轉發(fā)式gps欺騙干擾機的仿真建模與實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p><b>　　（2013屆）</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學技術的進步，GPS系統(tǒng)得到了廣泛的應用。有效地利用GPS干擾技術破壞對方的導航系統(tǒng)并實現(xiàn)對己方的有效隱蔽和保護，是GPS

2、技術在軍事領域的一個新應用。在眾多干擾技術中，轉發(fā)式干擾有著發(fā)射功率低，不需要了解GPS信號偽碼結構，實現(xiàn)簡單等優(yōu)點。</p><p>　　本文主要研究GPS轉發(fā)式干擾原理。在分析了GPS定位原理的基礎上，對轉發(fā)式干擾進行了可行性分析，完成了轉發(fā)式干擾原理樣機的設計與實現(xiàn)，并著重對干擾機的射頻電路進行了研究。轉發(fā)式干擾主要是利用信號的自然延時來實施干擾。因此，干擾信號與導航信號完全相同，只是延遲時間有所不同。另外

3、轉發(fā)式干擾信號經過功率放大，信號的幅度大于導航信號的幅度，GPS接收機完全有可能捕獲到轉發(fā)后的信號。從而使GPS接收機獲得錯誤的偽距，達不到精確的定位。</p><p>　　本文在第一章和第二章中不僅詳細敘述了GPS的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀，還對它的發(fā)展前景做了大致的估計，并簡要概括了GPS信號的基本組成。在第三章，主要對干擾機的各部分功能進行細化和進一步的模塊化設計，將總體模型分為三個單元，包括：信號接收單元、干擾

4、信號生成單元、干擾信號發(fā)送單元。第四章則著重于對仿真的結果進行簡要分析和比較，驗證理論依據的真實性。</p><p>　　關鍵字：全球定位系統(tǒng)；轉發(fā)式干擾；模塊化設計，仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of the technology, The Globa

5、l Position System has been used widely．The new application of GPS technology in the military field is how to destroy enemy Navigation system and enshroud effectively ourselves utilizing the GPS counter technology．In the

6、GPS interference technology, the retransmitted jamming has the advantages of low sending power, unawareness of the PRN code structure of GPS signal and simple implementation．</p><p>　　The retransmitted jammi

7、ng principle is studied in this dissertation．Based on the analysis of the GPS position theory, the effect of jamming prototype is studied and every part of the jamming prototype is analyzed．The design and implementation

8、of jamming prototype have been done too．The retransmitted jamming method mainly makes use of signal’s natural delay, so the jamming signal is completely the same as navigating signal，except for the differently delay time

9、．Besides，the power of retransmitted j</p><p>　　At the first and the second chapter ,I not only explain the development history and the developing situation of GPS in detail, but also estimate roughly its dev

10、elopment direction, in addition, the basic components of GPS is simply summarized．At the third chapter, the main content is that the function of jamming prototype is the modularization designed．The whole module is divide

11、d into three parts including signal-receiving unit，jamming signal generation unit and jamming signal transmission unit, </p><p>　　Key words：GPS，Retransmitted Jamming，Modularization designed，Simulation</p&

12、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　2 GPS簡介及發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　2.1 GPS簡介3</p><p>　　2.2 GPS分類及應用特點3</p><p>　

13、　2.3 GPS發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　2.4 GPS發(fā)展前景4</p><p>　　2.5 GPS信號5</p><p>　　3 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機7</p><p><b>　　3.1 干擾機7</b></p><p>　　3.2 轉發(fā)式干擾簡介7</p>

14、<p>　　3.3 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機課題的提出8</p><p>　　3.5 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機設計要點10</p><p>　　3.6 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機發(fā)展方向11</p><p>　　3.7 建立轉發(fā)式GPS欺騙干擾機動態(tài)模型12</p><p>　　3.7.1 干擾信號接收單元的實現(xiàn)13</p

15、><p>　　3.7.2 干擾信號發(fā)送單元的實現(xiàn)16</p><p>　　3.7.3 干擾信號生成單元的實現(xiàn)18</p><p>　　4 仿真效果分析22</p><p>　　4.1 GPS信號生成22</p><p>　　4.2 GPS信號的延時轉發(fā)23</p><p>　　4.3 GP

16、S轉發(fā)信號的干擾25</p><p><b>　　5 結論27</b></p><p><b>　　6 致謝28</b></p><p><b>　　7 參考文獻29</b></p><p><b>　　1引言</b></p><

17、;p>　　自1957年前蘇聯(lián)將世界第一顆人造衛(wèi)星送入環(huán)地軌道以來，針對衛(wèi)星信號的干擾與抗干擾技術的發(fā)展日新月異。GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸海空三軍聯(lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。主要目的是為陸?？杖箢I域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍

18、事目的，經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設完成。</p><p>　　衛(wèi)星導航系統(tǒng)最基本也最重要的功能，是在廣達5.1億平方公里的巨大地球表面，給任意一個物體定位，由此而來，衍生了測速、軌跡描繪、導航、防盜反劫、服務救援、遠程監(jiān)控等等重要的應用。目前，世界上主要的衛(wèi)星導航系統(tǒng)包括：美國的GPS、歐盟的GALILEO、俄羅斯GLONASS和中國的

19、北斗導航系統(tǒng)，其中美國的GPS應用最為廣泛。衛(wèi)星導航系統(tǒng)不僅在民用領域（如個人位置服務、氣象應用、道路交通管理、鐵路智能交通、海運和水運、航空運輸、應急救援等）得到廣泛應用并產生具大社會和經濟效益，而且在軍事領域更具重要性。</p><p>　　衛(wèi)星導航系統(tǒng)由于衛(wèi)星信號功率較低，GPS信號的能量大約相當于在幾千公里以外一盞家用電燈的能量，要比廣播電視的信號要弱1,000,000,000倍，正是因為它過于微弱，因而

20、極易受到多種形式的有意或無意干擾，導致接收機導航定位性能下降，甚至無法正常工作。在美國發(fā)動的第二次海灣戰(zhàn)爭中，由于伊拉克使用了據說是從俄羅斯購進的GPS干擾系統(tǒng)，使多枚美國精確制導導彈偏離了軌道，從而使得GPS干擾問題引起了世人廣泛的關注。</p><p>　　美國政府、工業(yè)部門和學術界對GPS受干擾的問題進行了大量研究和模擬，提出即使沒有掌握先進技術的敵方也能容易、快速、廉價地制造和使用許多GPS干擾機，以摧毀

