技術(shù)之一是導航/飛控系統，它是無(wú)人機安全飛行、有效完成任務(wù)的重要保證。當前的衛星定位系統包括美國的GPS、俄羅斯的Glonass 及中國正在研究的北斗系統。其中，GPS 導航系統主要負責GPS 信息采集、電子羅盤(pán)信息采集、坐標轉換、飛行控制策略確定及控制任務(wù)執行等工作。GPS 的靈敏度非常高，如何提高GPS導航控制系統的抗干擾性就顯得相當重要。
1、 GPS導航系統的接收機特性
GPS 是一種全向天線(xiàn)，需要借助于低噪聲放大器來(lái)提高其增益，達到高增益和高靈敏度的性能要求。
GPS 衛星信號所包含的載波、測距碼（包括P 碼、C/A碼）、數據碼（導航電文，或稱(chēng)D 碼）都在同一個(gè)基本頻率f0=19 MHz 控制下產(chǎn)生的。其中載波是GPS 衛星信號取無(wú)線(xiàn)電波中L 波段的兩種不同頻率的電磁波。其中的一個(gè)載波上調制有2 MHz 的偽隨機噪聲碼（稱(chēng)為粗碼或C/A碼）、20 MHz 加密的偽隨機噪聲碼（稱(chēng)為精碼或P 碼）。在另一個(gè)載波上調制有精碼和導航電文，區別不同衛星采用碼分多址，C/A 碼用于普通測距并過(guò)渡到捕獲精碼，精碼用于精密測距，一般用戶(hù)只能用C/A 碼。
在20 000 km 高空飛行的GPS 衛星，向地面用戶(hù)發(fā)送的導航定位信號（GPS 信號）是一種可供全球用戶(hù)共享的空間信息資源，但其信號強度極其微弱，即使在天頂運行的GPS 衛星，其信號到達GPS 接收天線(xiàn)時(shí)，信號電平約為-129.6 dBm，如此微弱的GPS 信號極易受到系統電磁環(huán)境的電子干擾。而GPS 接收機依賴(lài)于GPS 衛星（SV）發(fā)射的外部射頻（RF）信號工作，所以GPS 接收機很容易受到RF 干擾的影響。RF 干擾能使GPS 接收機導航精度性能降低或使GPS 接收機跟蹤完全丟失。
1.1 電磁環(huán)境電平
電磁環(huán)境電平的定義：在規定的試驗地點(diǎn)和時(shí)間內，當試驗樣品未通電時(shí)，已存在的輻射及傳導的信號和噪聲電平。
圖1 中是GJB 151A-1997 中給出的RE102 極限值曲線(xiàn)。
圖1 RE102 極限值曲線(xiàn)
GPS 接收機接收到的信號電平必須低于RE102 極限值曲線(xiàn)。
1.2 GPS 靈敏度
GPS 靈敏度是指GPS 接收機的靈敏度，是GPS 接收機最為重要的性能指標之一，它包括：跟蹤靈敏度、捕獲靈敏度、初始啟動(dòng)靈敏度。
GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文檔） 文件規定的GPS 系統L1 頻段C/A 碼信號功率最小值為-160 dBW，即GPS 靈敏度S=-130 dBm.GPS工作頻率f=1575.42 MHz，其信號波長(cháng)λ=19 cm。
1.3 GPS 天線(xiàn)系數
由于GPS 接收機的靈敏度為-130 dBm，滿(mǎn)足RE102的設備級輻射發(fā)射的最高信號要比GPS 靈敏度高大約70 dB，可能對GPS 接收機造成干擾。也就是說(shuō)，無(wú)人機系統在該頻點(diǎn)的信號電平很可能超過(guò)GPS 信號電平，進(jìn)而對GPS 接收裝置造成干擾。
2、 GPS 導航系統干擾分析
GPS 導航系統干擾通常分為四類(lèi)：帶干擾、連續波干擾和脈沖干擾。
（1）寬帶（WB）干擾指占用兩個(gè)調制帶寬的干擾信號。
它是干擾GPS 信號最有效的方式，一般難以被濾除掉。
（2）窄帶（NB）干擾指占用帶寬大于1 MHz，小于等于整個(gè)C/A 碼帶寬的任何有害信號。窄帶干擾主要圍繞著(zhù)載頻集中發(fā)射干擾信號，以達到最大的干擾效果。
（3）連續波（CW）干擾指占用帶寬小于100 MHz 的干擾信號。它主要在一定頻率上產(chǎn)生單尖峰噪聲，如果它集中在擴頻譜信號的截頻附近，將極具破壞性，但它容易從所接收的信號中被濾除掉。
