隨著民航運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，空中交通流量不斷增加，對空管運(yùn)行保障提出了更高要求。空管通信、導(dǎo)航、監(jiān)視新技術(shù)的應(yīng)用大大提升了空中交通服務(wù)水平，提高了空域容量和飛行效率。GPS作為應(yīng)用最為廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在空管通信、導(dǎo)航、監(jiān)視運(yùn)行保障中發(fā)揮了重要作用。近年來，GPS干擾裝置、無人機(jī)壓制設(shè)備等干擾源干擾GPS信號的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對空管運(yùn)行保障和飛行安全造成了一定影響。本文總結(jié)了GPS干擾的原理，分析了其對空管通信、導(dǎo)航、監(jiān)視運(yùn)行保障的影響，特別是對空管各系統(tǒng)時(shí)鐘模塊和ADS-B的影響，并提出了應(yīng)對措施，最后針對GPS干擾源排查給出了相應(yīng)建議。

　　1 、GNSS與GPS

　　全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的統(tǒng)稱，通常包括我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)、美國的GPS、俄羅斯的Glonass和歐洲的Galileo，及其增強(qiáng)系統(tǒng)。目前，國際民航組織ICAO標(biāo)準(zhǔn)的GNSS系統(tǒng)為GPS和Glonass，及其機(jī)載增強(qiáng)系統(tǒng)(ABAS)、星基增強(qiáng)系統(tǒng)(SBAS)和地基增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS)[1]。

　　GPS是由美國研制的星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)(PNT)服務(wù)，是GNSS中應(yīng)用最廣泛的星座。GPS系統(tǒng)分為空間星座、地面監(jiān)控設(shè)施、用戶接收機(jī)三部分。GPS空間星座由24顆分布在約20200km高空的導(dǎo)航衛(wèi)星組成，導(dǎo)航衛(wèi)星搭載原子鐘并向地面監(jiān)控設(shè)施和用戶接收機(jī)廣播導(dǎo)航信號(衛(wèi)星星歷參數(shù)、精確的時(shí)間等信息)。地面監(jiān)控設(shè)施接收導(dǎo)航信號，計(jì)算衛(wèi)星星歷和時(shí)鐘的修正參數(shù)，廣播至空間供導(dǎo)航衛(wèi)星修正自身參數(shù)。用戶接收機(jī)接收導(dǎo)航信號，根據(jù)衛(wèi)星星歷參數(shù)推算衛(wèi)星發(fā)射導(dǎo)航信息時(shí)刻的空間位置，計(jì)算衛(wèi)星時(shí)間與接收機(jī)時(shí)間的差值可得衛(wèi)星和接收機(jī)之間的距離(偽距)，考慮到接收機(jī)與衛(wèi)星時(shí)鐘不完全同步，存在時(shí)鐘差，可得公式，其中為光速、為衛(wèi)星空間坐標(biāo)及時(shí)間、為接收機(jī)時(shí)間，由公式可知，接收機(jī)接收到4顆及以上衛(wèi)星的導(dǎo)航信號即可計(jì)算自身位置和時(shí)鐘差。影響GPS定位精度的因素主要有：衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、星歷誤差、幾何分布、電離層延時(shí)、對流層延時(shí)、多路徑、接收機(jī)噪聲等，衛(wèi)星空間位置和時(shí)鐘精度對接收機(jī)位置和時(shí)間計(jì)算結(jié)果影響極大。衡量GPS性能常用的指標(biāo)是：精度、完好性、連續(xù)性和有效性[2]。

　　為推進(jìn)民航強(qiáng)國建設(shè)、民航高質(zhì)量發(fā)展及BDS在民航業(yè)的應(yīng)用，民航局制定了《中國民航北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施路線圖》，積極推進(jìn)BDS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，目前已完成ICAO規(guī)定的全部性能指標(biāo)的專家技術(shù)驗(yàn)證，待空中航行委員會審議通過并就標(biāo)準(zhǔn)草案征求各國意見后正式向全球發(fā)布，成為ICAO標(biāo)準(zhǔn)。

　　2、 GPS干擾的原理

　　GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號包含三種成分：導(dǎo)航電文、偽隨機(jī)碼和載波。導(dǎo)航電文包含衛(wèi)星星歷參數(shù)和時(shí)鐘等信息。偽隨機(jī)碼有C/A碼和P碼兩種，P碼為軍用碼，C/A碼為民用碼，C/A碼具有高自相關(guān)性和低互相關(guān)性，高自相關(guān)性用于測距，低互相關(guān)性則用于區(qū)分不同衛(wèi)星。導(dǎo)航電文和偽隨機(jī)碼調(diào)制在載波上，民用接收機(jī)通常使用L1波段，其頻率為1575.42MHz，帶寬為2.046MHz[2]。

　　GPS本質(zhì)上是基于碼分多址(CMDA)的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，CDMA的原理決定了GPS具備一定的抗干擾能力，但GPS衛(wèi)星分布在距離地面約20200km的高空，傳輸衰減大，地面?zhèn)蓽y到的GPS信號可低至-158.5dBW。地面GPS信號強(qiáng)度弱的特點(diǎn)決定了GPS信號易受干擾。相關(guān)研究表明：民用的C/A碼僅有25dB的抗干擾能力，1W功率的干擾源可使20Km范圍內(nèi)的民用接收機(jī)無法正常工作[2]。