21、依靠GPS制導的美國武器和其它平臺。如1994年9月，在約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室舉行的一次航空航天工程師和其它專業(yè)人員的研討會上，首次公開展示了一種得煙盒大小的自制干擾機，它采用12伏電池作動力，產生100毫瓦的輸出功率，通過一根細小的全向天線發(fā)射信號。據設計者稱，該裝置足以干擾半徑16公里范圍內的任何采用CA編碼的GPS接收機。俄羅斯設計的廉價GPS干擾機現(xiàn)在到處可以買到，甚至可通過因特網采購到這種裝置。這種干擾機重

22、3—10公斤(不含電池)。價格低于5萬美元，能對美國現(xiàn)有GPS系統(tǒng)的四個頻段實施有效干擾。</p><p>　　鑒于空間衛(wèi)星系統(tǒng)在導航、通信、探測、預警、偵察等領域的廣泛軍事應用，為在空間信息的通信對抗中獲得優(yōu)勢，美軍率先提出并建立了“反空間通信系統(tǒng)”，其目的在于利用無線電頻率干擾空間鏈路，阻礙敵方的衛(wèi)星通信。該系統(tǒng)已于2004年1月開始裝備。為此，我們也應開展空間通信干擾技術的研究，期望通過先進的技術、方法、手

23、段和策略，實現(xiàn)對信息有效傳輸保證的衛(wèi)星通信鏈路的干擾，進一步獲得空間優(yōu)勢。</p><p>　　但是GPS 衛(wèi)星信號抗電子干擾方面異常脆弱,傳輸功率小，信號頻率公開,是GPS 易受干擾的重要原因。通過發(fā)射與GPS信號相類似的干擾信號，誤導GPS接收機偏離準確的導航和定位，這個過程就是GPS欺騙干擾。</p><p>　　本文主要概括轉發(fā)式GPS欺騙式干擾的發(fā)展與應用。</p>

24、<p>　　2 GPS簡介及發(fā)展現(xiàn)狀</p><p><b>　　2.1 GPS簡介</b></p><p>　　全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）是美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)。是在子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經驗。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機三大部分組成。

25、</p><p>　　按目前的方案，全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。24顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP）。這就提供了在時間上連續(xù)的全球導航能力。</p><p>　　地面

26、監(jiān)控部分包括四個監(jiān)控站、一個上行注入站和一個主控站。監(jiān)控站設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當地氣象數據的傳感器和進行數據初步處理的計算機。監(jiān)控站的主要任務是取得衛(wèi)星觀測數據并將這些數據傳送至主控站。主控站設在范登堡空軍基地。它對地面監(jiān)控部實行全面控制。主控站主要任務是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數據，利用這些數據計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站也設在范登堡空軍基地。它的任務主要是在每顆衛(wèi)星運行至上空時把這類導航

27、數據及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天進行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。</p><p>　　全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應用廣的特點，是迄今最好的導航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。</p><p>　　2.2 GPS分類及應用特點&l

28、t;/p><p>　　GPS衛(wèi)星接收機種類很多，根據型號分為測地型、全站型、定時型、手持型、集成型；根據用途分為車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式。</p><p>　　GPS的應用都是基于兩個基本服務，其一為空間位置服務，分為：</p><p>　　定位：如汽車防盜、地面車輛跟蹤和緊急救生；</p><p>　　導航：如船舶遠洋導航和進港引

29、水、飛機航路引導和進場降落、智能交通、汽車自主導航及導彈制導；</p><p>　　測量：主要用于測量時間、速度、及大地測繪，如水下地形測量、地殼形變測量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測及浮動車數據，利用GPS定期記錄車輛的位置和速度信息。從而計算道路的擁堵情況；</p><p>　　另外還有時間服務，分為：</p><p>　　系統(tǒng)同步：如CDMA通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)&l

30、t;/p><p>　　授時：準確時間的授入、準確頻率的授入</p><p>　　2.3 GPS發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　中國GPS導航的市場潛力巨大。截至到2005年底，中國擁有車載導航設備的車輛不足10萬輛，相對于3000萬輛的汽車總數來說，普及率不到1%。而日本的汽車車載導航安裝率高達59%，歐美約占25%。2006年便攜導航市場應該有近5億元的規(guī)模，而隨著市場

31、的高速發(fā)展及新品牌的層出不窮，預計2009年中國汽車GPS導航系統(tǒng)終端的銷售額將接近100億元。</p><p>　　2008年，被人們稱為中國的“3G元年”。眾所周知，目前在國內通信領域，最火的就是正在試運行的TD-SCDMA——3G標準。作為新一代的通信技術，3G帶給人們非常多的期許。3G牌照的全面發(fā)放，也成了人們共同關注的焦點。其實在國內的GPS導航領域也在經歷著一場蛻變，第三代PND類導航產品的應運而生，

32、已經把人們帶進了全新的導航時代。</p><p>　　衛(wèi)星導航應用產業(yè)在國民經濟中發(fā)揮著越來越重要的作用，將成為“十一五”發(fā)展的亮點。在“十一五”期間，衛(wèi)星導航在其它領域如航空、海路、鐵路、建筑、電信、電力等方面的應用都會有很大的發(fā)展空間。</p><p>　　衛(wèi)星導航技術的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在三方面：一是衛(wèi)星導航的多系統(tǒng)并存，使系統(tǒng)可用性得以提高，應用領域將更廣闊；二是多元組合導航技術正在

33、得到推廣應用，主要有GPS與移動通信基站定位、陀螺、航位推算技術等的組合應用；三是衛(wèi)星導航與無線通信等其它高技術相結合，如GPS接收機嵌入到蜂窩電話、便攜式PC、PDA和手表等通信、安全和消費類電子產品中，從根本上促進了IT技術的整體發(fā)展。</p><p>　　2.4 GPS發(fā)展前景</p><p>　　中國目前正在成為全球衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)（GPS）產業(yè)增長最快的市場之一。“十一五”期間，

