美国打击叙利亚期间GPS信号监测评估
引文格式: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, etal.Monitoring and assessment of GPS signals during US attacking on Syria[J]. Journalof Navigation and Positioning, 2019, 7(3): 7-10.)DOI:10.16547/j.cnki.10-1096.20190302.
摘要: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。
0 引言
1 干扰情况分析
图1 BSHM站4月8至20日卫星可见数及PDOP值
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。
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。
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N=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。
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。
参考文献(略)