伊朗是如何击落美国“全球鹰”高级无人机的？——提高高性能无人机安全的最新方案_风闻

来源：微信公众号“自行者智慧感知”

事件：伊朗击落美国无人机

据伊朗国家通讯社20日报道，伊朗伊斯兰革命卫队击落一架飞越霍尔木兹甘省的美军“全球鹰”高级无人机。当晚，美军中央司令部证实这一消息，并称这是一架美海军RQ-4A“全球鹰”广域海上侦察无人机，是美军最先进的高空长航时战略无人机。

这一事件引发了外界对高级无人机安全的广泛关注。特别是伊朗发布了全球鹰的路线图之后，美国方面非常的不以为然。博尔顿声称，伊朗这是在欺骗全世界的人民，因为全球鹰当时是在国际海域，和伊朗所放出来的路线图是完全不符的，而伊朗又为何会有机会击落一架在国际海域上飞行的无人机？

有关消息透露，当时伊朗利用的是一种非常先进的GPS干扰机器，这种机器成功的诱骗了全球鹰的卫星导航系统（GPS），使得他从国际海域进入了伊朗的海域，这种说法并非空穴来风，因为此前，伊朗就用同样的方法俘获过美军的rq170坎大哈无人机。

GPS干扰技术

在空战中，一国借助于GPS干扰装置在其全境上空建立一个绵密的电磁干扰场，即可有效对抗敌人的精确制导武器。在这种干扰下，精确制导武器将无法借助于GPS系统修正其飞行轨迹，而最终将偏离预定打击目标。这种装置在2003年的伊拉克战争中经受了实战的检验。战争初期，美国人的精确制导武器频频打偏，伊拉克一些重要的目标未能被摧毁。

由于GPS信号信噪比极低，极容易受到干扰。对于GPS的干扰可分为压制式干扰和欺骗式干扰。压制式干扰是在信号中注入干扰信号以使真实信号被干扰淹没的一种有源干扰方式。欺骗式干扰是发射与GPS信号相类似的干扰信号，误导GPS接收机偏离准确的导航和定位。这次伊朗击落“全球鹰”所使用的便是欺骗式干扰。

GPS干扰已经成了高性能无人机等无人系统高度依赖卫星导航技术的“心头之痛”。

惯性辅助GPS抗干扰技术

惯性导航（INS）作为一种不依赖任何外部信息、也不向外辐射能量的全自主导航系统，就可以解决这个“头痛问题”。惯性导航是利用惯性敏感元件、基准方向和最初的位置信息，自主推算物体的导航信息的一种导航方式。

**对于压制式干扰，**GPS和INS组合后，当GPS收到射频干扰时，IMU/INS系统可提供记忆功能，并使组合系统最终从所产生的任何导航误差中恢复，继续完成导航任务。

当受到射频（RF）干扰、信号遮挡、枝叶衰减、电离层闪烁、多路径等对GPS接收机码相关和环路滤波的影响时，GPS信号的有效载波——噪声密度比（C/N0）会下降，如果下降到GPS接收机的跟踪门限以下，就会使GPS接收机失去从GPS卫星信号获得测量值的能力，从而失去导航定位的能力。

在INS辅助的GPS接收机中，由载体动态引入的误差可通过INS测量多普勒频移将其引入到接收机跟踪环路，从而消除跟踪环中大部分载体动态因素，使得载波跟踪环可以在噪声带宽较窄的情况下工作，接收到更低C/N0中的有效信号，实现提高GPS接收机的抗射频干扰能力。

在采用INS辅助GPS

接收机载波跟踪环条件下，当载波跟踪环带宽从18Hz降到2Hz时，接收机的跟踪门限大约从28dB-Hz的[C/N0]eq降到18.5dB-Hz的[C/N0]eq值上。可以看出，无论是对于宽带干扰还是窄带干扰，GPS 接收机的抗干扰能力都提高了大约10～12 dB；若采用深耦合模式，载波跟踪环频带甚至可窄至0.8Hz，而接收机的跟踪门限大约为16.5 dB-Hz的[C/N0]eq，其抗干扰能力将提高13～15 dB。

在工业级的应用上，这类压制式干扰将对单一GPS导航的无人机飞行安全造成极大影响，例如恶劣天气、遮挡物、电磁干扰等因素，都会造成GPS信号衰弱，导航系统可靠性显著降低。而惯性辅助GPS抗干扰技术若能用于民用无人机，将极大程度地降低无人机对飞行环境的要求，提高无人机飞行的安全性，从而扩展无人机的应用场景。

在抗欺骗式干扰方面，GPS/INS深耦合组合导航系统具备以下优势:

 1）惯性导航系统是一个不受欺骗式干扰信号直接干扰的能独立进行导航解算的导航系统，所以欺骗式干扰信号只能通过影响组合滤波估计的惯导误差，使惯导在通过组合滤波的结果进行校正的过程逐步被诱偏，也就是只要组合滤波的结果不受欺骗式干扰的影响或者影响较小，那么整个深耦合系统的环路控制也不会受到欺骗式干扰的影响或者影响较小。同时，只要保证了一段时间内对欺骗式干扰的防御，那么那些逐步改变自身码相位或载波频率的欺骗干扰在逐步偏离真实信号之后对系统的影响也会逐步减小。

2）在GPS/INS深耦合系统中，组合导航滤波器同时利用了所有通道的观测量来获得误差状态的全局最优估计，在此基础上加入一些抗粗差滤波方法可以增加系统对欺骗式干扰的鲁棒性。

3）目前需要抗欺骗式干扰的主要是军事领域，因此载体常常处于高动态低载噪比的环境，而GPS/INS深耦合系统由于采用惯导辅助控制环路，极大地降低了导航系统需要跟踪的动态，相对动态的降低允许跟踪环路的等效带宽相应地减小，提高了系统在高动态下的抗干扰能力。

参考文献

【1】周坤芳, 孔键. INS辅助GPS接收机及抗干扰能力的分析[J]. 航空电子技术, 2009(2):1-3.

【2】秦红磊, 柴璐璐, 丛丽. GPS/INS超紧组合抗干扰性能分析[J]. 计算机工程与设计, 2013, 34(1).

【3】黄盼. GPS/INS深耦合系统抗欺骗式干扰关键技术研究[D].2014.