34、GPS在多個領域將會擁有更大的發(fā)展空間。然而，由于GPS在我國尚處于起步階段，與產業(yè)發(fā)展相配套的環(huán)境還不完善，制約了企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。致力于GPS產業(yè)發(fā)展的有識之士時刻關注著這些問題，并親自實踐探索其發(fā)展和突破之道。北京東方聯(lián)星科技有限公司總經理張峻林是眾多探索者中的一員。有了更多這樣的有識之士，中國GPS產業(yè)的明天值得期待。</p><p>　　與GPS產業(yè)發(fā)達的國家相比，我國的GPS產業(yè)尚處于起步階段，與之配

35、套的大環(huán)境還沒有形成，企業(yè)發(fā)展相對較難。目前，雖然我國企業(yè)自主研制的GPS核心技術產品已經達到國際水平，甚至直接賣給國外的公司，但由于沒有適合產業(yè)發(fā)展的大環(huán)境，產業(yè)鏈沒有形成，許多相關配套產品都沒有企業(yè)提供。特別是能夠研發(fā)核心技術的企業(yè)太少，只有東方聯(lián)星、西安華訊、北京星科聯(lián)通等少數幾家，勢單力孤。</p><p>　　在政策環(huán)境方面，雖然國家已經認識到發(fā)展GPS的重要性，但支持力度遠遠不夠?！爸饕€是國家衛(wèi)星導

36、航的人才太少，制定發(fā)展衛(wèi)星導航產業(yè)的框架戰(zhàn)略不清晰，導致國家對未來衛(wèi)星導航產業(yè)的認識不足，投入謹慎，對企業(yè)的支持力度不夠?！睒I(yè)內人士表示。此外，目前高校中沒有教授GPS知識的人，更談不上培養(yǎng)下一代GPS人才。</p><p>　　據國外專家預測，到2030年，世界GPS市場將進入到平緩發(fā)展階段，市場趨于平穩(wěn)，應用范圍雖十分廣泛，但隨著產業(yè)規(guī)模的擴大，單位利潤會逐漸降低。由于事關中國衛(wèi)星導航產業(yè)的發(fā)展，多年來一直致

37、力于此的業(yè)內人士對以上情況看在眼里急在心里，其中就包括東方聯(lián)星科技公司總經理張峻林。他說：“目前，衛(wèi)星導航在國內外都是不成熟的，但是如果再等5年，國外技術完全成熟的時候，我們的機會就更少了，就像現(xiàn)在去做PC操作系統(tǒng)，談何容易？”目前，東方聯(lián)星雖然在某些領域已經走在了世界GPS事業(yè)的前列，但是缺乏大的環(huán)境支持，難免曲高和寡。</p><p>　　目前，國家已經認識到發(fā)展GPS的重要性，特別是對某些國有企業(yè)動輒支持幾

38、千萬甚至上億元。但這些國有企業(yè)并沒有自己的核心技術，而是斥巨資購買國外的技術產品。如果這些企業(yè)能轉而利用國內企業(yè)的核心技術，讓他們分一杯羹，不僅可以保證國內企業(yè)的生存，還能打開GPS發(fā)展的大環(huán)境，推動我國衛(wèi)星導航事業(yè)的發(fā)展。</p><p><b>　　2.5 GPS信號</b></p><p>　　GPS信號是擴頻調制信號，這種擴頻調制信號具有低截獲概率特性，系統(tǒng)為

39、了區(qū)分各衛(wèi)星信號，通常采用碼分多址形式。目前GPS系統(tǒng)是部分公開的，采用的偽碼有C/A碼、P（Y）碼等。</p><p>　　GPS衛(wèi)星信號包括三種信號分量：載波，兩個偽隨機噪聲碼(C/A碼和P碼)和數據碼(D碼)。隨著GPS現(xiàn)代化建設的發(fā)展，偽碼中將增設新的軍用M碼。GPS測距的測距碼信號和導航電文信號都屬于低頻信號。GPS衛(wèi)星距離地面約兩萬公里。緊張的電能不足以將上述數據率很低的信號傳輸到地面。</p&

40、gt;<p>　　解決這一難題的辦法就是另外發(fā)射一種高頻信號作為載波將低頻的測距碼信號和導航電文信號加載到這一高頻信號上，構成一個高頻的調制波發(fā)射給地面。GPS衛(wèi)星采用L頻帶的兩種不同頻率的電磁波作為高頻信號，分別稱為L1載波和L2載波。其中：L1載波的頻率fl=1575．42MHz，L2載波的頻率f2=1227．6MHz。GPS衛(wèi)星發(fā)射信號的頻率，都要受衛(wèi)星上原子鐘的基準頻率的控制，GPS衛(wèi)星原子種基準頻率為10．23M

41、Hz，P碼產生采用基準頻率，C/A碼產生采用基準頻率的1/10，而L1載波的頻率n為基準頻率的154倍，L2載波的頻率Q為基準頻率的120倍。</p><p>　　3 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機</p><p><b>　　3.1 干擾機</b></p><p>　　對GPS導航系統(tǒng)的下行信號進行干擾，主要是針對用戶接收機的干擾對抗，從技術上考慮，

42、主要有壓制式干擾和欺騙式干擾，如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 GPS干擾方式分類圖</p><p>　　3.2 轉發(fā)式干擾簡介</p><p>　　所謂欺騙式干擾是指發(fā)射與GPS信號具有相同參數(只有信息碼不同)的假信號，干擾GPS接收機，使其產生錯誤定位信息，其功效相當于偽GPS衛(wèi)星。根據偽距定位原理，由于GPS用戶設備不配帶原子鐘，用戶至衛(wèi)星的偽距

43、測量結果會包括鐘差等引入誤差，因此對GPS進行定位欺騙可從兩方面著手，即給出虛假導航信息或增加信號傳播時延，從而使測得的偽距產生偏差。這種欺騙式干擾有產生式和轉發(fā)式兩種體制。</p><p>　　轉發(fā)式干擾就是將接收到的GPS衛(wèi)星信號重新廣播出去，從而構成一個虛假的GPS衛(wèi)星信號，使接收機出現(xiàn)錯誤解碼，導致測距誤差，發(fā)生錯誤定位。就空間GPS干擾技術而言，我們首要研究重點是具有最佳干擾效果的相關干擾技術，其研究的

