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Parameter Calibration and Verification of Spoofing Satellite Navigation Interference Simulation Source
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摘要: 随着卫星导航技术的飞速发展，卫星导航干扰模拟源广泛应用于无人机反制、抗干扰设备试验评估等方面。 结合欺骗式卫星导航干扰模拟源的基本功能和主要参数，参考相关标准和规范，对欺骗式卫星导航干扰模拟源参数校准方法进行深入研究，提出对射频信号、发射功率、频谱纯度、误差矢量幅度、干扰特性、1PPS定时误差校准的方法，并对不同型号的欺骗式卫星导航干扰模拟源进行实验验证和分析。结果表明：各参数的校准方法可操作性强，能科学合理的对欺骗式卫星导航干扰模拟源进行有效计量溯源，推动卫星导航干扰模拟源的应用发展。Abstract: With the rapid development of satellite navigation technology, satellite navigation interference simulation sources are widely used in various applications, including unmanned aerial vehicle (UAV) countermeasures and anti-interference equipment testing and evaluation. This paper focuses on the basic functions and main parameters of spoofing satellite navigation interference simulation sources. Referencing relevant standards and specifications, we conduct an in-depth study on the parameter calibration methods for these sources. We propose calibration methods for RF signals, transmission power, spectral purity, error vector magnitude, interference characteristics, and 1PPS timing error. Additionally, we perform experimental verification and analysis on different models of spoofing satellite navigation interference simulation sources. The results demonstrate that the calibration methods for various parameters are highly operable and can effectively provide scientific and rational metrological traceability for spoofing satellite navigation interference simulation sources. This research promotes the application and development of satellite navigation interference simulation sources.
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图 2 常规射频性能参数校准示意图
Figure 2. Schematic diagram of conventional RF performance parameter calibration
表 1 技术参数
Table 1. Technical parameters
序号 参数 性能指标 1 常规射频性能 射频信号载波频率最大允许误差：±100 Hz 2 发射功率范围：−70～0 dBm 3 发射功率分辨力：优于0.5 dB 4 发射功率最大允许误差：±2 dB 5 谐波抑制：−60～−20 dBc 6 非谐波抑制：−60～−30 dBc 7 相位噪声：
−90～−60 dBc/Hz（频偏10 Hz）
−100～−65 dBc/Hz（频偏100 Hz）
−110～−70 dBc/Hz（频偏1 kHz）
−120～−80 dBc/Hz（频偏10 kHz）
−130～−85 dBc/Hz（频偏100 kHz）8 误差矢量幅度：<20％ 9 信号带宽 信号带宽：≥2.046 MHz 10 干扰特性 干扰初始化时间：<300 s 11 干扰生效时间：<75 s 12 时间干扰误差：<2 us 13 位置干扰误差：<15 m 14 1PPS定时误差 1PPS定时误差：≤300 ns 
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表 2 校准试验设备
Table 2. Calibration test equipment
名称 技术指标 GNSS导航模拟器 支持模拟GNSS导航信号；
功率：输出范围（−140～−50 dBm）带内功率；
最大允许误差：±2 dB；
伪距分辨力：≤0.05 m。铷原子频率标准 准确度：±5×10−11 MXA信号分析仪 频率范围：10 Hz～26.5 GHz 频谱分析仪 3 Hz～6.7 GHz 功率计 频率范围: 50 MHz～6 GHz 时间间隔计数器 MPE：±1 ns 全系统全频点
