伊朗是如何擊落美國“全球鷹”高級無人機的？——提高高性能無人機安全的最新方案_風聞

來源：微信公眾號“自行者智慧感知”

事件：伊朗擊落美國無人機

據伊朗國家通訊社20日報道，伊朗伊斯蘭革命衞隊擊落一架飛越霍爾木茲甘省的美軍“全球鷹”高級無人機。當晚，美軍中央司令部證實這一消息，並稱這是一架美海軍RQ-4A“全球鷹”廣域海上偵察無人機，是美軍最先進的高空長航時戰略無人機。

這一事件引發了外界對高級無人機安全的廣泛關注。特別是伊朗發佈了全球鷹的路線圖之後，美國方面非常的不以為然。博爾頓聲稱，伊朗這是在欺騙全世界的人民，因為全球鷹當時是在國際海域，和伊朗所放出來的路線圖是完全不符的，而伊朗又為何會有機會擊落一架在國際海域上飛行的無人機？

有關消息透露，當時伊朗利用的是一種非常先進的GPS干擾機器，這種機器成功的誘騙了全球鷹的衞星導航系統（GPS），使得他從國際海域進入了伊朗的海域，這種説法並非空穴來風，因為此前，伊朗就用同樣的方法俘獲過美軍的rq170坎大哈無人機。

GPS干擾技術

在空戰中，一國藉助於GPS干擾裝置在其全境上空建立一個綿密的電磁干擾場，即可有效對抗敵人的精確制導武器。在這種干擾下，精確制導武器將無法藉助於GPS系統修正其飛行軌跡，而最終將偏離預定打擊目標。這種裝置在2003年的伊拉克戰爭中經受了實戰的檢驗。戰爭初期，美國人的精確制導武器頻頻打偏，伊拉克一些重要的目標未能被摧毀。

由於GPS信號信噪比極低，極容易受到干擾。對於GPS的干擾可分為壓制式干擾和欺騙式干擾。壓制式干擾是在信號中注入干擾信號以使真實信號被幹擾淹沒的一種有源干擾方式。欺騙式干擾是發射與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。這次伊朗擊落“全球鷹”所使用的便是欺騙式干擾。

GPS干擾已經成了高性能無人機等無人系統高度依賴衞星導航技術的“心頭之痛”。

慣性輔助GPS抗干擾技術

慣性導航（INS）作為一種不依賴任何外部信息、也不向外輻射能量的全自主導航系統，就可以解決這個“頭痛問題”。慣性導航是利用慣性敏感元件、基準方向和最初的位置信息，自主推算物體的導航信息的一種導航方式。

**對於壓制式干擾，**GPS和INS組合後，當GPS收到射頻干擾時，IMU/INS系統可提供記憶功能，並使組合系統最終從所產生的任何導航誤差中恢復，繼續完成導航任務。

當受到射頻（RF）干擾、信號遮擋、枝葉衰減、電離層閃爍、多路徑等對GPS接收機碼相關和環路濾波的影響時，GPS信號的有效載波——噪聲密度比（C/N0）會下降，如果下降到GPS接收機的跟蹤門限以下，就會使GPS接收機失去從GPS衞星信號獲得測量值的能力，從而失去導航定位的能力。

在INS輔助的GPS接收機中，由載體動態引入的誤差可通過INS測量多普勒頻移將其引入到接收機跟蹤環路，從而消除跟蹤環中大部分載體動態因素，使得載波跟蹤環可以在噪聲帶寬較窄的情況下工作，接收到更低C/N0中的有效信號，實現提高GPS接收機的抗射頻干擾能力。

在採用INS輔助GPS

接收機載波跟蹤環條件下，當載波跟蹤環帶寬從18Hz降到2Hz時，接收機的跟蹤門限大約從28dB-Hz的[C/N0]eq降到18.5dB-Hz的[C/N0]eq值上。可以看出，無論是對於寬帶干擾還是窄帶干擾，GPS 接收機的抗干擾能力都提高了大約10～12 dB；若採用深耦合模式，載波跟蹤環頻帶甚至可窄至0.8Hz，而接收機的跟蹤門限大約為16.5 dB-Hz的[C/N0]eq，其抗干擾能力將提高13～15 dB。

在工業級的應用上，這類壓制式干擾將對單一GPS導航的無人機飛行安全造成極大影響，例如惡劣天氣、遮擋物、電磁干擾等因素，都會造成GPS信號衰弱，導航系統可靠性顯著降低。而慣性輔助GPS抗干擾技術若能用於民用無人機，將極大程度地降低無人機對飛行環境的要求，提高無人機飛行的安全性，從而擴展無人機的應用場景。

在抗欺騙式干擾方面，GPS/INS深耦合組合導航系統具備以下優勢:

 1）慣性導航系統是一個不受欺騙式干擾信號直接干擾的能獨立進行導航解算的導航系統，所以欺騙式干擾信號只能通過影響組合濾波估計的慣導誤差，使慣導在通過組合濾波的結果進行校正的過程逐步被誘偏，也就是隻要組合濾波的結果不受欺騙式干擾的影響或者影響較小，那麼整個深耦合系統的環路控制也不會受到欺騙式干擾的影響或者影響較小。同時，只要保證了一段時間內對欺騙式干擾的防禦，那麼那些逐步改變自身碼相位或載波頻率的欺騙干擾在逐步偏離真實信號之後對系統的影響也會逐步減小。

2）在GPS/INS深耦合系統中，組合導航濾波器同時利用了所有通道的觀測量來獲得誤差狀態的全局最優估計，在此基礎上加入一些抗粗差濾波方法可以增加系統對欺騙式干擾的魯棒性。

3）目前需要抗欺騙式干擾的主要是軍事領域，因此載體常常處於高動態低載噪比的環境，而GPS/INS深耦合系統由於採用慣導輔助控制環路，極大地降低了導航系統需要跟蹤的動態，相對動態的降低允許跟蹤環路的等效帶寬相應地減小，提高了系統在高動態下的抗干擾能力。

參考文獻

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【2】秦紅磊, 柴璐璐, 叢麗. GPS/INS超緊組合抗干擾性能分析[J]. 計算機工程與設計, 2013, 34(1).

【3】黃盼. GPS/INS深耦合系統抗欺騙式干擾關鍵技術研究[D].2014.