44、最終目的在于通過產生的最大互相關偽碼匹配序列進行虛假導航電文的擴頻，實現(xiàn)GPS產生式欺騙干擾。由于轉發(fā)式欺騙干擾不需要對所接收的真實GPS信號進行分析，而直接通過延遲調節(jié)發(fā)射達到欺騙目的，因而從理論上可以認為是一種與代碼無關的干擾，因此進行該方式的研究也具有一定的實際指導意義。阻塞式壓制干擾實際上是一種非常有效的干擾手段，其缺點在于功率過高，但就戰(zhàn)時GPS信號可能發(fā)生的變化而言，該方式在一定條件下還是可以達到干擾目的的。隨著GPS系統(tǒng)抗

45、干擾能力的增加，及其覆蓋范圍和精度的提高，單一效能的干擾手段很難達到預期效果。</p><p>　　3.3 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機課題的提出</p><p>　　現(xiàn)今社會，各個國家相繼開展了以攜帶各類有效載荷的航天器及其星座為核心體的相關資源利用和組網等技術的研究，期望通過空間優(yōu)勢獲得信息優(yōu)勢，其目的是奪取制天權。而信息能力已成為現(xiàn)代作戰(zhàn)的核心能力，未來空間攻防對抗的實質也將是一場空間信息

46、對抗，其目的在于奪取控制信息權。</p><p>　　全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是美國從上世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海陸空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。</p><p>　　為了實現(xiàn)空間電子對抗，干擾GPS系統(tǒng)正常工作的方法可分為兩大類：一類是直接摧毀衛(wèi)星，一類是用電

47、子手段進行干擾。硬摧毀武器從研制、部署到使用的成本比較昂貴。因此，不到萬不得已，不應輕易采用硬摧毀的手段。以GPS為代表的衛(wèi)星導航系統(tǒng)而言，它已經成為精確制導武器的重要手段，美軍使用的精確制導彈藥占全部使用量的90％以上，而絕大多數精確制導彈藥均裝備了GPS導航定位裝置將打擊精度提升到數米量級。它分為空間部分、地面控制部分和地面控制部分三個部分。對空間部分、地面控制部分和由地面控制部分發(fā)往空間衛(wèi)星的上行鏈路信號進行“軟干擾"攻

48、擊的難度也非常大，而從衛(wèi)星反饋到用戶定位設備的下行信號比較微弱，其開放性的特點，容易受到干擾，因此GPS的下行星地通信鏈路信號便是其“軟肋’’。對導航系統(tǒng)的衛(wèi)星通信下行鏈路進行“軟干擾”主要是對用戶接收機的干擾對抗，從技術上考慮，主要有壓制式干擾和欺騙式干擾。</p><p>　　轉發(fā)式干擾是GPS干擾技術中欺騙式干擾的一個分支。其最大的優(yōu)勢是發(fā)射功率低，不易被探測器材發(fā)現(xiàn)，因而具有很強的戰(zhàn)場生存能力。同時，它不

49、需要對所接收的真實GPS信號進行分析，而直接通過信號的延遲達到欺騙目的，因而從理論上可以認為是一種與代碼無關的干擾，因此進行該方式的研究具有一定的實際指導意義。本課題研究的就是GPS轉發(fā)式干擾原理樣機的設計與實現(xiàn)。3.4 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機的發(fā)展</p><p>　　本世紀，出于其軍事利益、經濟利益、國家安全等方面的考慮，世界上有能力的國家都在紛紛建設自己的或與其他國家聯(lián)合的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。</p>

50、<p>　　現(xiàn)今，世界上的衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要有：美國的GPS系統(tǒng)，歐洲的Galileo系統(tǒng)，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。</p><p>　　衛(wèi)星導航已成為現(xiàn)代化戰(zhàn)爭“信息戰(zhàn)”、“導航戰(zhàn)’’的重要組成部分，海灣戰(zhàn)爭以來精確制導武器使用量與總投彈量比逐年提升，其中GPS制導武器占整個精確制導武器的比例由海灣戰(zhàn)爭的10％急增至2003年自由伊拉克戰(zhàn)爭的98％。</p>

51、<p>　　航空導航GPS化是GPS系統(tǒng)建設的重要目標之一，但航空導航可靠性要求高，技術相對復雜，因此GPS航空導航系統(tǒng)建設落后于GPS航海系統(tǒng)。國際上，為了使衛(wèi)星導航成為航空導航的主導航手段，需要在現(xiàn)有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)基礎上，建設增強系統(tǒng)，例如北美的WAAS系統(tǒng)，LAAS系統(tǒng)，歐洲的EGNOS系統(tǒng)，日本的MSAS系統(tǒng)等。</p><p>　　在不斷的應用探索的過程中，各國科學家及學者展開了針對GPS干

52、擾機的研究及討論，并取得了一系列的研究成果。</p><p>　　1997年，Glisie S等[1]提出了GPS系統(tǒng)采用典型的CDMA體制，這種擴頻調制信號具有低截獲概率特性，系統(tǒng)以碼分多址形式區(qū)分各衛(wèi)星信號。</p><p>　　2000年，周義，王自焰[2]在論文中概括出了轉發(fā)式GPS干擾系統(tǒng)圖，如圖3.2所示。并提到，對GPS 進行欺騙性干擾可從兩方面入手: 給出虛假導航信息或增加

53、信號延時時間, 可分別采用產生式和轉發(fā)式干擾。文中預測，對欺騙式干擾而言, 干擾機的趨勢是智能化。即能準確估算目標所接收到的衛(wèi)星測量值大小, 并隨機給這些測量信號加上適當的不可檢測的偏差值, 以較小的偏差值實施有效干擾。</p><p>　　圖3.2 GPS干擾示意圖</p><p>　　2001年，孫智信[3]在其論文中提出，轉發(fā)式干擾利用信號的自然時延容易實現(xiàn), 關鍵在于解決收發(fā)隔離問

