基于一体化平台的导航对抗系统

董乔忠，赵洪冰，王洪静

（中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京210007）

0 引言

综合一体化电子战系统的概念最初由美国海军在20世纪80年代提出，其发展大致经历了4个阶段，目前典型的先进一体化电子战系统是以美国“宝石台”计划和“先进多功能射频概念（AMRFC）”试验系统为代表，在第3代一体化系统的基础上采用统一电子网络，推进传感器系统一体化，实现了不同物理位置模块间的互联和综合。在信号处理方面，国外新一代的综合一体化电子战系统中基本实现了功能软件模块化，在通用的硬件平台上，通过调用不同的软件模块来实现不同的功能，一体化程度较高。

卫星导航系统是精确打击武器的重要保障，如果能使战区内所有使用卫星导航的敌作战平台、制导武器收到错误的导航信号而引起自身定位错误，将使导航制导武器精度下降，削弱敌军在信息化战争中的优势。目前，世界上各军事强国均在大力开展导航系统干扰技术的研究工作，以争取未来战争的主动权。对导航定位系统的干扰，一般认为分为硬杀伤和软杀伤。国外对GPS导航系统的干扰技术发展大致经过5代，分别属于以下4种类型：破坏发现检测电路／破坏跟踪环路／不破坏跟踪环路但人为加入误差／干扰GPS系统。目前GPS 干扰机几乎都是针对民用信号，即对C／A 码进行干扰，如果导航接收机是由C／A 码引导捕获P码，该方式也能对军用信号即P码进行干扰。

1 一体化信息对抗平台

一体化信息对抗平台强调硬件设备的通用性和软件的灵活性，具备高性能、开放性、可扩展性好等特点，通过软件就可以方便、迅速地变换系统的工作体制和各种参数，实现不同的功能，提高一体化信息对抗能力。

通用硬件平台和多功能软件系统是构成一体化信息对抗系统的两大要素，系统的体系结构如图1所示。

1）通用硬件平台设计

图1 一体化信息对抗平台的系统架构

图2 通用硬件平台组成框图

通用硬件平台，主要由天线阵、射频链路、A／D 与D／A、数字中频处理单元、基带信号处理终端、资源管理控制等环节组成，如图2 所示。该硬件平台的最大特点是具有通用性和可扩展性，工作频段宽，既支持窄带（通信）应用，又支持宽带应用（雷达或通信电子侦察／电子干扰）；既可形成发射波束，又可形成接收波束；适应信号类型多（通信／雷达／导航／敌我识别）。

共用天线阵用于采集空间信号或者对外辐射微波信号，收发组件用于将天线采集信号变换为微波射频信号，或者将微波信号进行功率放大送至天线发射。模拟下变频完成对输入信号进行下变频、滤波、放大，输出标准的中频信号；模拟上变频器完成对输入信号进行上变频、滤波、放大，输出放大的信号；多路高速A／D 采样负责把模拟信号变换为数字信号，D／A 负责数字信号向模拟信号的转变。采用多路A／D、D／A 的实现多通道的阵列信号空域处理。A／D 与D／A 之后的所有单元组件通过系统总线实现互连。在数字中频处理单元，高采样速率的数字信号经过缓冲、一系列的数据预处理（数字变频、抽取、滤波、波束形成等），形成正交基带信号，然后通过系统总线进入基带信号处理模块完成信号的分析识别，特征提取和参数测量；电子干扰模式下由基带信号处理模块实现干扰波形产生，经波束形成、数字上变频等处理环节送至多路D／A；系统资源管理控制单元负责对导航对抗平台的工作模式、系统资源进行管理控制。大容量存储模块用来完成可重构控制程序及控制指令的存储。此外其他扩展模块提高了系统的可扩展性、通用性。

2）软件层次结构设计

为了实现对不同用途软件模块的可移植性和可重用性，一体化平台需要定义一个标准的、开放的、可互操作的软件操作系统。当应用软件模块构成复杂，还要实现应用软件与硬件的隔离，充分保证硬件设备的通用性和长期有效性。一体化平台采用分层软件架构，支持软件开发、部署及移植过程中的灵活性。其层次架构如图3所示。

图3 软件层次架构示意图

图3所示分层结构中，给出了软件架构各组成部分及其层次关系。软件应用与低层操作环境是分离的，提高了软件应用的可移植性；在应用接口层，采用了软件行业标准接口POSIX，提高了层次结构的开放性；在硬件层次上增加了硬件抽象层，为不同硬件提供共同的接口定义。软件层次架构中需要定义的是对抗API和硬件抽象层API。对抗API为应用提供了访问平台资源等的接口，硬件抽象层API提供了硬件模块之间及其内部的物理和逻辑的接口。

软件层次架构中的API是保持相互协调和相对稳定的，保证软件应用在不同平台上的可移植性和应用间的互操作性。

采用分层式软件体系结构，可以在很大程度上简化模块之间的接口关系，有效降低模块之间的耦合度，可以合理地分配系统资源，进行复杂的数据处理，进一步提高软／硬件的可重用性。