（4）脈沖干擾指采用脈沖持續時(shí)間極短、功率很大的信號。這些信號相當于噪聲源，會(huì )使數據流產(chǎn)生猝發(fā)性誤差，它對理想接收機中的數據檢測器很不利。它可以通過(guò)在發(fā)射的GPS 信號中加入衰減校正能力，或者通過(guò)估計干擾機狀態(tài)（有或無(wú)），并在有干擾機時(shí)忽略其數據而進(jìn)行補償。
在某型無(wú)人機系統的試飛試驗中，曾出現過(guò)無(wú)線(xiàn)電數據鏈設備干擾GPS 的現象。無(wú)人機在飛行過(guò)程中，GPS信號突然不穩定，甚至收不到GPS 信號，導致導航系統誤差增大，飛機不得不帶油返航。
飛機落地后，進(jìn)行了飛機環(huán)境電平測試，發(fā)現測控數據鏈設備在GPS 接收機頻帶內有一個(gè)固定的脈沖信號，干擾了GPS 信號的正常接收。通過(guò)降低測控數據鏈設備機箱輻射、改善濾波器性能等方法濾除了干擾。
（1）測控鏈路的C 波段設備小信號工作時(shí)，差分GPS 天線(xiàn)接收信號的旁邊有寬帶干擾信號存在，并且兩個(gè)天線(xiàn)距離太近，影響正常GPS 信號接收;（2）UHF 天線(xiàn)發(fā)射狀態(tài)下，在GPS 工作頻率附近的1 590 MHz 受到對講機干擾;（3）對無(wú)人機的設備艙施加10 kHz~18 GHz 外界干擾時(shí)，光電平臺抖動(dòng)，圖像出現條紋，通信鏈路C 波段失鎖，KU 天線(xiàn)失鎖，油量傳感器異常。（4）測控鏈路視距UHF 設備干擾了正常GPS 信號的接收。
測控鏈路的C 波段設備小信號工作時(shí)，差分GPS 天線(xiàn)接收信號在1.2~1.8 GHz 頻帶范圍內的信號能量約為-100 dBm，比GPS 接收機靈敏度高30 dB.而當該小信號不工作時(shí)，該頻帶范圍的信號能量回復到-150 dB 以下，遠遠小于GPS 接收機的靈敏度，不會(huì )影響到GPS 接收機的信號接收。
經(jīng)RE102 測試發(fā)現，在UHF 天線(xiàn)發(fā)射狀態(tài)下，1 590 MHz 附近的環(huán)境電平約為67 dBμV，即能量約為-40 dBm，比第二節中得出的GPS 接收機前端的信號最高能量-59.2 dBm 高出約20 dB，因此GPS 容易受到干擾。
而當UHF 天線(xiàn)不處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，該環(huán)境電平下降到20 dBμV 左右，能量約為-87 dBm，比-59.2 dBm 低約30 dBm，不會(huì )對GPS 的接收造成干擾。
3、 改善GPS 導航系統抗干擾性
由于無(wú)人機GPS 接收機的靈敏度非常高，在GPS 接收天線(xiàn)附近工作的設備特別是有源設備極容易造成其環(huán)境電平的上升而對GPS 導航系統造成干擾。
我們通過(guò)增加機載設備與GPS 接收機的隔離度來(lái)降低干擾，既：
（1）合理布局GPS 接收天線(xiàn)的位置，將GPS 接收天線(xiàn)安放在UHF 天線(xiàn)的副瓣位置。由于天線(xiàn)副瓣位置處的天線(xiàn)發(fā)射功率最小，因此對GPS 接收天線(xiàn)造成的干擾也就最少。
（2）在GPS 接收天線(xiàn)與測控鏈路的C 波段設備的小信號工作通道之間加入濾波器或衰減器，將影響GPS接收頻段的信號濾除，這樣保證測控鏈路的C 波段設備小信號工作時(shí)傳導到GPS 接收器前端的信號小于GPS的靈敏度。
4、 結語(yǔ)
利用電磁環(huán)境、GPS 靈敏度及GPS 天線(xiàn)系數的概念對實(shí)際工作情況下的GPS 導航系統的抗干擾性進(jìn)行了定量分析。實(shí)測結果表明，測控鏈路的C 波段設備易受到寬帶信號的干擾。并且在UHF 天線(xiàn)發(fā)射狀態(tài)下，GPS導航系統易受1 590 MHz 的GPS 工作頻率附近的信號干擾，嚴重影響了GPS 信號的接收。通過(guò)增加濾波器或衰減器、調整GPS 接收天線(xiàn)位置等整改措施后，GPS 導航系統能夠正常地接收GPS 信號。
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