高精度接收机重复（模拟测试）： 定位偏差≤0.5 m GNSS接收机
（时间测量型）内部延迟已校准，不确定度优于10 ns（k=2） 电子秒表 MPE:±0.5 s/d
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表 3 卫星导航干扰模拟源
Table 3. Satellite navigation interference simulation source
名称 型号规格 出厂编号 上架式GNSS信号干扰源 NSF4000 Mo-2303055NB005001 小型化欺骗源 ASG2000 202211070003 电力GNSS授时欺骗干扰装置 NIF4000 Mo-2303055NB005001
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表 4 不确定度主要来源
Table 4. Main sources of uncertainty
不确定度来源 类型 值 分布 包含因子 标准不确定度 参考GNSS接收机(时间测量型) B 20 ns 均匀 $ \sqrt 3 $ 11.55 ns 电缆、转接头稳定性 B 1 ns 均匀 $ \sqrt 3 $ 0.58 ns 时间间隔测量装置 B 1 ns 均匀 $ \sqrt 3 $ 0.58 ns 测量重复性 A / / / /
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表 5 上架式GNSS信号干扰源校准结果
Table 5. Calibration results of rack-mounted GNSS signal interference source
1 射频信号载
波频率误差频点 理论值 测量值 误差 U（k = 2） BD B1 1561.098 1561.09805 50 Hz 4 Hz GPS L1 1575.42 1575.420041 41 Hz 4 Hz 2 功率范围 频点 最大值（dBm） 最小值（dBm） U（k = 2） BD B1 9.718 −82.156 0.05 dB GPS L1 9.689 −81.84 0.05 dB 3 功率分辨力 频点 理论值（dBm） 测量值（dBm） 差值（dBm） 分辨力（dB） U（k = 2） BD B1 0.1 0.1 0 0.1 0.07 dB GPS L1 0.1 0.11 0.01 0.1 0.07 dB 4 功率误差 频点 理论值（dBm） 测量值（dBm） 误差（dB） U（k = 2） BD B1 0 −0.204 −0.204 0.07 dB GPS L1 0 −0.237 −0.237 0.07 dB 5 谐波抑制 频点 载波功率P1 谐波功率 Hn(dBc) U（k = 2） P2 P3 二次谐波 三次谐波 BD B1 −0.204 −54.204 −55.514 −53.82 −55.31 1.4 dB GPS L1 −0.237 −53.517 −55.297 −53.28 −55.06 1.4 dB 6 非谐波抑制 频点 P1 Pm Hm (dBc) U（k = 2） BD B1 −0.204 −66.464 −66.26 1.4dB GPS L1 −0.237 −72.387 −72.15 1.4dB 7 相位噪声 频点 相位噪声（dBc/Hz） U（k = 2） 10 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz BD B1 −70.3 −89.22 −90.25 −89.94 −97.49 3.0 dB GPS L1 −75.77 −89.77 −90.75 −89.86 −96.72 3.0 dB 8 误差矢量幅度 频点 误差矢量幅度测量值（%） U（k = 2） BD B1 3.80 0.80% GPS L1 3.18 0.80% 9 射频信号带宽 频点 最低频率(GHz) 最高频率(GHz) 带宽(MHz) U（k = 2） BD B1 1.5600648 1.5621262 2.061 8 Hz GPS L1 1.574391 1.576442 2.051 8 Hz 10 干扰初始化时间 干扰初始化时间 U（k = 2） 198s 0.4 s 11 干扰生效时间 频点 干扰生效时间 U（k = 2） BD B1 3.2s 0.4 s GPS L1 2.8s 0.4 s 12 时间干扰误差 频点 干扰时间 测量值 误差 U（k = 2） 拉偏前（ms） 拉偏后（ms） BD B1 1ms 0.7767035 1.7768387 135.2ns 50 ns GPS L1 1ms 0.7766984 1.7768345 136.1ns 50 ns 13 位置干扰
误差(100米)频点 输出值 测量值 δp（m） U（k = 2） BD B1 (- 2186227.15 ,5181438.01 ,2999248.75 )(- 2186238.87 ,5181464.05 ,2999253.82 )11.895 5m GPS L1 （ 2186227.02 ，5181438.21 ，2999250.7 ）（- 2186235.9 ，5181451.5 ，2999263.2 ）10.232 5m 14 1PPS定时误差 参考源 1 PPS定时误差（ns） U（k = 2） 铷原子频率标准 132.28 40.2 ns
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图(9) / 表(5)
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