54、題。轉發(fā)式干擾還要從- 20~ -30dB 的信噪比中提取、放大信號, 以保證信號不產生畸變或較少畸變, 并提高輸出信噪比。</p><p>　　2005年，范俊輝等[4]指出，轉發(fā)式干擾是通過利用信號的自然延遲,對敵方的GPS接收機進行干擾, 這種方法不需要知道信號的形式和偽碼結構，實現(xiàn)簡單。顯然，轉發(fā)式干擾優(yōu)于產生式干擾,欺騙式干擾的研究的重點應該放在轉發(fā)式干擾上。</p><p>　

55、　2006年，張翰林等[5]在論文中提出，對現(xiàn)代化GPS實施有效干擾難度越來越大,隨著新頻段和新碼的使用, 從信噪比中提取高保真有用信號時, 接收機很容易被欺騙信號所欺騙。在使用了新頻段和新代碼的現(xiàn)代化GPS中, 干擾技術相對比較容易實現(xiàn)。</p><p>　　由于GPS技術所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產力，已經融入了國民經濟建設、國防建設和社會發(fā)展的各個應用領域。</

56、p><p>　　隨著冷戰(zhàn)結束和全球經濟的蓬勃發(fā)展，美國政府宣布2000年至2006年期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球范圍內得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到10米，這將進一步推動GPS技術的應用，提高生產力、作業(yè)效率、科學水平以及人們的生活質量，刺激GPS市場的增長。據有關專家預測，在美國，單單是汽車GPS導航系統(tǒng)，2000年后的市場將達到30億美

57、元，而在中國，汽車導航的市場也將達到50億元人民幣。可見，GPS技術市場的應用前景非?？捎^。</p><p>　　3.5 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機設計要點</p><p>　　為實現(xiàn)GPS轉發(fā)式欺騙干擾，有以下幾個關鍵問題：</p><p><b>　　(1)收發(fā)隔離問題</b></p><p>　　2002年，為解決這個

58、問題，Rabbany[6]首次給出經典的雙星協(xié)同的二級轉發(fā)機制，但是它比較復雜如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 二星轉發(fā)示意圖</p><p>　　(2)降低信號畸變和提高信噪比</p><p>　　為降低信號畸變、提高信噪比，應考慮使用具有較寬天線波束的天線，并在帶通濾波器后面加裝低噪放大器。</p><p><b>

59、;　　(3)動態(tài)時延控制</b></p><p>　　先通過A/D轉換將模擬信號轉換成數字信號，然后采用多抽頭可控數字延遲線來實現(xiàn)數字信號的動態(tài)時延，最后再通過D/A轉換還原為模擬信號。</p><p>　　1994年，Sally L[7]等認為，對于GPS衛(wèi)星信號的捕獲是一個二維捕獲過程。捕獲結果是使本地參考碼和接收碼相位差值小于一個碼元寬度，且收發(fā)碼時鐘頻率基本一致，同時使

60、載波相互對準，從而實現(xiàn)輸入信號與本地信號的粗同步。</p><p>　　1999年，Braasch M[8]在論文中認為，作為GPS接收機的處理核心，由捕獲和跟蹤組成的同步過程是尤為關鍵的。GPS衛(wèi)星信號在到達接收機后，經天線前端處理(低噪放、下變頻、采樣等)后，隨即進入信號的同步階段。第二年，Brown A．等[9]認為，為捕獲到GPS衛(wèi)星信號，需要同時復現(xiàn)衛(wèi)星的碼相位和載波頻率，對GPS信號的搜索和捕獲，并給

61、出了四種方法。</p><p>　　①偽碼串行、載波串行</p><p>　?、趥未a串行、載波并行</p><p>　　③偽碼并行、載波串行</p><p>　　④偽碼并行、載波并行</p><p>　　2010年，劉慧越[10]利用多徑估計理論，提出了一種新的基于最大似然估計的GPS轉發(fā)式干擾信號估計技術。闡述了轉發(fā)

62、式干擾的原理，建立了GPS接收機對轉發(fā)式干擾信號相干積分累加的數學模型，推導了轉發(fā)式干擾最大似然估計的計算公式。仿真實驗表明：該技術可以在有色噪聲條件下，對多個轉發(fā)式信號進行較精確的估計。</p><p>　　在眾多國家中，俄羅斯對GPS干擾技術的研究是最為深入的，成果也最為顯著，先后提出了五代GPS干擾機理論。目前比較流行的主動干擾機是在復制導航信號的基礎上形成干擾信號，優(yōu)點是既可實現(xiàn)“硬”抑制，也可實現(xiàn)“軟&

63、quot;抑制，</p><p>　　坐標的測量過程中，在導航接收器中可以引用可控誤差，干擾效率高，可形成任何前面探討的干擾信號，暴露性非常?。欢秉c是復雜性增大，功耗大。</p><p>　　目前，除俄羅斯和美國外，能制造GPS干擾機的國家還有法國、德國、意大利、朝鮮等。</p><p>　　就國內而言，GPS干擾技術的理論研究及干擾裝置的研制起步較早，取得了一定

64、的進展。但隨著技術的發(fā)展，迫切需要在現(xiàn)有干擾體制的基礎上提出更合理，更有效的干擾方法。</p><p>　　3.6 轉發(fā)式GPS欺騙干擾機發(fā)展方向</p><p>　　結合上述認知轉發(fā)式GPS欺騙干擾機的現(xiàn)狀，預計認知轉發(fā)式GPS欺騙干擾機會沿著以下幾個方面發(fā)展：</p><p>　　1，基礎理論和相關應用的研究。包括：GPS基本運行機制，常見干擾計算與抗干擾方法，

65、以及GPS信息傳輸基礎理論等。</p><p>　　2，解決轉發(fā)式GPS欺騙干擾的關鍵問題，例如收發(fā)隔離機制的簡化。</p><p>　　3，民用GPS信息編碼加密防熱為惡意干擾，以及軍用GPS加密編碼的研發(fā)，并不斷改進GPS的測算精度。</p><p>　　4，干擾機智能化，能準確估算目標所接收到的衛(wèi)星測量值大小, 并隨機給這些測量信號加上適當的不可檢測的偏差值,

