兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (4): 240075-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0075
收稿日期:
2024-01-24
上线日期:
2025-04-30
通讯作者:
基金资助:
Received:
2024-01-24
Online:
2025-04-30
摘要:
保障全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)为用户提供高精度导航定位、测速、授时信息是导航战的首要任务,然而GNSS用户端与卫星距离遥远,相较于GNSS系统端,更易受到干扰和欺骗等的蓄意毁伤。故为提升用户端对抗干扰威胁的能力、推进其抗干扰技术的发展与成熟,急需开展用户端抗干扰性能评估研究,但已有研究多针对单一类型指标、特定应用场景开展用户端抗干扰算法研究与性能分析,存在分项评估研究不足、综合评估研究缺失等问题。为此,设置单天线抗干扰、阵列天线抗干扰、惯导辅助抗干扰、无人机抗干扰这些典型应用场景,建立针对多应用场景的用户端抗干扰性能评估指标体系,并引入可用度A、可信度D、能力值C方法改进已有模型的应用局限,提出用户端抗干扰的分项性能评估方法;基于模糊综合评判思路与改进组合赋权法,改进已有加权积模型,提出用户端抗干扰的综合能力评估方法。实验结果表明,相比于已有评估模型,采用所提方法实现应用场景的多模型串联,降低了接收机的跟踪门限使其未超过45°,减小了动态测量误差率使其不大于1,增加了阵列增益使其不超过36dB,提高了被测装备性能评估准确度及其对抗干扰威胁的能力,能有效辅助多应用场景的性能优化与装备升级。
中图分类号:
王月, 孙付平. 基于典型应用场景的GNSS用户端抗干扰性能评估方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(4): 240075-.
WANG Yue, SUN Fuping. Evaluation Method of GNSS User-end Anti-jamming Performance Based on Typical Application Scenarios[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(4): 240075-.
指标 | 阈值 | 权重 | 权重的等级 | 综合能力/% |
---|---|---|---|---|
C2,1 | 0.652 | 0.72 | 2 | 32.980 |
C2,2 | 0.701 | 0.66 | 3 | |
C2,3 | 0.824 | 0.85 | 1 | |
C2,4 | 0.908 | 0.92 | 1 | |
C2,5 | 0.382 | 0.59 | 3 | 33.193 |
C2,6 | 0.382 | 0.59 | 3 | |
C2,7 | 0.382 | 0.59 | 3 | |
C2,8 | 0.382 | 0.59 | 3 | |
C2,9 | 0.382 | 0.59 | 3 | 33.827 |
C2,10 | 0.264 | 0.53 | 3 | |
C2,11 | 0.921 | 0.93 | 1 | |
C2,12 | 0.838 | 0.91 | 1 |
表1 二级准则层包含指标C2,1~C2,12的理论阈值
Table 1 Theoretical thresholds for basic performance indexes C2,1 to C2,12 included in the secondary criterion layer
指标 | 阈值 | 权重 | 权重的等级 | 综合能力/% |
---|---|---|---|---|
C2,1 | 0.652 | 0.72 | 2 | 32.980 |
C2,2 | 0.701 | 0.66 | 3 | |
C2,3 | 0.824 | 0.85 | 1 | |
C2,4 | 0.908 | 0.92 | 1 | |
C2,5 | 0.382 | 0.59 | 3 | 33.193 |
C2,6 | 0.382 | 0.59 | 3 | |
C2,7 | 0.382 | 0.59 | 3 | |
C2,8 | 0.382 | 0.59 | 3 | |
C2,9 | 0.382 | 0.59 | 3 | 33.827 |
C2,10 | 0.264 | 0.53 | 3 | |
C2,11 | 0.921 | 0.93 | 1 | |
C2,12 | 0.838 | 0.91 | 1 |
等级 | 意义 | 权重 |
---|---|---|
1 | 很重要 | [1.00,0.83) |
2 | 较重要 | [0.83,0.66) |
3 | 重要 | [0.66,0.50) |
