美国打击叙利亚期间GPS信号监测评估

Original 导航定位学报测绘学术资讯 2021-10-08

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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

全球卫星导航系统^[1]（globalnavigation 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。

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。