66、 以較小的偏差值進行有效干擾。</p><p>　　3.7 建立轉發(fā)式GPS欺騙干擾機動態(tài)模型</p><p>　　在GPS系統(tǒng)被干擾的過程中，干擾機將信號進行轉發(fā)式欺騙干擾處理后，在將虛假信號與真實信號相結合，由GPS接收天線進行接收，從而達到干擾的目的，整個系統(tǒng)基本模型如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 GPS干擾系統(tǒng)基本模型</p>

67、<p>　　“轉發(fā)式"干擾利用信號的自然延時，因此干擾信號與導航信號完全相同，只是延時不同，另外轉發(fā)式干擾信號經過放大信號的幅度大于導航信號的幅度GPS接收機完全有可能將轉發(fā)的干擾信號捕獲到從而獲得錯誤的偽距使GPS接收機達不到精確的定位。而且“轉發(fā)式’’干擾利用信號的自然延時，不需要產生高逼真信號，技術上相對容易實現(xiàn)。</p><p>　　系統(tǒng)將原理樣機各部分功能細化，進行模塊化的設計，各模

68、塊既具有相對獨</p><p>　　立的功能，相互之間又有信息和數據的傳遞與交換，工作時相互制約，相互協(xié)調?；贔PGA控制的模擬信號可控延遲技術，實現(xiàn)了在一定存貯約束條件下的</p><p><b>　　可控信號延遲轉發(fā)。</b></p><p>　　我們將對干擾機模塊進行重點模擬，轉發(fā)式GPS欺騙干擾機框圖如圖3.5：</p>

69、<p>　　圖3.5轉發(fā)式GPS欺騙干擾機流程圖</p><p>　　典型的轉發(fā)式干擾機結構框圖如圖3.5所示，其中信號接收單元接收GPS衛(wèi)星信號，進行相應處理，將模擬信號轉換為中頻數字信號；干擾生成信號單元產生延遲干擾信號，根據控制單元輸出的控制指令，由FPGA控制的FIFO進行延時控制，將經過延時的數據經DAC轉換后，生成干擾信號；干擾信號發(fā)送單元發(fā)送干擾信號，由微處理控制單元輸入控制指令，進行相

70、應處理后發(fā)送出去。從圖3中可以看出，轉發(fā)式干擾機的主要器件包括：低噪聲放大器、濾波器、混頻器、晶體振蕩器、模數轉換器、數模轉換器、時鐘控制和FIFO等。需要分別對這些主要器件對干擾信號產生的細微影響進行分析并建模。</p><p>　　其中涉及到的部分重要元件主要有以下幾種：</p><p>　　低噪聲放大器用來增加接收機輸入端的微弱信號的幅度，使之能夠達到接收機的檢波器的可用范圍。<

71、;/p><p>　　濾波器用來選擇性地通過或抑制某頻段信號。理想特性為：允許某一頻率段通過，而抑制其余頻率段；濾波器對通帶內頻率信號呈現(xiàn)匹配傳輸，對阻帶頻率信號失配而進行反射衰減，從而實現(xiàn)信號頻譜過濾功能。</p><p>　　混頻器是三端口的有源或無源器件。如果在兩個輸入端口分別輸入不同頻率的兩個信號，在唯一的輸出端口將產生一個和頻和一個差頻信號，這個過程叫做頻率變換。信號接收單元中必須使用

72、這種頻率較低的信號，因為它很容易用中頻級進行有效放大和濾波，并且很容易使頻段得到優(yōu)化，從而使信號接收單元的增益和選擇性得到提高。</p><p>　　晶體振蕩器是性能最好的振蕩器，如果在晶體兩端加上同頻交變信號，那么它就在自己的固有諧振頻率上振蕩，其功能基本上和超高Q值的串聯(lián)諧振電路一樣。對所有的振蕩電路來說，最重要的一個參數是Q。高Q反饋振蕩器的輸出頻率比LC振蕩器的輸出頻率要穩(wěn)定得多。</p>

73、<p>　　3.7.1 干擾信號接收單元的實現(xiàn)</p><p>　　信號接收單元原理圖如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6信號接收單元原理框圖</p><p>　　信號接收單元運行特點是：接收單元接收信號遠大于單元工作時的內部噪聲，由于輸出為數字信號，接收單元應具有較高的模數轉換速率。</p><p>　　圖中帶通濾波器l

74、可以選出GPS信號頻帶，排除信號頻帶外信號。接收單元中，大部分噪聲系數是在低噪放大器產生的。低噪放大器提供15dB的前端增益，同時也產生了小于15dB的噪聲。而帶通濾波器2不僅可以衰減所有諧波分量，而且還可以消減由LNA自身引起的鏡像噪聲。</p><p>　　在帶有單一濾波器的接收機中，帶通濾波器1使天線與LNA的輸入端相匹配，減少信號頻帶外信號的幅度，以防止LNA過載，并提供一定的鏡像濾波。為減少帶通濾波器l

75、預選器的插入損耗（LNA前面的濾波器插入損耗可直接影響噪聲系數），通常在LNA與第一混頻器之間接入帶通濾波器2。</p><p>　　二次濾波可以減少噪聲系數，有助于預選器排除鏡像信號以及其他干擾信號?；祛l器1的輸入信號幅度一般較大，為減少混頻產生的互調失真，需要一個高壓縮點。為了減少互調失真的產生，輸入混頻器的射頻信號應至少比輸入到混頻器本振端口的信號低10dB。為了濾除所需要的信號之外的其他信號，混頻器1的輸

76、出端鏈接天線分離濾波器。</p><p>　　采用設計完善、品質因數較高的晶體振蕩器可以減小誤比特率，并使緩沖相鄰信道靈敏度降低。接收機的增益特性包括：由放大器提供的增益、由濾波器造成的損耗、衰減和混頻。對整個接收機而言，從接收機的前端對天線的輸入到最后一級中頻輸出，整個射頻和中頻增益通常在125dB左右。</p><p><b>　　具體參數設計如下</b><

77、/p><p>　　信號接收單元包括帶通濾波器、混頻器、本振器等器件，當中頻輸出30．69MHz時，參數設計指標如下所示：</p><p><b>　　帶通濾波器1，2：</b></p><p>　　1．濾波器中心頻率為1575.42MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p&

