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1、杭州电子科技大学本科毕业设计本科毕业设计（2013届）题 目转发式GPS欺骗干扰机的仿真建模与实现学 院通信工程学院专 业信息对抗技术班 级09083511学 号09083132学生姓名张喜合指导教师孙闽红完成日期2012年12月摘 要 随着科学技术的进步，GPS系统得到了广泛的应用。有效地利用GPS干扰技术破坏对方的导航系统并实现对己方的有效隐蔽和保护，是GPS技术在军事领域的一个新应用。在众多干扰技术中，转发式干扰有着发射功率低，不需要了解GPS信号伪码结构，实现简单等优点。本文主要研究GPS转发式干扰原理。在分析了GPS定位原理的基础上，对转发式干扰进行了可行性分析，完成了转发式干扰原理
2、样机的设计与实现，并着重对干扰机的射频电路进行了研究。转发式干扰主要是利用信号的自然延时来实施干扰。因此，干扰信号与导航信号完全相同，只是延迟时间有所不同。另外转发式干扰信号经过功率放大，信号的幅度大于导航信号的幅度，GPS接收机完全有可能捕获到转发后的信号。从而使GPS接收机获得错误的伪距，达不到精确的定位。本文在第一章和第二章中不仅详细叙述了GPS的发展历程和发展现状，还对它的发展前景做了大致的估计，并简要概括了GPS信号的基本组成。在第三章，主要对干扰机的各部分功能进行细化和进一步的模块化设计，将总体模型分为三个单元，包括：信号接收单元、干扰信号生成单元、干扰信号发送单元。第四章则着重于
3、对仿真的结果进行简要分析和比较，验证理论依据的真实性。关键字：全球定位系统；转发式干扰；模块化设计，仿真AbstractWith the development of the technology, The Global Position System has been used widelyThe new application of GPS technology in the military field is how to destroy enemy Navigation system and enshroud effectively ourselves utilizing the GP
4、S counter technologyIn the GPS interference technology, the retransmitted jamming has the advantages of low sending power, unawareness of the PRN code structure of GPS signal and simple implementationThe retransmitted jamming principle is studied in this dissertationBased on the analysis of the GPS
5、position theory, the effect of jamming prototype is studied and every part of the jamming prototype is analyzedThe design and implementation of jamming prototype have been done tooThe retransmitted jamming method mainly makes use of signals natural delay, so the jamming signal is completely the same
6、 as navigating signal，except for the differently delay timeBesides，the power of retransmitted jamming signal is greater than the navigation signal，SO GPS receiver will probably receive the jamming signal，which results in its getting the false pseudo range and not being position preciselyAt the first
7、 and the second chapter ,I not only explain the development history and the developing situation of GPS in detail, but also estimate roughly its development direction, in addition, the basic components of GPS is simply summarizedAt the third chapter, the main content is that the function of jamming
8、prototype is the modularization designedThe whole module is divided into three parts including signal-receiving unit，jamming signal generation unit and jamming signal transmission unit, and the function of each part is describedThe fourth chapter emphasizes analyzing and comparing different simulati
9、on result in brief, which can be used of checking the authenticity of the theory basisKey words：GPS，Retransmitted Jamming，Modularization designed，Simulation29 杭州电子科技大学本科毕业设计目 录1引言12 GPS简介及发展现状32.1 GPS简介32.2 GPS分类及应用特点32.3 GPS发展现状42.4 GPS发展前景42.5 GPS信号53 转发式GPS欺骗干扰机73.1 干扰机73.2 转发式干扰简介73.3 转发式GPS欺骗干扰
10、机课题的提出83.5 转发式GPS欺骗干扰机设计要点103.6 转发式GPS欺骗干扰机发展方向113.7 建立转发式GPS欺骗干扰机动态模型123.7.1 干扰信号接收单元的实现133.7.2 干扰信号发送单元的实现163.7.3 干扰信号生成单元的实现184 仿真效果分析224.1 GPS信号生成224.2 GPS信号的延时转发234.3 GPS转发信号的干扰255 结论276 致谢287 参考文献291引言自1957年前苏联将世界第一颗人造卫星送入环地轨道以来，针对卫星信号的干扰与抗干扰技术的发展日新月异。GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称
11、。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。卫星导航系统最基本也最重要的功能，是在广达5.1亿平方公里的巨大地球表面，给任意一个物体定位，由此而来，衍生了测速、轨迹描绘、导航、防盗反劫、服务救援、远程监控等等重要的应用。目前，世界上主要的卫星导航系统包括：美国的GPS、欧盟的GALILE
12、O、俄罗斯GLONASS和中国的北斗导航系统，其中美国的GPS应用最为广泛。卫星导航系统不仅在民用领域（如个人位置服务、气象应用、道路交通管理、铁路智能交通、海运和水运、航空运输、应急救援等）得到广泛应用并产生具大社会和经济效益，而且在军事领域更具重要性。卫星导航系统由于卫星信号功率较低，GPS信号的能量大约相当于在几千公里以外一盏家用电灯的能量，要比广播电视的信号要弱1,000,000,000倍，正是因为它过于微弱，因而极易受到多种形式的有意或无意干扰，导致接收机导航定位性能下降，甚至无法正常工作。在美国发动的第二次海湾战争中，由于伊拉克使用了据说是从俄罗斯购进的GPS干扰系统，使多枚美国精
13、确制导导弹偏离了轨道，从而使得GPS干扰问题引起了世人广泛的关注。美国政府、工业部门和学术界对GPS受干扰的问题进行了大量研究和模拟，提出即使没有掌握先进技术的敌方也能容易、快速、廉价地制造和使用许多GPS干扰机，以摧毁依靠GPS制导的美国武器和其它平台。如1994年9月，在约翰霍普金斯大学应用物理实验室举行的一次航空航天工程师和其它专业人员的研讨会上，首次公开展示了一种得烟盒大小的自制干扰机，它采用12伏电池作动力，产生100毫瓦的输出功率，通过一根细小的全向天线发射信号。据设计者称，该装置足以干扰半径16公里范围内的任何采用CA编码的GPS接收机。俄罗斯设计的廉价GPS干扰机现在到处可以买
14、到，甚至可通过因特网采购到这种装置。这种干扰机重310公斤(不含电池)。价格低于5万美元，能对美国现有GPS系统的四个频段实施有效干扰。鉴于空间卫星系统在导航、通信、探测、预警、侦察等领域的广泛军事应用，为在空间信息的通信对抗中获得优势，美军率先提出并建立了“反空间通信系统”，其目的在于利用无线电频率干扰空间链路，阻碍敌方的卫星通信。该系统已于2004年1月开始装备。为此，我们也应开展空间通信干扰技术的研究，期望通过先进的技术、方法、手段和策略，实现对信息有效传输保证的卫星通信链路的干扰，进一步获得空间优势。但是GPS 卫星信号抗电子干扰方面异常脆弱,传输功率小，信号频率公开,是GPS 易受干
15、扰的重要原因。通过发射与GPS信号相类似的干扰信号，误导GPS接收机偏离准确的导航和定位，这个过程就是GPS欺骗干扰。本文主要概括转发式GPS欺骗式干扰的发展与应用。2 GPS简介及发展现状2.1 GPS简介全球定位系统（Global Positioning System）是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。24颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监