4 | 一般 | [0.50,0.33) |
5 | 意义较小 | [0.33,0.16) |
6 | 意义小 | [0.16,0) |
7 | 无效 | 0 |
表2 相对一级准则层C1的指标影响程度的 评价等级划分
Table 2 Evaluation grade division of the influence degree of index on the first-level criterion layer C1
等级 | 意义 | 权重 |
---|---|---|
1 | 很重要 | [1.00,0.83) |
2 | 较重要 | [0.83,0.66) |
3 | 重要 | [0.66,0.50) |
4 | 一般 | [0.50,0.33) |
5 | 意义较小 | [0.33,0.16) |
6 | 意义小 | [0.16,0) |
7 | 无效 | 0 |
等级 | 意义 | 权重 |
---|---|---|
1 | 很强 | [1.000,0.498) |
2 | 较强 | [0.498,0.396) |
3 | 强 | [0.396,0.300) |
4 | 一般 | [0.300,0.198) |
5 | 较弱 | [0.198,0.096) |
6 | 很弱 | [0.096,0) |
表3 相对理论阈值的综合能力值的评价等级划分
Table 3 Evaluation grade division based on the comprehensive anti-jamming capability value relative to the theoretical threshold
等级 | 意义 | 权重 |
---|---|---|
1 | 很强 | [1.000,0.498) |
2 | 较强 | [0.498,0.396) |
3 | 强 | [0.396,0.300) |
4 | 一般 | [0.300,0.198) |
5 | 较弱 | [0.198,0.096) |
6 | 很弱 | [0.096,0) |
图3 $E_{\mathrm{P}, k}$与$\theta_{i}^{k}$、$k_{\mathrm{sat}}$间关系仿真结果
Fig.3 Simulated results of the relationship between $E_{\mathrm{P}, k}$and$\theta_{i}^{k}$,$k_{\mathrm{sat}}$
干扰机编号 | 干扰类型 | 干扰频率范围/MHz |
---|---|---|
1 | 生成式欺骗干扰 | (1000,5000) |
2 | 转发式欺骗干扰 | (1000,5000) |
3 | 多干扰源协同干扰 | (1000,5000) |
4 | 压制式宽带干扰 | (5000,20000) |
5 | 多脉冲干扰 | (5000,20000) |
6 | 压制式窄带干扰 | (5000,20000) |
表4 干扰机性能参数对比
Table 4 Comparison of jammer performance parameters
干扰机编号 | 干扰类型 | 干扰频率范围/MHz |
---|---|---|
1 | 生成式欺骗干扰 | (1000,5000) |
2 | 转发式欺骗干扰 | (1000,5000) |
3 | 多干扰源协同干扰 | (1000,5000) |
4 | 压制式宽带干扰 | (5000,20000) |
5 | 多脉冲干扰 | (5000,20000) |
6 | 压制式窄带干扰 | (5000,20000) |
图13 不同类型机载干扰机的AAJ、CEJ、REJ变量间关系仿真结果
Fig.13 Simulated results of the relationship among three variables AbilityAJ,CEJ,and REJ for six different types of airborne jammers
二级准则层 | 检测项目的名称 | 检测项目的属性 | 技术要求[ | 评估结果 |
---|---|---|---|---|
C2,1公共性能 | 干信比临界值/dB | 一定范围内单调递增 | (30,60) | 32.8 |
接收系统的灵敏度/dBm | 一定范围内单调递减 | [-155,-110] | -136 | |
C2,2特定性能 (系统ADC) | 抗干扰改善因子 | 一定范围内单调递增 | [0,1] | 0.60 |
输出信干噪比增益/dB | 一定范围内单调递增 | [0,50) | 41.8 | |
阵列增益/dB | 一定范围内单调递增 | [-27,60) | 32.7 | |
服务精度/m | 单调递减 | <100 | 17.11 | |
平均服务可用性/% | 单调递增 | ≥98 | 98.01 | |