78、gt;　　3．中心插入損耗小于1.2dB；</p><p>　　4．帶內駐波VSWR小于1.5:1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><p><b>　　低噪聲放大器：</b></p><p><b>　　1．

79、輸入阻抗50；</b></p><p>　　2．工作頻段為1400--1600MHz；</p><p>　　3．噪聲系數不大于0.65dB；</p><p>　　4．增益大于25dB，當輸入功率電平大于0．001W時應進入過載；</p><p>　　5．增益平坦度為0.2 dB；</p><p><b

80、>　　6．輸出阻抗50。</b></p><p><b>　　第一本振：</b></p><p>　　1．產生頻率1205.42MHz；</p><p>　　2．輸出幅度7dBm；</p><p>　　3．雜波抑制小于-70dBc；</p><p>　　4．頻率穩(wěn)定度10^-8p

81、pm：</p><p>　　5．諧波失真-40dBc。</p><p><b>　　帶通濾波器3：</b></p><p>　　1．濾波器中心頻率為1205.42MHz：</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB； ，</p>

82、<p>　　4．帶內駐波VSWR小于1.5：1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><p><b>　　混頻器l：</b></p><p><b>　　1．輸入阻抗50；</b></p><

83、p>　　2．插入損耗小于8dB；</p><p>　　3．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm：</p><p><b>　　4．輸出阻抗50；</b></p><p>　　5．隔離度LO/RF大于40dB；LO/IF大于30dB；LO/IF大于20dB。</p><p>　　第一中頻處理：第一中頻處理包括第一中頻

84、的帶通濾波器，中頻放大器等；</p><p>　　對應第一中頻的帶通濾波器：</p><p>　　1．中心頻率370MHz；</p><p><b>　　2．輸入阻抗50：</b></p><p>　　3．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　4．帶內損耗小于-2dB，</p>

85、<p><b>　　5．輸出阻抗50。</b></p><p>　　對應第一中頻的中頻放大器：</p><p><b>　　1．輸入阻抗50；</b></p><p>　　2．噪聲系數不大于2dB；</p><p>　　3．260MHz處增益大于40dB；</p><

86、;p><b>　　4．輸出阻抗50。</b></p><p><b>　　第二本振：</b></p><p>　　1．產生頻率400.69MHz；</p><p>　　2．輸出幅度7dBm；</p><p>　　3．雜波抑制小于-70dBc：</p><p>　　4．頻

87、率穩(wěn)定度10^-8ppm；</p><p>　　5．諧波失真-40dBc。</p><p><b>　　帶通濾波器4：</b></p><p>　　1．濾波器中心頻率為400.69MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．帶內損耗小于l dB；</p

88、><p>　　4．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　5．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><p><b>　　混頻器2：</b></p><p><b>　　1．輸入阻抗50；</b></p><p>　　2．插入損耗小于8dB；</p><p&

89、gt;　　3．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；</p><p><b>　　4．輸出阻抗50；</b></p><p>　　5．隔離度LO/RF大于40dB，LO/IF大于30 dB，LO/IF大于20 dB。</p><p>　　第二中頻處理：第二中頻處理包括第二中頻的帶通濾波器，中頻放大器等。</p><p>

90、　　3.7.2 干擾信號發(fā)送單元的實現(xiàn)</p><p>　　通信的發(fā)射部分主要功能是將中頻的模擬信號上變頻至GPS L1(1575．42MHz)L2(1227．60 MHz)頻率并放大輸出。原理框圖如3.7所示</p><p>　　圖3.7 干擾信號發(fā)送單元基本框圖</p><p>　　就信號發(fā)射單元來說，發(fā)送的RF頻率和較低的輸入頻率決定使用單變頻還是雙變頻。在對

91、頻率較高的射頻的操作中，為適當抑制混頻產生的反饋，同時也抑制濾波器的帶寬百分比的限制所引起的寄生混頻器響應，設計采用中頻濾波器。射頻帶通濾波器的作用是，抑制部分發(fā)射機產生的諧波、帶寬噪聲、互調失真及帶外變換頻率。發(fā)射帶通濾波器可以用來衰減LO饋通、不需要的和頻以及差頻、以及其他混頻分量，但是不能產生大的群延遲變化和幅度波動。寬帶中頻放大器不僅有放大功能，還有高反相隔離作用，阻止第一混頻器產生的混頻分量再次進入輸出端口。第一混頻器將輸入信

92、號轉換為IF，而本地帶通濾波器濾除寬帶噪聲、諧波。為了不降低整個信號發(fā)射單元的信噪比，數字發(fā)射機的功率放大器應具有較高的信噪比。對發(fā)射機濾波器的要求是：所有信號都能通過，但不會引起通帶切割。 </p><p><b>　　參數設計如下</b></p><p><b>　　帶通濾波器：</b></p><p>　　1．濾波器

93、中心頻率30.69MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB；</p><p>　　4．帶內駐波VSWR小于1.5：1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc：</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><

94、;p><b>　　第一本振：</b></p><p>　　1．產生頻率410.69MHz。</p><p><b>　　第1級混頻器：</b></p><p><b>　　1．輸入阻抗50：</b></p><p>　　2．插入損耗不大于8 dB：</p>

95、<p>　　3．隔離度：LO/RF不小于40dB，LO/IF不小于30 dB，LO/IF不小于20 dB：</p><p>　　4．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；</p><p><b>　　5．輸出阻抗50。</b></p><p><b>　　本地帶通濾波器：</b></p><p

96、>　　1．濾波器中心頻率380MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB：</p><p>　　4．帶內駐波VSWR小于1.5：1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc：</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p

97、><p><b>　　第二本振：</b></p><p>　　1．產生頻率1955.42MHz。</p><p><b>　　第2級混頻器：</b></p><p><b>　　1：輸入阻抗50；</b></p><p>　　2．插入損耗不大于8 dB；&l

98、t;/p><p>　　3．隔離度：LO/RF不小于40dB，LO/IF不小于30 dB，LO/IF不小于20 dB。</p><p>　　4．1dB壓縮射頻輸入功率不小于2dBm；</p><p><b>　　5．輸出阻抗50。</b></p><p><b>　　本地帶通濾波器：</b></p&

99、gt;<p>　　1．濾波器中心頻率1955.42MHz；</p><p>　　2．3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB：</p><p>　　4．帶內駐波VSWR小于1.5：1；</p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　6．輸入與輸

100、出阻抗皆為50。</p><p><b>　　發(fā)射帶通濾波器</b></p><p>　　1．濾波器中心頻率1575.42MHz；</p><p>　　2：3dB帶寬為12MHz；</p><p>　　3．中心插入損耗小于1.2dB；</p><p>　　4．帶內駐波VSWR小于1.5：1；<

101、;/p><p>　　5．帶外抑制不小于35dBc；</p><p>　　6．輸入與輸出阻抗皆為50。</p><p><b>　　功率放大器：</b></p><p>　　1．輸入輸出阻抗50；</p><p>　　2．噪聲系數不大于2dB；</p><p>　　3．1575.

