美国打击叙利亚期间GPS信号监测评估

韩 奇，朱克家，付 钰，周 田

美国打击叙利亚期间GPS信号监测评估

韩 奇，朱克家，付 钰，周 田

（北京卫星导航中心，北京 100094）

为了分析2018年4月美国打击叙利亚期间出现的P(Y)码功率增强现象及叙利亚地区的信号干扰现象的原因及作用，提出利用RTKLIB软件分析IGS监测数据的方法：从IGS网站下载不同监测站的数据，分析打击前后的干扰及功率增强现象；然后仿真分析接收信号载噪比对P(Y)码、C/A码捕获概率的影响，比较叙利亚地区增强前后GPS信号良好情况下的使用时长。分析结果显示，美国对19颗卫星进行了全球范围的功率增强；仿真结果表明，功率增强后军用用户可有效提高其定位导航能力。

全球定位系统；叙利亚；功率增强；信号干扰

0 引言

全球卫星导航系统[1]（global navigation satellite system, GNSS）在现代战争中有着极其重要的地位，为军事装备提供定位、授时、导航服务，对战争胜负有重要影响力。2018年4月，美国军事打击叙利亚期间对全球定位系统（global positioning system，GPS）卫星进行了功率增强。

4月14日，协调世界时（coordinated universal time, UTC）时凌晨1点左右（以下时间均为UTC时间），美国对叙利亚开展精确打击。整个事件简述如下：4月7日，叙利亚首都大马士革东郊东古塔地区据称发生化学武器袭击事件；4月9日，特朗普表示，美国将在未来24~48 h内就此事做出决定，不排除使用军事手段；4月14日1点，特朗普宣布对叙利亚涉化武地点实施精确打击。

下面对打击期间叙利亚地区干扰情况及功率增强进行分析。

1 干扰情况分析

得益于国际GNSS服务（International GNSS Service, IGS）网站提供免费公开的数据，能够用来分析干扰及功率增强现象，因此本文选择从IGS网站下载相关监测站的数据，利用RTKLIB软件进行分析。选取叙利亚周边的BSHM站数据，BSHM站4月8至20日卫星可见数及位置精度衰减因子(position dilution of precision, PDOP)值如图1所示。根据BSHM站卫星可见数及PDOP变化情况可知：打击前，4月12及13日均出现了PDOP值升高、可见卫星数降低的现象；打击后，4月15及16日出现了类似的干扰现象；在打击时间附近（4月14日1点左右），并未出现明显干扰现象。

BSHM站4月8至20日定位误差如图2所示。从图中可以看到，4月10至16日存在密集的干扰现象，而在打击时刻则干扰较小。

图2 BSHM站4月8至20日定位误差

DRAG站距大马士革约220 km，DRAG站4月8至20日定位误差如图3所示。从图3中可以观察与图2类似的现象，4月10至16日定位误差大。

图3 DRAG站4月8至20日定位误差

2 功率增强情况分析

此前已有不少学者对导航系统功率增强[2-3]现象进行研究，但大多是基于仿真分析[5]。GPS军码包括P(Y)码和M码[4]，本次功率增强是对P(Y)码进行增强。根据各监测站数据，本次进行功率增强的卫星共有19颗，功率增强开始时刻及结束时刻如表1所示。由表1可知，GPS在6 h 39 min时间内，完成了19颗星的功率增强；在7 h 27 min时间内，关闭了19颗星功率增强。

表1 GPS功率增强卫星及时刻

DRAG站4月8至20日P(Y)码载噪比如图4所示。BJFS站位于北京，BJFS站4月8至20日P(Y)码载噪比如图5所示。从图中可见：BSHM观测到载噪比增加了约5 dB，BJFS站观测到载噪比增加了约7 dB；位于全球不同位置的跟踪站，均能观测到GPS功率增强现象，说明本次功率增强是全球增强。

图4 DRAG站4月8至20日P(Y)码载噪比

图5 BJFS站4月8至20日P(Y)码载噪比

以5号星为例，如图6所示：4月13日14:04 P(Y)码载噪比瞬时增高约8dB（图中左侧黑色圆圈处），增强后第一弧段相比于增强前载噪比增加了8 dB左右，第二弧段增加了5dB左右；4月17日16:07P(Y)码载噪比瞬时减小约8 dB（图中右侧黑色圆圈处），关闭增强后载噪比恢复到4月12日水平。

图6 DRAG站5号星4月12至18日P(Y)码载噪比

以5号星为例，如图7所示：4月13日P(Y)码载噪比增加，同时可以观察到4月13日第二弧段载噪比相比于4月12日第二弧段减小了约2 dB；4月14至17日第一弧段载噪比相比于4月12日减小了2~3 dB，第二弧段载噪比减小1 dB左右。C/A码载噪比没有出现瞬时减小的情况，说明在增强P(Y)码功率的同时并没有减小C/A码功率，C/A码接收载噪比减小可能是由于P(Y)码功率增强对C/A码形成干扰导致的[6]。