平均服务连续性/% | 单调递增 | ≥ 85 | 86.27 | |
C2,3软件性能 | 故障检测统计量/m | 单调递增 | ≤10 | 9.0 |
软件化程度/s | 单调递减 | ≤55 | 19.5 | |
软件冗余度 | 单调递增 | ≤1.4 | 0.9 | |
C2,4硬件性能 | 硬件冗余度 | 单调递增 | ≤1.5 | 0.78 |
平均无故障时间/h | 单调递增 | ≤0.80×105 | 1.17×104 | |
平均使用功耗/kW | 单调递减 | ≤4 | 0.75 | |
E1综合能力 | 理论阈值/% | 单调递增 | ≤32.980 | 10.630 |
相对理论阈值的比值 | 越接近1越好 | ≤1,≤6 | 0.322 |
表5 阵列天线抗干扰性能评估结果
Table 5 Summary of evaluated results of array antenna anti-jamming performance
二级准则层 | 检测项目的名称 | 检测项目的属性 | 技术要求[ | 评估结果 |
---|---|---|---|---|
C2,1公共性能 | 干信比临界值/dB | 一定范围内单调递增 | (30,60) | 32.8 |
接收系统的灵敏度/dBm | 一定范围内单调递减 | [-155,-110] | -136 | |
C2,2特定性能 (系统ADC) | 抗干扰改善因子 | 一定范围内单调递增 | [0,1] | 0.60 |
输出信干噪比增益/dB | 一定范围内单调递增 | [0,50) | 41.8 | |
阵列增益/dB | 一定范围内单调递增 | [-27,60) | 32.7 | |
服务精度/m | 单调递减 | <100 | 17.11 | |
平均服务可用性/% | 单调递增 | ≥98 | 98.01 | |
平均服务连续性/% | 单调递增 | ≥ 85 | 86.27 | |
C2,3软件性能 | 故障检测统计量/m | 单调递增 | ≤10 | 9.0 |
软件化程度/s | 单调递减 | ≤55 | 19.5 | |
软件冗余度 | 单调递增 | ≤1.4 | 0.9 | |
C2,4硬件性能 | 硬件冗余度 | 单调递增 | ≤1.5 | 0.78 |
平均无故障时间/h | 单调递增 | ≤0.80×105 | 1.17×104 | |
平均使用功耗/kW | 单调递减 | ≤4 | 0.75 | |
E1综合能力 | 理论阈值/% | 单调递增 | ≤32.980 | 10.630 |
相对理论阈值的比值 | 越接近1越好 | ≤1,≤6 | 0.322 |
二级准则层 | 检测项目的名称 | 检测项目的属性 | 技术要求[ | 评估结果 |
---|---|---|---|---|
C2,5公共性能 | 干信比临界值/dB | 一定范围内单调递增 | (30,60) | 42.1 |
接收系统的灵敏度/dBm | 一定范围内单调递减 | [-155,-110] | -126 | |
C2,6特定性能 (系统ADC) | 动态测量误差率 | 一定范围内单调递增 | [0,1] | 9.81 |
平均可靠性贡献 | 单调递增 | ≥0 | 0.48 | |
相邻时间的贡献增幅 ΔR | 一定范围内单调递增 | [0,1/3] | 0.50 | |
可信覆盖率/% | 一定范围内单调递增 | [0,100] | 53.19 | |
载波相位跟踪误差/° | 单调递减 | ≥15 | 64 | |
伪码测距精度/m | 单调递减 | ≥5 | 82 | |
C2,7软件性能 | 软件化程度/s | 单调递减 | ≤55 | 24.5 |
软件冗余度 | 单调递增 | ≤1.4 | 1.3 | |
应用程序质量估计/% | 单调递增 | ≤100 | 73.9 | |
C2,8硬件性能 | 硬件冗余度 | 单调递增 | ≤1.5 | 0.72 |
平均无故障时间/h | 单调递增 | ≤0.80×105 h | 1.21E+04 | |
平均使用功耗/kW | 单调递减 | ≤4 | 0.30 | |
E2综合能力 | 理论阈值/% | 单调递增 | ≤33.193 | 9.923 |
相对理论阈值的比值 | 越接近1越好 | ≤1,≤6 | 0.301 |
表6 惯导辅助抗干扰性能评估结果
Table 6 Summary of evaluated results of INS-assisted anti-jamming performance
二级准则层 | 检测项目的名称 | 检测项目的属性 | 技术要求[ | 评估结果 |
---|---|---|---|---|
C2,5公共性能 | 干信比临界值/dB | 一定范围内单调递增 | (30,60) | 42.1 |
接收系统的灵敏度/dBm | 一定范围内单调递减 | [-155,-110] | -126 | |