102、42MHz處增益大于40dB；</p><p>　　4．工作電壓：12V。</p><p>　　第一中頻處理：第一中頻處理包括第一中頻的帶通濾波器，中頻放大器等</p><p>　　3.7.3 干擾信號生成單元的實現(xiàn)</p><p>　　在轉發(fā)式干擾機的結構框圖中可以看到，干擾生成信號單元產生延遲干擾信號，根據控制單元輸出的控制指令，由FPG

103、A控制的FIFO進行延時控制，將經過延時的數據經DAC轉換后，生成干擾信號。干擾信號生成單元包括ADC模塊，鐘控模塊與先入先出隊列（FIFO）組合而成的時鐘管理模塊和DAC模塊三大部分組成。</p><p>　　圖3.8 存儲轉發(fā)基本框圖</p><p>　　如圖3.8所示，產生干擾信號其總體流程為，接收到的中頻調制信號，通過解調將信號變?yōu)閿底中盘?，然后用存儲器存儲。這樣的過程稱為存儲轉發(fā)

104、過程</p><p>　　干擾機體系結構的一個重要特點是將A/D和D/A盡量靠近射頻前端。為減少模擬環(huán)節(jié)，在較高的中頻，乃至對射頻信號直接進行數字化。這就要求A/D器件具有適中的采樣速率和很高的工作帶寬。為適應錯綜復雜的電磁環(huán)境。A/D器件除了要有高速度、大帶寬外，同時還需要大動態(tài)范圍。</p><p>　　首先，要選擇合適的A/D轉換器</p><p>　　理想的

105、采樣就是用周期性的沖激序列和給定的信號相乘。把時域上連續(xù)的信號轉換成時域離散的信號翻。在實際中，真正的沖激序列是無法實現(xiàn)的，通常代之以窄帶脈沖串。這樣，就可以得到頂部隨給定信號變化的脈沖序列，這種采樣方法，稱為自然采樣。</p><p>　　對一個模擬信號的時間和幅度進行離散采樣，。首先假定信號的有用頻率分量從直流至f，對這樣的信號進行采樣我們稱之為香農采樣，或稱為基帶采樣。當我們用離散的時間間隔對一個連續(xù)信號進

106、行采樣時，必須仔細地對采樣間隔加以選擇，以確保原始模擬信號的復現(xiàn)精度。很顯然，采樣速率f正越高，數據的復現(xiàn)精度也就越高。</p><p>　　香農采樣定理：為了避免信息損失，帶寬為f的模擬信號必須用大于2f的采樣速率進行采樣。</p><p>　　香農采樣準則：如果采樣速率小于2f，那么將會發(fā)生混疊現(xiàn)象。</p><p>　　A/D轉換器有以下技術指標：</p

107、><p>　　最低有效位(LSB)：二進制數中權最小的位。在n位二進制數中，1LSB對應的模擬輸入量是滿度范圍的1/24，也就是量化單位。通常把1LSB對應的模擬輸入量簡稱1LSB。</p><p>　　最高有效位(MSB)：二進制數中權數最大的位。</p><p>　　分辨率：模數轉換器在轉換中所能分辨的最小量，習慣上用轉換結果的位數表示。如稱14位ADC有14位分辨

108、率。分辨率有時也用最低有效位LSB的步長表示，例如把14位ADC的分辨率說成1/2^14</p><p>　　單極性方式：當ADC的模擬輸入電壓只允許為正電壓或只允許為負電壓．即為單極性方式，轉換結果用無符號的二進制數表示。</p><p>　　雙極性方式：當ADC的模擬輸入電壓既可為正電壓，也可為負電壓時，即為雙極性方式，轉換結果常用二進制偏移碼表示。</p><p&

109、gt;　　量化誤差：模擬輸入量在量化取整的過程中所引起的誤差，又稱量化不確定度。量化誤差是模數轉換器固有的，其大小與分辨率直接相關，通常為±1／2LSB或±1LSB模擬輸入量。</p><p>　　信噪比(SNR)：信號電平的有效值與各種噪聲(包括量化噪聲、熱噪聲、白噪聲等)有效值之比的分貝數。理論信噪比(即只考慮量化噪聲的因素)取決于ADC量化過程所使用的量化數目，量化數目(即ADC的位數)

110、越多，量化噪聲就越小、其理論信噪比也就越大。對于正弦信號，其理論信噪比可由公式3-1得到：</p><p>　　SNR=6.02N+1.76dB （3-1）</p><p>　　式中N為ADC的位數。</p><p>　　應當指出，上式沒有考慮采樣速率對信噪比的影響。事實上，提高采樣速率可以等效地提高ADC的位數，因此，提高采樣速率

111、可以提高ADC的信噪比。如公式3-2：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中， 稱為過采樣倍率，稱為處理增益。</p><p>　　信噪失真比 (SINAD)，又稱之為信納比。記作S/(N+D)，是指輸入信號有效值與基帶帶寬中全部其他頻率分量(包括噪聲和諧波分量，但不包括直流分量)總有效值之比的分貝數。S/(

112、N+D)與SNR不同之處在于考慮了諧波分量。由于ADC在實際應用中存在噪聲和失真，從而影響了ADC的實際分辨率，等效地降低了ADC的位數。ADC實際可達到的位數稱為有效位數(ENOB)，如果已知SINAD(通常用實測的方法得到)，ENOB可用公式3-3求出：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　顯然，ENOB是一個綜合性的動態(tài)性能指標。