中国民用航空三亚空中交通管理站 海南三亚 572000
摘要:在民航空管的导航、监视以及通信方面,GPS技术一直发挥着重要作用。但GPS技术本身存在一定的缺陷,即容易受到干扰。一旦GPS信号接收不良,则空管运行就会出现严重的问题。基于此,本文从GPS干扰的原理出发,分析GPS干扰对空管通信导航监视运行的影响,以期能为相关人员提供参考。
关键词:GPS干扰;空管通信导航;运行保障;影响
引言:当前空中交通流量不断增加,对于空管的要求也越来越高。通信、导航以及监视等新技术是空管发挥保障效用的基础,可以保障空域容量以及飞行效率。但需要注意的是,上述技术都离不开GPS的支持。近些年来,随着GPS干扰事项时有发生,空管运行也出现了一定程度的不稳定性,从而导致飞机飞行等受到了严重的干扰。为了保障空管运行的稳定性,有必要从GPS干扰的原理入手,探讨其对于空管运行的具体影响以及作用,进而做好应对与防范准备。
一、GPS干扰的原理
GPS卫星的导航信号主要由三部分组成,分别为伪随机码、导航电文以及载波。伪随机码分为军用和民用,军用伪随机码为P码,民用则为C/A码。民用伪随机码具有测距以及区分不同卫星的功能属性。导航电文则主要包括时钟信息、卫星星历参数等。载波则是上述二者的载体。GPS本质上属于扩频通信系统,其基于CMDA,天然具有一定的抗干扰属性。但由于GPS工作地点距地面较远,信号传输容易受诸多干扰,因而GPS本身其实是较为容易被干扰的。以民用C/A为例,仅需1W功率的干扰源便能够让两万米附近的民用接收机无法正常运行。
1.压制式干扰
压制式干扰是指通过对GPS信号参数进行干扰进而对GPS接收机造成影响,导致其工作能力降低或者完全丧失。
(1)瞄准干扰
瞄准干扰主要从GPS卫星导航的位码序列入手,通过伪造某星星位码序列并进行特殊载波调制进而导致接收机无法准确识别信号与干扰。
(2)阻塞干扰
阻塞干扰主要从GPS带宽范围与载波方面入手,通过强功率的干扰手段在一定时间与一定区域内导致GPS接收机无法正常运转。阻塞干扰的影响力较强,一定区域内的所有GPS都将受到影响从而无法正常运转。
(3)相关干扰
相关干扰是一种通过制造与特定卫星位码序列相关的序列号码来实行干扰的方式。由于伪造位码序列与位码序列高度相关,因而接收机将无法准确识别正确的信号,进而导致其运转错误。
2.欺骗式干扰
欺骗式干扰是指发送虚假GPS信号或者改变信号传送的延缓时长进而导致接收机接受错误。
(1)转发式欺骗
转发式欺骗是指干扰器提前接受GPS信号,并延迟一段时间发送,进而构建虚假的信号,接收机接受以后便会得到错误的时间与信息。
(2)产生式欺骗
产生式欺骗无需干扰机接收信号,干扰机本身便能够直接制造假的导航信号并予以发射,进而对接收机形成误导。但虚假信号伪造需要对GPS信号结构具有一定的了解,且仅对于民用伪随机码有效。也正因如此,当前民航空管系统所遇到的欺骗式干扰大多为阻塞干扰。
二、GPS干扰对空管的影响
民航空管本身具有主用、备份以及必要的应急手段,GPS本身并不会对空管的正常运行造成严重干扰,但却会导致信号质量差、虚假警告等,从而导致飞行安全受到影响。
1.对系统时钟模块的影响
时钟系统对于各系统的运行具有重要作用。通常情况下其需要确定时间基准,大多数系统以NTP和时钟同步服务器实现时间校正,而少部分系统则以GNSS时钟作为时间基准。客户端获取时间需要向NTP发送数据请求,随后NTP服务器接收到请求并向客户端传输数据,客户端经过时钟偏差以及数据包延迟计算等得到正确的时间数据,从而实现时间的确认。NTP协议可以支持多种时钟源,包括原子钟、晶振时钟以及GNSS时钟等等。我国空管所用NTP服务器大多以GNSS时钟为主。这主要得益于其本身低成本与高精度的优势,但与此同时GNSS本身信号强度较弱,且很容易受到干扰。倘若GNSS信号被干扰器干扰则NTP服务器也将受到影响,长此以往时间偏差将会越来越大,空管设备运行也将受到严重影响。譬如一次雷达时间戳异常、多点定位系统监视时间异常以及雷达航迹与飞行计划关联错误等等,最终影响到飞行安全。
为了提高时钟模块的抗干扰能力,现在空管新建系统大多拓展了对星座频点的支持范围,可以支持GNSS、GPS等多种频点。但需要注意的是,GNSS本身的特性无法避免,这依然会增加空管受干扰的风险。通常情况下预防GNSS受干扰的方法如下:首先,提高GPS时钟源的支持范围,多星座多频点时钟源能够保证接收到其他时间讯号,进而降低时间偏差。其次,升级GNSS时钟源芯片。升级过后的GNSS时钟源将具备单星授时功能,锁定一颗卫星即可以确保对时间信息的准确获取,从而降低受到干扰的概率。最后,在其他地区设置备份NTP服务器,该类方法主要利用GNSS干扰有限的特点,通过地域的转移消除其区域范围内的干扰。
2.对ADS-B的影响
ADS-B能够对航空器以及机场活动区车辆等的位置、速度等信息实行准确的监视与识别,同时其监视范围广阔,能够实现空天地一体化协同监视。但与此同时,该类监视也存在一定的弊端,即过于依赖GNSS,一旦GNSS出现问题,则监视的精度、效率等都会出现问题。
3.对导航系统的影响
当前路基导航逐渐被淘汰,星基导航已经成为民航导航的主要方式。但星基导航需要以GNSS为基础,因此GNSS抗干扰能力对于民航导航的精准度具有较大影响。一旦发生GPS干扰,则飞机接收器将会受到影响,会出现无法接收GPS信号的问题,进而导致地形告警,影响到管制指挥以及飞行安全。
结束语:
GNSS是民航导航技术未来发展的重要基础之一。为了保障空管通信、导航、监视等技术能够稳定发挥作用,应就GPS干扰问题进一步加强研究,从其干扰的具体原理出发,探寻预防与针对措施,以保障空管正常运行,降低安全事故发生的概率。
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