C2,6特定性能 (系统ADC) | 动态测量误差率 | 一定范围内单调递增 | [0,1] | 9.81 |
平均可靠性贡献 | 单调递增 | ≥0 | 0.48 | |
相邻时间的贡献增幅 ΔR | 一定范围内单调递增 | [0,1/3] | 0.50 | |
可信覆盖率/% | 一定范围内单调递增 | [0,100] | 53.19 | |
载波相位跟踪误差/° | 单调递减 | ≥15 | 64 | |
伪码测距精度/m | 单调递减 | ≥5 | 82 | |
C2,7软件性能 | 软件化程度/s | 单调递减 | ≤55 | 24.5 |
软件冗余度 | 单调递增 | ≤1.4 | 1.3 | |
应用程序质量估计/% | 单调递增 | ≤100 | 73.9 | |
C2,8硬件性能 | 硬件冗余度 | 单调递增 | ≤1.5 | 0.72 |
平均无故障时间/h | 单调递增 | ≤0.80×105 h | 1.21E+04 | |
平均使用功耗/kW | 单调递减 | ≤4 | 0.30 | |
E2综合能力 | 理论阈值/% | 单调递增 | ≤33.193 | 9.923 |
相对理论阈值的比值 | 越接近1越好 | ≤1,≤6 | 0.301 |
二级准则层 | 检测项目的名称 | 检测项目的属性 | 技术要求[ | 评估结果 |
---|---|---|---|---|
C2,9公共性能 | 干信比临界值/dB | 一定范围内单调递增 | (30,60) | 42.4 |
接收系统的灵敏度/dBm | 一定范围内单调递减 | [-155,-110] | -146 | |
C2,10特定性能 (系统ADC) | 应用系统的可用度/% | 单调递增 | ≤100 | 72.84 |
应用系统的可信度/% | 单调递增 | ≤100 | 80.81 | |
先机发射概率/% | 单调递增 | ≤92 | 89.69 | |
毁伤概率/% | 单调递增 | ≤100 | 74.91 | |
突防概率/% | 一定范围内单调递增 | [64,100) | 68.553 | |
抗干扰优势值 | 一定范围内单调递增 | (0.74,1] | 78.65 | |
C2,11软件性能 | 软件化程度/s | 单调递减 | ≤55 | 18.5 |
软件冗余度 | 单调递增 | ≤1.4 | 0.7 | |
应用程序质量估计/% | 单调递增 | ≤ 100 | 92.1 | |
C2,12硬件性能 | 硬件冗余度 | 单调递增 | ≤1.5 | 0.80 |
平均无故障时间/h | 单调递增 | ≤0.80×105 h | 0.35E+04 | |
平均使用功耗/kW | 单调递减 | ≤4 | 1.01 | |
E3综合能力 | 理论阈值/% | 单调递增 | ≤33.827 | 11.007 |
相对理论阈值的比值 | 越接近1越好 | ≤1,≤6 | 0.325 |
表7 应用系统防护性能评估结果
Table 7 Summary of evaluated results of Application system protection performance
二级准则层 | 检测项目的名称 | 检测项目的属性 | 技术要求[ | 评估结果 |
---|---|---|---|---|
C2,9公共性能 | 干信比临界值/dB | 一定范围内单调递增 | (30,60) | 42.4 |
接收系统的灵敏度/dBm | 一定范围内单调递减 | [-155,-110] | -146 | |
C2,10特定性能 (系统ADC) | 应用系统的可用度/% | 单调递增 | ≤100 | 72.84 |
应用系统的可信度/% | 单调递增 | ≤100 | 80.81 | |
先机发射概率/% | 单调递增 | ≤92 | 89.69 | |
毁伤概率/% | 单调递增 | ≤100 | 74.91 | |
突防概率/% | 一定范围内单调递增 | [64,100) | 68.553 | |
抗干扰优势值 | 一定范围内单调递增 | (0.74,1] | 78.65 | |
C2,11软件性能 | 软件化程度/s | 单调递减 | ≤55 | 18.5 |
软件冗余度 | 单调递增 | ≤1.4 | 0.7 | |
应用程序质量估计/% | 单调递增 | ≤ 100 | 92.1 | |
C2,12硬件性能 | 硬件冗余度 | 单调递增 | ≤1.5 | 0.80 |
平均无故障时间/h | 单调递增 | ≤0.80×105 h | 0.35E+04 | |
平均使用功耗/kW | 单调递减 | ≤4 | 1.01 | |
E3综合能力 | 理论阈值/% | 单调递增 | ≤33.827 | 11.007 |
相对理论阈值的比值 | 越接近1越好 | ≤1,≤6 | 0.325 |
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