GNSS接收机抗干扰性能测试方法研究

张斯媛 杨帆 田炳樟

摘 要：空天电磁环境的日益复杂使得卫星导航接收机抗干扰性能成为用户密切关注的问题。文章提出了一种卫星导航接收机抗干扰性能测试方法，该方法通过测试不同干扰数量、不同干扰强度及不同方位角下的定位精度，实现了抗干扰性能的快速与直观判断。对某卫星导航抗干扰设备的测试表明，该方法能够有效评估抗干扰性能，有较强的参考与使用价值。

关键词：全球卫星导航系统；接收机；抗干扰性能；暗室测试

1 北斗卫星导航系统概述

北斗卫星导航系统是我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS），是为全球用户提供高质量的定位、导航、授时等服务的国家空间信息基础设施。2012年年底，中国建成北斗二号系统，正式向亚太地区提供服务，2020年左右，将向全球提供服务。随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于国家安全和国计民生的众多领域，拥有广阔的市场前景和应用价值[1]。

随着空天电磁环境的复杂度不断提髙，加之卫星导航接收机接收到的卫星信号十分微弱，有意或无意的电磁干扰信号会导致接收机丧失精确定位的功能[2]。因此，卫星导航接收机抗干扰问题成为当前研究的主要问题之一。

依靠理论和仿真研究，GNSS/INS组合导航技术、空间滤波干扰技术、空时自适应抗干扰技术等抗干扰技术有了很大提升[3]。然而仅有理论和仿真是不够的，为了更好地研究和测试抗干扰技术，还需要建立抗干扰测试平台。

与外场测试成本高、易受外界干扰、重复性不强等特点相比，室内测试系统作为一种半实物仿真系统，以其成本低、操作安全、可重复性强，且能接近真实环境等特点，近年来得到了广泛应用。2007年，美国空军实验室和迈阿密大学构建了室内无线抗干扰测试环境用来测试车用GPS接收机[4]。冯起等[5]在暗室内模拟卫星信号，测试了自适应抗干扰接收机的对消方向图及对消性能。郭淑霞等[6-8]采用基于灰色关联分析的场景映射方法、基于脚本的仪表驱动技术等构建半实物仿真系统，实现了对卫星导航接收端抗干扰性能的测试，并对测试方法进行了改进，扩大模拟信号的视场角范围，逼近室外真实的测试环境。

目前卫星导航接收机抗干扰测试方法及抗干扰性能评价还没有统一的标准。本文利用已有的抗干扰测试系统，提出了一种抗干扰测试方法，并利用该方法对某卫星导航抗干扰设备进行了测试与性能评价。该方法可以快速有效地评估接收机的抗干扰性能，为未来卫星导航接收机抗干扰性能测试提供参考，具有较大的应用价值。

2 抗干扰测试系统介绍

本实验室的卫星导航接收机抗干扰测试系统实现的主要功能有：模拟卫星导航信号并发射、模拟复杂电磁环境信号、模拟导航接收端运行轨迹。该系统主要包括以下分系统：终端性能测试系统、干扰信号控制系统、暗室测试环境、干扰天线、终端测试转台等，系统框如图1所示。

其中，干扰天线及终端测试转台布置在暗室中，共有6个干扰天线，在终端测试转台周围相对终端每隔60°布置一个干扰天线。每个干扰天线都可以独立调整俯仰角，俯仰角范围为-45°～45°。暗室天线布置如图2所示。

各分系统及其功能描述如下。

2.1 终端性能测试系统

终端性能测试系统具有实现测试参数设置、产生导航信号、处理与显示测试数据以及终端测试转台运动控制等功能。系统采用多波束导航信号模拟器模拟卫星导航信号。

2.2 干扰信号控制系统

干扰信号控制系统分为天线动作控制系统及信号源发生系统。天线动作控制系统根据输入参数，控制天线俯仰角；信号源发生系统根据输入参数，向干扰天线传输干扰信号相关参数。

2.3 暗室测试环境

暗室测试环境可以屏蔽外界信号，使卫星导航接收机仅接收干扰信号模拟源所产生的信号。

2.4 干扰天线

接收干扰信号控制系统指令并发射相应的干扰信号。

2.5 终端测试转台

控制卫星导航接收机的角度及高度等位置状态。

3 抗干扰测试方法

本文主要针对卫星导航接收机进行抗干扰性能的测试，因此将整个接收机看作整体，以卫星信号为输入，将接收机的导航定位结果作为输出，考察接收机的抗干扰性能。

GNSS在用户区段内受到的电磁干扰，从技术上可以分为压制干扰和欺骗干扰。一些研究机构的研究结果表明：在所有对GNSS信号的潜在威胁中，压制干扰是最大的威胁。因此本文测试方法考虑测试压制干扰下性能，该性能与干扰抑制度呈正相关。接收机的干擾抑制度为接收机能够正常工作时所对应的接收机输入端的最大干信比[9]。显然，干扰抑制度越大，接收机的抗干扰能力越强。

根据使用场景，本文提出了单频点多天线宽带干扰测试方法，用以检测卫星导航接收机在干扰抑制度方面的抗干扰性能。测试的具体方法为：将卫星导航接收机放置于终端测试转台，打开卫星信号模拟源，待卫星导航定位终端正常定位后，施加不同数量的干扰信号，并使干扰到达接收天线的强度保持一致，不断增加干扰信号的输出功率，待定位精度达到临界时（高程差不超过20 m，且能正常定位）或干扰发射源施加干扰值达到极限时记录干扰强度及经度、纬度及高程误差。受干扰源发射极限限制，干信比极限值为94 dB。在完成一个方位角的测试后，改变接收阵列方位角重复测试，以初始方位角为0°，每次旋转45°，重复上述测试步骤，分别记录8个方向上的测试数据。在得到测试数据后，进行分析得出结论。图3给出了测试方法的流程示意。

4 测试结果

基于本文提出的测试方法，在测试平台上进行卫星导航接收机的抗干扰性能测试。

本次测试使用的卫星信号为北斗B3频点信号；干扰信号类型为宽带干扰，带宽为20.46 MHz。

表1给出了本次测试中的干扰天线俯仰角。表2为不同干扰数量时输出干扰信号的天线，“○”表示该干扰天线在某次测试中处于工作状态。

本次测试结果如表3所示。从表3数据可以看出，该设备抗干扰性能较好，在干扰数量小于6个时，该设备的抗干扰极限不低于92 dB；在干扰数量等于6个时，该设备的抗干扰极限最低为70 dB。从设备实际使用场景判断，该设备抗干扰性能符合要求。

5 结语

本文提出了一种卫星导航接收机抗干扰测试方法，该方法具有易于判断抗干扰性能、操作简单、接近真实环境等优点。该方法为接收机抗干扰性能的评估提供了一种快捷、可靠的途径，有较强的参考与使用价值。对某卫星导航抗干扰设备的测试结果验证了该方法的有效性。