　　3 、GPS干擾對空管的影響

　　對民航空管來說，通信、導(dǎo)航、監(jiān)視技術(shù)通常有主用、備份和應(yīng)急手段，GPS干擾不會導(dǎo)致通信、導(dǎo)航、監(jiān)視手段的完全失效，但可能導(dǎo)致虛假告警、信號質(zhì)量差等問題，干擾管制指揮，影響飛行安全。

　　3.1 、對各系統(tǒng)時(shí)鐘模塊的影響

　　民航空管通信、導(dǎo)航、監(jiān)視各系統(tǒng)運(yùn)行均基于精確時(shí)間基準(zhǔn)，以保證系統(tǒng)內(nèi)各模塊時(shí)鐘同步，通常采用基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(NTP)的時(shí)鐘同步服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，也有少量系統(tǒng)直接使用GNSS時(shí)鐘作為時(shí)間基準(zhǔn)。NTP服務(wù)器通常工作在客戶端/服務(wù)器模式，客戶端T1時(shí)刻向服務(wù)器發(fā)送請求數(shù)據(jù)包，服務(wù)器在T2時(shí)刻接收到請求數(shù)據(jù)包，并于T3時(shí)刻向客戶端發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)包，客戶端在T4時(shí)刻接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)包，客戶端計(jì)算其與服務(wù)器的時(shí)鐘偏差和數(shù)據(jù)包傳播延時(shí)，修正自身時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。NTP協(xié)議支持多種時(shí)鐘源，如原子鐘、服務(wù)器自身晶振時(shí)鐘、GNSS時(shí)鐘和Internet時(shí)鐘等，目前空管所用NTP服務(wù)器大多采用GNSS作為時(shí)鐘源，實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間同步[5]。

　　3.2 、對ADS-B的影響

　　廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)是航空器、機(jī)場活動區(qū)車輛等以數(shù)據(jù)鏈的方式周期性自動向具備ADS-B數(shù)據(jù)接收功能的設(shè)備等廣播識別信息、位置、速度及導(dǎo)航不確定度等機(jī)載設(shè)備信息的新型空管監(jiān)視技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)空天地一體化協(xié)同監(jiān)視。相對于空管二次監(jiān)視雷達(dá)，ADS-B可提供更豐富的目標(biāo)信息，具有定位精度高、更新率快、建設(shè)維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是位置信息過于依賴GNSS(GPS)，存在安全性和可靠性問題，如果GPS被干擾導(dǎo)致無法正常定位或者計(jì)算出錯誤的位置，將嚴(yán)重影響ADS-B的信號質(zhì)量。

　　3.3、 對導(dǎo)航系統(tǒng)的影響

　　根據(jù)ICAO規(guī)劃，民航導(dǎo)航技術(shù)將由陸基導(dǎo)航向星基導(dǎo)航過渡，GNSS作為重要的導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施，對飛行安全和空管安全運(yùn)行至關(guān)重要。GPS干擾對飛機(jī)GPS接收機(jī)及其ABAS影響較大，致使GPS位置精度差、GPS信號丟失、完好性不能滿足要求，進(jìn)而導(dǎo)致地形告警、ADS-B信號質(zhì)量差等問題，影響飛行安全和管制指揮。GPS干擾也將對未來空管將會應(yīng)用的GBAS等增強(qiáng)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

　　4、 GPS干擾排查

　　目前已查明的GPS地面干擾源主要有：專用GPS干擾裝置、無線電保護(hù)裝置、無人機(jī)壓制設(shè)備、電視廣播設(shè)備、移動基站等，通常是阻塞干擾。由于GPS信號弱，小功率的干擾源即可干擾較大范圍的接收機(jī)，因此，空管運(yùn)行保障部門需與地方無線電管理部門密切合作，利用全向、定向監(jiān)測設(shè)備和無人機(jī)等，同時(shí)結(jié)合地形因素，完成GPS干擾源排查。

　　5 、結(jié)束語

　　隨著科技進(jìn)步和航空技術(shù)的發(fā)展，民航導(dǎo)航技術(shù)將由陸基導(dǎo)航向星基導(dǎo)航轉(zhuǎn)變，GNSS將是未來民航運(yùn)行的關(guān)鍵因素，將在空管通信、導(dǎo)航、監(jiān)視中發(fā)揮更為重要的作用。本文分析了GPS干擾對空管通信、導(dǎo)航、監(jiān)視運(yùn)行保障的影響，并提出了應(yīng)對措施。我國正在大力推動BDS成為ICAO標(biāo)準(zhǔn)，這對于空管運(yùn)行自主可控、保障飛行安全具有重要意義。BDS具有與GPS類似的原理和用途，分析GPS干擾對當(dāng)前空管通信導(dǎo)航監(jiān)視運(yùn)行保障的影響對未來全面應(yīng)用BDS時(shí)分析BDS干擾具有一定的借鑒意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]張軍現(xiàn)代空中交通管理[M]北京航空航天大學(xué)出版社, 2005.

　　[2]謝鋼GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)[M]電子工業(yè)出版社。2009.

　　[3]胡彩波,原亮GPS干擾和抗干擾技術(shù)的研究[J]測繪與空間地理信息, 2005,028(006):36-38.

　　《GPS干擾對空管通信導(dǎo)航監(jiān)視運(yùn)行保障的影響分析》來源：《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用》，作者：孫粲

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