2 导航对抗设计

导航系统主要由空间星座、地面测控站和用户终端三部分组成，其中存在两条信道：一条是地面站到卫星的上行信道，一条是从卫星到用户的下行信道。因此，干扰对象主要是这两条信道和三个源。对源的干扰主要通过动能武器等硬杀伤手段进行毁坏，地面测控站和注入站分布在全球各个地方，即使破坏一处，依靠星上的空间链路，系统仍能继续工作。而对信道进行软打击较为简单、可控。上行链路平时是不打开的，只有在卫星经过本土主控站上方时，上行链路才打开注入卫星星历，上行链路中的加密措施也很完备，星对星的捕捉跟踪在未知卫星星历时也有相当难度。而下行链路的用户接收机灵敏度很高，且下行频率可以侦测得到，因此对下行链路实施攻击是现实可行的。

导航对抗首先根据信号侦察的引导参数产生最佳压制干扰信号，对导航接收机进行短时间的压制，迫使导航接收机从跟踪转入搜索；然后通过利用可重构技术，发射欺骗干扰信号，使其不能使用几何位置最佳的几颗卫星信号，从而大大降低导航接收机的定位精度，迫使高精度导航接收机不能进行定位。

导航对抗最有效的方法便是对敌导航接收机实施信息层干扰，即使敌导航系统接收虚假导航信号，造成作战系统错误定位，武器系统虚假导航，大大降低敌武器系统作战效能。

对导航系统进行信息层无线攻击技术主要采用产生式欺骗干扰技术。产生式欺骗干扰技术根据侦察得到的码结构，产生与其相关性最大的伪随机码，然后调制与导航电文格式完全相同的虚假导航电文。修改某些星历、时钟等数据，使导航接收机接收错误的电文信息，从而对敌导航接收机形成干扰。

通过信号侦察和码型识别技术，获得伪码生成方法（生成多项式）和外部调制参数（载频、码速率）后，就可以产生出与导航信号具有相同参数、但是加载错误星历电文的假信号，并且这种假信号也可以可控实现比真实信号提前一点产生或落后一点产生。这种星历电文数据可控、发射伪码相位可控的方法将会使得接收机产生可控的卫星位置的错误信息（错误的星历电文给出），和可控的信号传播延迟（错误的伪码相位给出），这样在导航接收机端便会产生可控的错误信息。实际操作中，通过慢慢地修改错误数据，能使得导航接收机在不知不觉中慢慢地偏离预定航迹。

导航对抗软件的功能组成如图4所示，主要包括信号的侦察捕获功能和攻击功能。攻击的层次分为物理层、信号层和信息层。物理层攻击针对导航信号使用的电磁频谱，信号层攻击针对导航的信号空间，信息层攻击针对导航电文携带的信息。

3 导航对抗软件

1）导航对抗应用软件设计

导航对抗应用软件采用参数化、模块化的构成，配合其它专用软件模块，实现导航信号侦察、干扰等多种不同功能。导航对抗软件的组成设计如图5所示。

2）导航对抗应用软件与平台的集成

图4 导航对抗软件的功能组成

图5 导航对抗重构软件体系架构

导航对抗应用软件按照信号的接收处理流程，划分为AD 采样、数据存储、数字下变频和抽取、信号传输、信号延时及叠加处理、数字上变频、发射波束形成、D／A 变换、干扰样本生成、干扰决策等模块。各个模块分别映射至平台中FPGA、DSP、高速存储器、GPU等不同的硬件资源，实现分布式部署和处理。部署后的模块连接关系如图6所示，使用硬件描述接口定义模块间的互连，与平台中的硬件组件进行交互，使用配置文件提供平台的信息和应用的部署信息。

图6 应用部署示意图

一体化导航对抗软件与一体化平台的集成设计如图7所示。将AD 采样、数据存储、数字下变频、抽取等功能模块映射到采取预处理硬件中，完成信号的接收和检测；将干扰样本配置、数据延时、数字上变频、发射波束形成分别映射到综合处理模块和DA 干扰模块中，实现干扰。软件的主控及显示，映射到控制计算机。通过软件模块划分和映射，充分利用硬件平台的资源，实现对导航信号的实时检测和干扰。

4 结束语

信息化条件下的局部战争中，战场上的电磁环境日益复杂，以往那种彼此分立、功能单一的电子战装备已远不能适应作战需求，一体化和通用化已成为当前电子战装备发展的重点和未来电子战装备总的发展方向。利用一体化平台实现导航对抗，可以充分发挥一体化平台的综合信息对抗能力，对战场制信息权及主动权有重要的意义。■

［1］张东坡，彭小名，陈顺阳.综合一体化电子战系统的发展探讨［J］.舰船电子对抗，2010，33（1）：29-31.

［2］梁百川.电子战装备一体化技术［J］.信息与电子工程，2010（8）：397-400.

［3］冯起，吕波，朱畅，等.GPS接收机干扰频率特性研究［J］.航天电子对抗，2009，25（3）：4-6.

［4］武拥军，张玉.对GPS信号的干扰技术研究［J］.航天电子对抗，2002（3）：22-25.

［5］蔡晓霞，李廷军，金慧琴，等.GPS的对抗技术［J］.航天电子对抗，2003（3）：8-10.

［6］梁高波，张尔扬，陈军，等.对GPS 信号接收的欺骗干扰方法与干扰效果评估［J］.舰船电子工程，2007（27）：143-145.