图7 DRAG站5号星4月12至18日C/A码载噪比

3 捕获概率分析

GPS C/A码是民用信号，码速率为1.023 MHz[7]。GPS Y码实际上是由P码与W码组合而成，其中P码是公开的，码速率为10.23 MHz，W码是保密的，因此由P码和W码得到的Y码是保密的。下面以P码代替Y码进行仿真分析。

以DRAG站观测到的C/A码、P码载噪比为例，由图6、图7可知，增强前后5号星C/A码及P(Y)码载噪比范围如表2所示。

表2 增强前后5号星C/A码及P(Y)码载噪比范围　　dB·Hz

下面通过仿真分析载噪比变化时GPS P码及C/A码的捕获[8-9]概率，仿真时各参数设为：P码码速率10.23、C/A码码速率1.023 MHz，采样率为81.84 MHz，中频为30.69 MHz，多普勒偏移为1 800 Hz，多普勒变化范围为-3~3 kHz，步进量为300 Hz，捕获时对P码、C/A码分别进行5次非相干累加。载噪比范围为21~50 dB·Hz，Monte Carlo仿真次数=500次。如果捕获到的码相位与真实码相位相差3个码片以内、多普勒频移均与真实多普勒相等，则认为检测到信号。仿真结果如图8所示。

图8 P码、C/A码捕获概率随载噪比变化曲线

检测概率Pd达到90%，则认为当前GPS信号可良好使用。从图8可知，为保证90 %检测概率，C/A码载噪比应大于28，P码载噪比应大于37.9dB·Hz。DRAG站观测到的5号星增强前后C/A码及P(Y)码检测概率Pd大于90%的累计时间如表3所示，其中，增强前以4月11日为例，增强后以4月15日为例。

表3 增强前后5号星C/A码及P(Y)码可良好使用时间

从表3可知，在功率增强后，P码可良好使用时间明显增加，C/A码可良好使用时间基本没有变化。通过功率增强，GPS能更好地为军用用户提供定位导航服务[10]。

4 结束语

本文利用从IGS网站下载的数据，分析了美国空袭叙利亚期间的干扰情况及功率增强现象。通过分析发现，在打击日期附近几天，叙利亚周边地区出现了密集的干扰现象，在打击时刻干扰较小；4月13至17日，GPS对19颗卫星进行了功率增强，全球区域内的监测站均能观测到功率增强现象，BSHM观测到载噪比增加了约5 dB，BJFS站观测到载噪比增加了约7 dB；仿真分析了GPS功率增强前后卫星可良好使用时长，功率增强后P码可良好使用时长有明显增加，有效提高了军用用户的定位导航能力。

[1] 谢钢. GPS原理与接收机设计[M]. 北京: 电子工业出版社, 2009.

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[3] 吕志成, 刘增军, 王飞雪. 卫星导航系统功率增强对区域定位服务性能的影响分析[J]. 宇航学报, 2012, 33 (1):55-61.

[4] 杜黎明, 袁亚平, 甄卫民. M码接收处理技术的分析与仿真[J]. 全球定位系统, 2008，33(4): 15-21, 30.

[5] 肖志斌, 张鑫, 唐小妹, 等. 功率增强下的卫星导航星间信号辅助能力分析[J]. 中南大学学报（自然科学版）, 2014, 45(2):468-473.

[6] 吕志成, 聂俊伟, 刘增军, 等. 卫星导航系统功率增强对接收信号质量的影响分析[J]. 空间科学学报, 2013, 33(1):101-107.

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[8] PANG Jing. Direct global positioning system P-code acquisition field programmable gate array prototyping[D]. Ohio:Ohio University, 2003.

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[10] 杨宁虎, 刘春保, 杨哲. 美国GPS系统导航战技术发展分析[J]. 国际太空, 2017（12）: 4-7.

Monitoring and assessment of GPS signals during US attacking on Syria

HAN Qi, ZHU Kejia, FU Yu, ZHOU Tian

（Beijing Satellite Navigation Center, Beijing 100094, China）

In order to analyze the causes and effects about the power enhancement of P(Y) code and signal interference occurred in Syria in April 2018 when the United States attacked Syria, the paper proposed a method of analyzing IGS monitoring data by RTKLIB software: data of different monitoring stations were downloaded from IGS website, and the signal interference and power enhancement before and after the attack were analyzed; the effect of carrier-to-noise ratio of received signals on the acquisition probability of P(Y) code and C/A code was simulated then, and the good service time of GPS signals before and after the enhancement in Syria was compared finally. Result showed that the power of 19 satellites had been enhanced globally by the United States, and military users could effectively improve their positioning and navigation capabilities after the power enhancement.

global positioning system; Syria; power enhancement; signal interference

P228

A

2095-4999(2019)03-0007-04

2018-12-06

韩奇（1993—），男，湖北荆门人，硕士，助理工程师，研究方向为导航信号处理技术。

韩奇，朱克家，付钰，等. 美国打击叙利亚期间GPS信号监测评估[J]. 导航定位学报,2019,7(3): 7-10.（HAN Qi, ZHU Kejia, FU Yu, et al.Monitoring and assessment of GPS signals during US attacking on Syria[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2019, 7(3): 7-10.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20190302.